水稻发育对光周期和CO_2浓度的响应

地球大气中CO_2浓度的增加已引起了人们对CO_2对植物的影响,尤其是对世界粮食供应的未来展望的兴趣。水稻是一种主要的粮食作物,人们对CO_2浓度在水稻生理生长期和整个生育期方面的影响了解相对较少,而这是一个水稻品种对一特定地区环境适应性的一个重要方面。本研究的目的是确定一个当代改良水稻品种(Oryza sativa,品种 IR-30)在两个对照的光周期下对不同CO_2浓度的响应。在整个生育期中,水稻植株生长在置于室外、采用自然光照并由计算机控制环境条件的人工气候室中。室内的CO_2浓度分别为160、250(低于环境浓度)、330(环境浓度)、500、660和900(高于环境浓度)μmol CO_2/mol 空气。在1987年,整个试验进行了两次。第一次即早稻试验在营养生长阶段内延长了光周期,而第二次即晚稻(LPR)试验只利用自然出现的光周期。在两个试验中,营养生长期的主茎叶片发育速率均比生殖生长期的主茎叶片发育速率快,同时在营养生长阶段,出叶速度随CO_2处理而加快。在晚稻试验中,与等于环境CO_2浓度和低于环境CO_2浓度的处理相比,高于环境CO_2浓度处理下的水稻幼穗分化和孕穗期出现较早,且整个生育期缩短。这种随CO_2浓度上升而产生的植物发育加速现象与CO_2引起的营养生长阶段内主茎叶片的减少有关。相对于晚稻试验,在早稻试验中水稻植株发育对CO_2的响应的减弱是由人为延长光周期迫使生殖生长发育阶段推迟引起的,在高于环境浓度处理中更是如此。鉴于全球大气中CO_2浓度的持续增大,CO_2导致的发育加速和全生育期缩短可能会成为一个参与挑选水稻品种和安排特定地区农事活动的水稻学家和育种学家感兴趣的问题。     

大气中O3和CO2增加对大豆复合影响的试验研究

利用OTC-1型开顶式气室,对大豆"中黄14"进行了长时期不同O3和CO2处理的接触试验,模拟研究CO2和O3浓度倍增及其交互作用对大豆发育期、黄叶率和绿叶率、根瘤、生物量及其分配、产量结构、籽粒品质及叶片膜保护系统的影响,结果表明:单独O3浓度倍增,发育期明显提前;生物量最多可减少近一半,产量最多减产60%以上;粗蛋白含量增加6.2%,粗脂肪含量降低7.6%;叶片脂膜过氧化加剧.单独CO2浓度倍增,开花后发育期有所延迟;对生物量及产量有明显的正效应,成熟时总生物量和籽粒产量分别比T5增加21.0%和20.3%;粗蛋白和粗脂肪含量分别下降3.3%和1.6%;结荚前叶片脂膜过氧化反应减轻.CO2和O3持续倍增和逐渐达到倍增交互作用处理,在生物量、产量方面表现为CO2的影响大于O3,在叶片膜保护系统方面表现为O3的影响大于CO2,粗蛋白含量下降,粗脂肪含量上升,叶片脂质过氧化加剧.熏气处理均可造成:黄叶率上升,绿叶率下降,凋落物增加,且单独O3浓度倍增的处理最明显,通气仅10天黄叶率就高于50%;超氧化物歧化酶活性增强;气孔阻力增加,蒸腾速率下降,且单独CO2浓度倍增的处理最明显,尤其在高湿阴天,气孔阻力和蒸腾速率变化最高分别可达增加234.0%和下降58.5%.     

CO_2浓度升高对半干旱区春小麦生长发育及产量影响的试验研究

利用典型半干旱区定西试验基地的开顶式气室(Open-Top Chamber,OTC)研究平台,以春小麦"定西24号"为供试品种,设置对照(370μmol·mol~(-1))和增加90μmol·mol~(-1)(460μmol·mol~(-1))、180μmol·mol~(-1)(550μmol·mol~(-1))3个CO_2浓度梯度,研究大气CO_2浓度升高对半干旱区春小麦生长发育、产量及产量构成因素的影响。结果表明:CO_2浓度升高使春小麦冠层空气温度和相对湿度增加,10 cm深处的土壤环境温度降低,春小麦根际浅层的土壤湿度增加;CO_2浓度增高,春小麦发育加快,生育期相应提前,全生育期缩短2~4 d;CO_2浓度升高对春小麦株高、叶面积指数和叶绿素含量有明显促进作用。其中,株高和叶面积指数在开花期增幅最大,叶绿素含量在灌浆后期到乳熟期增加更为显著;随着CO_2浓度升高,穗长、穗重、小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重、产量均呈增加趋势,而无效小穗数、不孕率以及收获指数则呈下降趋势,在460μmol·mol~(-1)和550μmol·mol~(-1)浓度下,籽粒产量分别比对照提高8.88%和19.93%。     

