以东北玉米模拟模型为基础,对其中的生长子模型进行改进,将CO2浓度作为整个模型的输入变量,综合考虑气候变化和CO2肥效作用对东北玉米生长发育和产量的影响。通过对原模型适用性的调整和验证,得出模型模拟的叶面积指数及其他器官干重均有较好的结果,模拟值与实测值基本符合,说明模型适用于东北地区;利用改进的模型分别模拟了仅考虑CO2对光合作用直接影响、仅考虑CO2对蒸腾作用直接影响及综合考虑CO2对光合和蒸腾作用直接影响3种方案下玉米产量形成状况。通过对比分析发现,随着CO2浓度的上升,3种情况下模拟出的玉米产量都呈上升趋势。但玉米蒸腾作用对CO2浓度升高的响应更为显著,产量提高明显多于仅考虑CO2对光...

为明确西藏冬青稞生长发育及产量对增温和CO_2浓度升高的实际响应,以西藏冬青稞主栽品种‘冬青18’为试验材料,设置开放式气室(OTC)内无增温且无增施CO_2为对照(CK)、增温(T)和增温+增施CO_2(T+CO_2)3个处理,经连续2个生长季全生育期增温控制试验,观察记录冬青稞生育时期、旗叶叶绿素含量和产量及其构成因素。结果表明:1)T和T+CO_2处理使‘冬青18’全生育期显著缩短,缩短12～20d,主要集中于播种-出苗期和抽穗-成熟期。2)灌浆期旗叶叶绿素含量总体呈先增加后降低趋势,各处理之间无显著差异。3)T处理降低‘冬青18’产量,同时增加CO_2有弥补产量的效果,主要是因为T处理的主穗粒数、穗粒重及千粒重均降低,增温同时增加CO_2使千粒重和穗粒数有所增加。因此,全球气候变暖对于冬青稞生长整体表现为穗粒数、粒重和千粒重均降低等减产效应,而增加CO_2可在一定程度上缓解减产趋势,未来该地区冬青稞生产栽培可通过调整播期及筛选耐高温品种来应对全球气候变暖。

【目的】研究宁夏枸杞对大气CO_2浓度升高的生理生态响应机制,为探究枸杞及其他木本经济林植物在气候变化背景下优质高效栽培与育种提供理论依据。【方法】以‘宁杞1号’扦插苗为材料,采用开顶气室(open-top chamber,OTC)及自动监控系统模拟控制CO_2浓度,测定宁夏枸杞在升高CO_2浓度环境下植株营养生长指标与果实糖分含量、主要活性物质含量和蔗糖代谢相关酶活性的变化。【结果】1) CO_2浓度升高,促进宁夏枸杞植株生长发育,苗高增长量较对照分别高11.67%和18.65%,地径分别高55.09%和62.58%,新梢加长和加粗生长均呈增加趋势。2) 2种CO_2浓度升高处理下,宁夏枸杞果实横径较对照分别增加4.56%和7.71%,单果质量分别增加15.05%和34.53%,果实更加饱满。3) CO_2浓度升高处理下,夏果(处理90天左右)果实中果糖含量较对照略高,秋果(处理120天后)含量比对照分别低1.39%和3.98%。试验处理期间,果实中葡萄糖和总糖含量均低于对照,且CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]处理下降最为明显。夏果果实蔗糖含量均低于对照,秋果在CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]下较对照略高。4)果实中枸杞多糖含量低于对照,黄酮含量在秋果期比对照分别低16.62%和18.35%,且CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]处理对果实活性物质含量影响较大。5) CO_2浓度升高增加了酸性转化酶和中性转化酶活性;夏果蔗糖磷酸合成酶较对照明显增加,但秋果酶活性低于对照;蔗糖合成酶分解方向与合成方向酶活性变化趋势相同,夏果均高于对照,秋果酶活性低于对照,CO_2浓度升高1倍[(760±20)μmol·mol~(-1)]处理下差异极显著。【结论】长期高CO_2浓度处理促进宁夏枸杞植株营养生长,果实单果质量与纵横径增大,有利于改善果实外观品质;但果实中糖分含量和枸杞多糖、黄酮等生物活性物质的含量明显降低,相关酶活性发生变化,影响果实营养品质。

