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。     

CO2浓度倍增对中国主要作物影响的试验研究

根据自行设计的ＯＴＣ－１型开顶式气室及连续３年试验资料，在评述该套设备性能的基础上，分析了ＣＯ２浓度倍增对４种作物生长发育和产量的影响。结果表明：ＣＯ２浓度倍增，作物发育进程加快，株高增加，经济产量和生物产量增长明显，且Ｃ３作物的增长幅度大于Ｃ４作物；冬小麦、棉花品质呈良性变化，玉米品质可能有所下降，大豆品质变化不明显。上述初步结果尚待进一步研究     

全球农作物对大气CO2及其倍增的吸收量估算

根据农作物产量资料（ＦＡＯ１９９２年），计算出中国和全球各种作物对ＣＯ２的吸收总量分别为５．５×１０８ｔ／ａＣ和２８．９×１０８ｔ／ａＣ。同时以不同ＣＯ２浓度下小麦、玉米、大豆等全生育期光合速率实验数据直接计算的Ｃ吸收量为对照，与相应的中国产量资料计算结果比较，两者相差２．６％。从而进一步依据作物对ＣＯ２倍增反应诊断实验结果，推算出大气ＣＯ２浓度比目前倍增（７００ｐｐｍ）条件下，中国和全球农作物吸收ＣＯ２总量将增长２１％－２６％，分别为６．６×１０８ｔ／ａ—６．９×１０８ｔ／ａ和３４．１×１０８ｔ／ａ—３６．２×１０８ｔ／ａＣ。研究还表明，单位面积作物年吸Ｃ量全球（３．２ｔ／（ｈｍ２·８））比中国（４．２ｔ／（ｈｍ２·ａ））低２５．４％，而且Ｃ４作物普遍高于同类Ｃ３作物。     

O3,CO2浓度及太阳光谱变化对作物光合作用影响的数值模拟研究

对光合作用 蒸腾作用 气孔调节进行耦合 ,从生物化学尺度扩展至冠层尺度 ,发展了一个冬小麦冠层光合作用生态动力模式 ,模式考虑了O3,CO2 和光谱变化对作物光合的综合影响。利用美国光合作用实测资料对模式进行验证 ,叶片模式通过了相关显著性检验并具有较高的准确度。数值分析表明 :当O3 浓度由 0× 10 -9V/V上升至2 0 0× 10 -9V/V时 ,冠层光合速率下降 2 9%左右 ;当CO2 浓度由 330× 10 -6V/V上升至 6 6 0× 10 -6V/V时 ,冠层光合速率增加大约 37% ;当光谱比例系数由目前的 0 .5下降至 0 .4时 ,冠层光合速率将下降 2 7%左右。对于污染严重、易发生光化学烟雾的城郊附近 ,在阳光强烈的典型晴天 ,中午O3 浓度达到 2 0 0× 10 -9V/V时 ,即使气候条件不发生改变 ,CO2 浓度对作物光合作用的正效应也不足以弥补O3 浓度升高所造成的负效应 ,冠层光合速率将比目前干洁地区略有下降 ,如果进一步考虑光合作用有效辐射光谱成分下降至 0 .4左右 ,冠层光合作用将比目前的BASE值下降 35 %左右。     

O_3浓度变化对我国主要作物产量的可能影响

该文介绍了Ｏ＿３浓度变化对农作物的影响机制，如Ｏ＿３对作物光合与呼吸、生理生化过程和代谢物质、细胞透性、体内各类醇、组织器官以及其它功能的影响，根据美国ＮＣＬＡＮ近１０年的试验资料建立的Ｏ＿３浓度与作物产量的准线性关系，推算和评价了Ｏ＿３浓度变化对我国主要作物产量的可能影响。     