OTC-1型开顶式气室的结构和数据采集系统

文章简要介绍了研究不同CO_2浓度对农作物影响的试验装置——OTC-1型开顶式气室的结构,该气室CO_2浓度控制和气室中CO_2浓度的自动采集系统。还介绍了QGS-08型红外可编程控制器的主要功能。     

CO2和O3浓度倍增对作物影响的研究进展

文中利用自行设计的OTC - 1型开顶式气室进行了 9a的田间试验 ,取得了一批质量可靠的试验数据 ,分析了CO2 浓度倍增对大豆、冬小麦、棉花、玉米、春小麦和谷子的生物量、产量及品质的影响 ,结果表明CO2 浓度倍增对上述 6种作物的生物量及产量的影响均是正效应 ,对冬小麦、棉花和谷子品质的影响可能是有利的 ,对玉米品质的影响可能是不利的 ,对大豆的影响不大 ;分析了O3 浓度倍增对冬小麦、水稻、油菜和菠菜生物量、产量及品质的影响 ,结果表明O3 浓度倍增对上述 4种作物生物量的影响均是负效应 ,对冬小麦和水稻的产量影响是负效应 ,但是冬小麦和水稻籽粒中粗蛋白和 17种氨基酸含量都有所增加 ;分析了CO2 和O3 浓度复合倍增对大豆生物量、产量及品质的影响 ,结果是生物量和产量呈增加趋势 ,说明了CO2 的正效应大于O3 的负效应。采用作物模型数值模拟方法 ,分析了CO2 和O3 浓度倍增对冬小麦生物量及产量的影响。     

CO2和O3浓度倍增及其交互作用对大豆影响的试验研究

以大豆“中黄-14”为试验材料, 利用OTC-1型农田开顶式气室, 首次模拟研究单独CO₂和O₃浓度倍增及其交互作用对大豆生物量、产量及其构成因子、同化产物分配形式和收获指数的影响。与未通CO₂和O₃的处理相比, 单独CO₂浓度倍增对生物量、产量、荚果串数、荚数、籽粒数、籽粒重具有正效应, O₃为明显的负效应, 通气时段越长效果越明显; 持续的CO₂浓度和O₃浓度倍增交互作用表现为CO₂的影响大于O₃; CO₂和O₃交互作用逐渐达到浓度倍增的处理, 由于O₃剂量逐渐累积和阶段性增加, 对大豆刺激逐渐增强, 最终O₃的负效应与CO₂的正效应相近。单独O₃浓度倍增抑制光合产物向根和籽粒的输送, 向叶茎的输送明显增强, 使根冠比 (RSR)、子粒与茎杆比 (GCR) 明显下降, 长期作用可使大豆收获指数 (HI) 减小, 叶重比 (LWR) 显著增加, 且随通气时间的延长影响增大; CO₂浓度倍增及其交互作用对RSR、LWR、GCR和HI影响相对较小, 仅在±10%左右。     

半干旱区黑膜覆盖对马铃薯光合特性及产量的影响

为探讨黑膜覆盖对马铃薯光合过程和产量的影响,以品种"新大坪"为试材进行试验,对比分析黑膜覆盖(PM)处理与裸地对照(CK)下马铃薯净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)及产量等变化特征。结果表明:PM处理下叶片净光合速率和气孔导度在分枝期、花序形成期及开花期均较CK增大,但不同生育期增幅差异显著,其中净光合速率在分枝期增幅最大,为63%,而气孔导度最大增幅出现在花序形成期,为38%,开花期二者增幅均最小。胞间CO_2浓度PM处理在分枝期较CK降低12%,而花序形成期、开花期较CK分别提高1%、6%。蒸腾速率PM处理在分枝期、开花期较CK分别提高44%、19%,而花序形成期则下降4%。3个生育期叶片水分利用效率PM处理均高于CK,其中花序形成期提升显著。与CK相比,PM处理下的叶片光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)及最大净光合速率(Pmax)均有所降低,而表观量子效率(AQE)、暗呼吸速率(Rd)和产量均有所升高,其中马铃薯产量提升近3倍,增产效果明显。说明在黄土高原半干旱区,通过采用黑膜覆盖来影响马铃薯光合过程,能够显著提高马铃薯产量。     

气象要素对大豆产量的影响分析

基于2001-2009年大豆田间试验观测数据,利用相关和通径分析揭示了大豆不同发育期的气象因子和生物因子对大豆产量的影响。结果表明：不同发育期的气象要素对大豆产量影响效果不同,其中开花-结荚期的平均气温与大豆产量相关性最大,为0.90,其次为播种-出苗期的降水,相关系数为0.71,结荚-鼓粒期的相对湿度和日照时数,分枝期的生物量和开花期的叶面积对大豆产量具有一定影响（r>0.5）。通径分析显示具有显著直接作用的因子是开花期的叶面积,不同发育期的气温与降水主要通过对生物量和叶面积的间接作用来影响大豆产量,结荚-鼓粒期的相对湿度和日照时数对产量具有较大的直接作用。耦合气象因子与生物因子建立大豆产量回归模拟方程,能够较好解释大豆产量（R²=0.99）。     

景德镇地区大气CO2浓度变化特征

利用景德镇温室气体监测站CO_2观测数据,分析了景德镇地区2017年12月—2018年11月大气CO_2浓度变化特征,同时对其浓度进行了筛分,以剔除污染数据,使其更具区域代表性。研究表明:景德镇地区大气CO_2浓度昼降夜升,早上最高,傍晚最低;春季最高,秋季最低;春、夏季NNE、NE、ENE风向,秋季NE、ENE风向以及冬季W、WSW、SW、SSW、S风向上CO_2浓度较高。同时,春、夏和秋季大气CO_2浓度大致随风速的增加而不断降低,冬季风速对大气CO_2浓度无明显影响。筛分后数据显示景德镇地区年均大气CO_2浓度为422.1×10~(-6),浓度日均值年振幅73.96×10~(-6),夏半年CO_2浓度低于冬半年。     

OTC-1型开顶式气室物理性能的测试与评价

针对OTC-1型开顶式气室的物理性能进行了评价,结果表明:在不同CO_2浓度下,CO_2送入量控制稳定,气室内CO_2浓度的水平和垂直分布均匀。在通风和不通风两种情况下,气室内温度和湿度分布基本相近,碳过滤器的过滤效率显著。     

CO2浓度倍增对大豆影响的试验研究

本文利用OTC-1型开顶式气室研究了CO2浓度倍增对大豆的影响， 结果表明:CO2浓度增加使大豆成熟期提前，株高增加；根瘤数量、干物重和单个根瘤的重量增加；叶片厚度、干物重及单位面积的叶片重量增加；总生物量、籽粒数量、籽粒产量和百粒重明显增加；光合作用速率和气孔阻力增加，蒸腾速率减小；粗蛋白含量减少，粗脂肪、饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸增加。     

不同CO2浓度处理对冬小麦的影响

利用ＯＣＴ－１型开顶式气室进行不同的ＣＯ２浓度处理对冬小麦生长发育影响的诊断试验。结果表明，不同ＣＯ２浓度处理对冬小麦的发育期、生物量、叶面积、产量、产品质量、种子发芽率以及粘虫等影响较为明显。     

大豆晴天群体光合作用农业气象数值模拟

运用农业气象、气象学等知识建立了一个晴天大豆群体光合农业气象数值模式.模式考虑了大豆叶片空间结构特征及本身生物学特征, 积分达到了瞬时时间尺度, 可以较准确地模拟出群体光合日变化过程, 平均模拟误差在8.7%左右, 并较好地反应了大豆群体光合午休过程.利用该模式进行数值分析, 给出了CO₂、辐射及温度对群体光合午休影响的一些规律, 从而为作物超高产攻关提供了一定的理论指导.     

基于观测的污染气体区域排放特征

利用2006年9月—2007年8月河北省固城生态与农业气象试验基地 (固城站) 反应性气体观测数据获得了CO与NO_x,CO与SO₂,SO₂与NO_x体积分数比的变化特征,并将观测得到的体积分数比与从INTEX-B等排放源资料得到的排放比进行比较研究。当风向来自北方向 (北京) 时,固城站的CO和NO_x体积分数显著高于其他方向,而来自南方向 (保定、石家庄) 时,SO₂体积分数显著高于其他方向。固城站观测到的CO与SO₂,CO与NO_x体积分数比分别为43.7和31.6,较排放比高出2~12倍。分析表明:排放源清单对CO排放低估了大约2倍以上,生物质燃料燃烧,尤其是收获季节大规模秸秆燃烧排放可能是重要的且被低估了的源。从观测数据估计得到秸秆燃烧期比平时CO大约多排放了90%±30%,忽略秸秆燃烧期额外排放对CO排放强度估计有重要影响。未来排放源清单编制和使用需要更加关注我国农业区秸秆燃烧排放对排放强度的影响。     