CO2浓度与土壤水分胁迫对红松和云杉苗木影响的试验研究

全球气候变化对植物影响研究的主要内容是由于大气中CO2 浓度升高导致的气温升高和土壤干旱化对植物的影响。文中利用人工气候室试验研究了高CO2 浓度和土壤水分胁迫对红松和云杉的影响 ,结果表明 :CO2 浓度升高使红松和云杉生长量的增长率提高 ,土壤水分胁迫使树木生长量的增长率下降 ,且CO2 浓度升高的正效应要小于土壤水分胁迫的负效应。CO2 浓度升高使树木叶水势增大 ,土壤水分胁迫使树木叶水势减小 ,这从植物生理的角度说明了CO2 浓度变化和土壤水分胁迫对树木的影响机理 ,且在轻度干旱的情况下 ,高CO2 浓度使树木叶水势增大 ,但随着土壤干旱程度的加重 ,树木的叶水势逐渐减小。同时 ,从实验结果还可以看出 ,虽然大气中CO2 浓度和土壤湿度变化对苗木的影响显著存在 ,但与农作物和牧草等植物相比 ,这种影响仍要小得多。     

CO_2浓度倍增对大豆叶片和总生物量的影响研究

该文利用ＯＴＣ－１型开顶式气室中进行的ＣＯ＿２浓度倍增对大豆影响的试验资料，详细分析了当大气中ＣＯ＿２浓度倍增时，对大豆叶片和总生物量的影响情况，并对大豆总生物量的时间动态变化进行了模拟。结果表明，当大气中ＣＯ＿２浓度倍增时，大豆全生育期将缩短，３叶和分枝的ＤＶＳ值变大，而结荚和鼓粒的ＤＶＳ值变小；总生物量和绿叶重增加显著，但在同一个ＤＶＳ值时，绿叶率（ＧＲ）、黄叶率（ＹＲ）的差异不明显；大豆的总生物量变化均遵循自然增长曲线，且处理和对照有极好的线性正相关关系；总生物量的积温当量提高，并且使大豆总生物量的最大积温当量出现的时间推迟，有利于植株积累更多的营养物质。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光—光合作用响应曲线和CO₂—光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO₂浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析。单因子分析表明:晴天状况下,冠层光合速率随CO₂浓度升高而上升,当CO₂浓度由330×10^-6上升至660×10^-6时,冠层光合日总量可增加19.7%;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0%,冠层光合日总量可增加6.7%;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1℃,冠层光合日总量减少2.9%。多因子综合数值分析表明:在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO₂变化响应更加敏感。本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础。     

O3浓度增加对冬小麦影响的试验研究

利用OTC 1型开顶式气室对冬小麦进行不同O3 浓度处理的试验研究。结果表明 ,O3 浓度增加 ,冬小麦发育期表现为开花前期有所延迟 ,开花后期的各发育期明显提前 ,生育期缩短 ,植株矮化 ,干物质累积量明显下降。无论是长时期通气处理还是阶段性通气处理 ,产量均明显降低     

CO2-作物生长模拟实验及光合模型

利用一套CO2浓度调控装置及微环境测量系统,研究了小麦、玉米、大豆、大白菜在350×10-6、500×10-6、600×10-6和700×10-6CO2浓度下光合速率的动态变化,建立了CO2光合速率模型.小麦、玉米、大豆、大白菜的模拟精度分别达到±2.4%、±2.2%、±4.4%和±2.2%.     

二氧化碳浓度增加对冬小麦生长发育影响的数值模拟

根据国内外小麦生长模拟研究成果,借鉴荷兰学者的模拟思路,从作物生长的主要生理过程人手,综合考虑气候变暖与大气中CO2浓度增加等因素对作物生长发育和产量形成的影响,修正了在一级生产水平下冬小麦生长模拟模式,使得模式能够对CO2浓度的变化做出相应的反应。经资料检验,在当前CO2浓度下,冬小麦总干重和穗干重的模拟平均相对误差小于10％,其它器官干重及叶面积指数的模拟也取得了较好的结果。运用改进后的模式模拟试验了未来气候变暖和CO2倍增对冬小麦生长发育的可能影响。     

A DIAGNOSTIC EXPERIMENTAL STUDY OF EFFECTS OF CO2 ENRICHMENT ON COTTON GROWTH, DEVELOPMENT AND YIELD

A series of experiments were conducted about the effects of different CO₂ concentrations and ventilating time on cotton using OPT-1 open top chambers.The results show that.for all the ventilating treatments,the development stages of cotton were advanced,plant height increased,the biomass of root and stalk increased when CO₂ concentration increased:the number of bolls formed in summer was more than 85% of the total for the treatment of 700 ppm CO₂ concentration;single boll weight,the number of bolls per plant,ginned and unginned cotton weights,and stalk weight increased obviously when CO₂ concentration increased,but the influences of CO₂ enrichment on the ratio of ginned weight to the total weight of ginned and unginned cotton,fibre length and ginned weight of 100-seed were small.     

NUMERICAL SIMULATION OF THE INFLUENCE OFO3,CO2 AND SPECTRUM VARIATION ON THE PHOTOSYNTHESIS OF CROP CANOPY*

Coupled the photosynthesis with transpiration and adjustment of stoma,a dynamic ecological model for simulating the canopy photosynthesis of winter wheat was established by scaling up from the biochemical scale to canopy scale,in which the effects of O₃,CO₂ and solar spectrum on crop photosynthesis were fully considered.Validation of the model against the data measured with CI-301PS portable photosynthesis analyzer showed that the leaf photosynthesis model passed the correlation significance test and had a fairly high accuracy.Numerical analysis showed that the canopy photosynthesis rate would be reduced by 29% if the O₃ concentration increases from 0 ppbv to 200 ppbv,whereas the canopy photosynthesis rate would increase by about 37% while the CO₂ concentration increases from 330 ppmv to 660 ppmv,and the canopy photosynthesis rate would be reduced by 27%0 or so under the condition that the spectrum coefficient changed from 0.5 to 0.4.If the O₃ concentration reached 200 ppbv at noon on the typical sunny day with higher radiation,the canopy photosynthesis will be reduced slightly in the suburb area where the pollution is serious and the photochemical fog is easy to be formed,contrast with that in the clear region and regardless of the climate change,due to the fact that the positive effect of CO₂ on crop photosynthesis can not compensate the negative effect of O₃ on crop photosynthesis.The canopy photosynthesis will be reduced by 35% or so than the BASE value at present,when the spectrum of photosynthetic active radiation(PAR) reduces to 0.4 or so.     

龙凤山大气近地层O3浓度变化及与其它因素的关系

研究首次在龙凤山区域大气本底站测得的地面Ｏ３浓度及其变化的资料表明,中国东北农村地面大气Ｏ３浓度总体水平不很高,但在少数特殊的天气条件下,时均浓度可超过国家二级标准。Ｏ３浓度存在明显的季节和日变化,其月平均浓度１９９５年１月最低（２７．５ｐｐｂ）,１９９４年１１月最高（４３．２ｐｐｂ）。Ｏ３日变化幅度夏季的晴天最大（２８ｐｐｂ）,冬季的阴天最小（８ｐｐｂ）。气象要素（尤其是风速、气温和相对湿度等）和ＮＯｘ与地面Ｏ３浓度有较密切的关系。用多变量分析法探讨了地面Ｏ３各指标随气象因子和ＮＯｘ共同变化的规律,并拟合了寒冷和温暖期里与地面Ｏ３日最高浓度、日最低浓度及日变化幅度有关的方程。     

大气长波辐射计算中的温度订正和CO2浓度效应

本文对长波辐射平均面透射率的计算方法和温度效应作了一系列试验。试验表明,在计算中可以采用制表和插值节省计算时间,并保证计算精度。温度效应较明显,在计算大气长波辐射变温率时,应予以考虑。最后还对CO_2浓度变化所引起的变温效应进行了计算,得出了一些有意义的结果。