杭州主城区O3与前体物浓度变化特征

利用2004～2006年杭州主城区环境空气监测资料,研究了O_3、NO_2和CO浓度的分布特征和时间变化规律,结果表明,杭州主城区3年的O_3、NO_2、CO的年均浓度都不大,分别为40、60、1400μg·m~(-3).四季中O_3、NO_2和CO浓度相差较大,O_3是夏季高冬季低,NO_2和CO则是秋季较高,夏季较低.O_3、NO_2和CO浓度日变化也很明显,其中O_3是单峰形态,NO_2和CO为双峰形态.不同天气条件下O_3与烃类的关系研究表明,晴天时烃类浓度减少,O_3浓度明显增加;阴天时O_3浓度较低,烃类浓度较高,它们的变化不大.白天和夜晚不同风速时O_3、C_2-C_(12)的浓度变化不同,白天风速增大时C_2-C_(12)浓度减小,O_3浓度增加;晚上无此变化.     

Impacts of Seasonal Fossil and Ocean Emissions on the Seasonal Cycle of Atmospheric CO2

The seasonal cycle of atmospheric CO2 at surface observation stations in the northern hemisphere is driven primarily by net ecosystem production (NEP) fluxes from terrestrial ecosystems. In addition to NEP from terrestrial ecosystems, surface fluxes from fossil fuel combustion and ocean exchange also contribute to the seasonal cycle of atmospheric CO2. Here the authors use the Goddard Earth Observing System-Chemistry (GEOS-Chem) model (version 8-02-01), with modifications, to assess the impact of these fluxes on the seasonal cycle of atmospheric CO2 in 2005. Modifications include monthly fossil and ocean emission inventories. CO2 simulations with monthly varying and annual emission inventories were carried out separately. The sources and sinks of monthly averaged net surface flux are different from those of annual emission inventories for every month. Results indicate that changes in monthly averaged net surface flux have a greater impact on the average concentration of atmospheric CO2 in the northern hemisphere than on the average concentration for latitudes 30-90°S in July. The concentration values differ little between both emission inventories over the latitudinal range from the equator to 30°S in January and July. The accumulated impacts of the monthly averaged fossil and ocean emissions contribute to an increase of the total global monthly average of CO2 from May to December.An apparent discrepancy for global average CO2 concentration between model results and observation was because the observation stations were not sufficiently representative. More accurate values for monthly varying net surface flux will be necessary in future to run the CO2 simulation.     

Growth Rate of Carbon Dioxide Concentration in the Atmospheric Surface Layer in the Late 20th Century and Early 21st Century

The rate of variations in the CO2 concentration in the atmospheric surface layer at different geographic locations in the late 20th century and early 21st century is considered. The series of monthly mean concentration at the GAW (Global Atmosphere Watch) monitoring stations are used. The average rates of CO2 concentration growth and their standard deviations are estimated for 64 stations for the above two time periods. It is shown that the growth rate insignificantly varies with latitude during the analyzed periods. However, the growth rate for almost every station in the second period substantially exceeds the value for the first period. Thus, there is a worldwide acceleration in the CO2 concentration growth despite the international efforts on the reduction of global anthropogenic emissions.     

在华北玉米生育期观测的16 m高度CO2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料，分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化，并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感；浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律，峰值（谷值）出现在日出（日落）前后，通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点，且位相超前于浓度，开花期通量最大；玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳， 拔节至成熟前地面从大气净吸收碳；开花期碳吸收最强，其后依次为吐丝－乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响，结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差，应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明，玉米地在生长季表现为弱碳汇（大约660 kg/hm2），但这一结果可能低估了实际的碳汇强度，低估程度有待研究。     

青岛大气臭氧及其前体物时间变化与污染特征

利用2003年12月—2005年3月青岛八关山观测资料,分析大气中O3、NOX和CO浓度时间变化规律与影响因素,探讨O3及其主要前体物NOX、CO间复杂的相互作用及相关关系。结果表明:青岛NO2日平均浓度年超标率为25%;受光化学反应及大气运动等影响,NOX与CO浓度为冬季高、夏季低,O3与之相反;NOX与CO浓度日变化呈双峰型分布,日间高于夜间;O3浓度峰值出现于午后(滞后于NOX约5 h),阴雨天夜间浓度出现回升。经滞后相关分析,NOX对O3浓度变化的累积效应作用时间为5—6 h;O3与NO、NO2浓度比值可较明显地验证出辐射强度与尾气排放对青岛及其他地区污染特征的影响。青岛CO与NOX比值在不同天气条件下维持在10.0左右,可用于定性估计其大气污染特征。