【目的】未来大气CO_2浓度显著升高将引起降雨格局的变化,必将对荒漠生态系统产生严重影响。研究CO_2浓度及降水变化对荒漠优势植物光合特性及生长的影响有助于预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应。【方法】以荒漠优势植物红砂2年生苗木为试材,采用开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度(350和700μmol·mol~(-1))变化,研究降水变化减少30%(-30%)、自然降水0、增加30%(+30%)及其与CO_2的协同作用对红砂光合速率、蒸腾速率等光合生理参数以及株高、生物量和根茎比等生长特性的影响。【结果】1)CO_2浓度倍增可显著提高红砂的光合速率,降低蒸腾速率和气孔导度(P<0.05),降水增加30%对高浓度CO_2下红砂叶片的光合速率有显著促进作用,对蒸腾速率和气孔导度的降低有一定补偿效应。2)长期高浓度CO_2处理使红砂存在光合适应现象,光合能力下调。3)CO_2浓度倍增和降雨量增加可显著增加红砂的株高、地上生物量和总生物量,且CO_2浓度增加可以减缓因降雨量减少而引起的红砂生长量减小。4)降雨减少,红砂的根生物量增长,导致根茎比增加;CO_2浓度升高则显著促进地上部分生长,导致根茎比减小。【结论】未来CO_2浓度升高条件下,降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复;降雨减少地区,CO_2浓度升高对降雨减少有一定的补偿作用,红砂以较高的根茎比来维持其在荒漠生态系统中地位。

【目的】研究大气CO_2浓度升高(eCO_2)及氮肥施用对夏玉米开花吐丝后不同组分碳氮代谢物含量及动态和产量的影响,为全球气候变化下玉米生理过程及产量形成的变化提供理论支撑,同时为玉米作物模型调参提供实证数据。【方法】利用自由大气CO_2富集(FACE)平台,以夏玉米品种农大108为试验材料开展田间试验。在常规大气CO_2浓度(aCO_2,(400±15)μmol·mol-1)和高CO_2浓度(eCO_2,(550±20)μmol·mol~(-1))下分别设置不施氮(ZN)和施氮(CN,180 kg N·hm~(-2))2个氮水平。对夏玉米产量及其构成要素、干物质积累、花后碳代谢物(可溶性糖、淀粉、总碳)动态和氮代谢物(硝态氮,游离氨基酸、可溶性蛋白、非溶性氮化合物细胞壁氮素和类囊体氮素、总氮)动态以及碳氮比动态进行监测。【结果】(1) eCO_2与施氮对夏玉米生物量积累有一定促进作用,但对产量及产量构成因素的影响均不显著。(2)eCO_2使玉米花后功能叶碳组份中的可溶性糖浓度显著提高,灌浆后期叶片碳氮比显著提高。(3)eCO_2下花后玉米功能叶氮代谢中的必需功能氮组分浓度未受影响,而一些结构性氮组分浓度有降低,eCO_2对功能叶中功能氮组分(如可溶性蛋白)的含量没有显著影响;氮代谢中的简单组分(如游离氨基酸)在功能叶中的浓度仅在开花期比aCO_2有显著增加,后期没有显著影响;但eCO_2下氮代谢中的非溶性氮组分(如细胞壁氮素和类囊体氮素)含量在花后一些时期显著降低。(4)氮肥施用使玉米从抽雄到灌浆后期功能叶非结构性碳水化合物(如可溶性糖)浓度、硝态氮浓度、细胞壁氮素和类囊体氮素含量显著提高;中等土壤肥力下不施氮处理的功能叶可溶性蛋白含量没有受影响,但非溶性氮组分(如类囊体氮和细胞壁氮)含量降低,氮素优先满足作物生长必需的可溶性蛋白。(5)eCO_2和氮肥交互作用对不同组分碳氮代谢物的影响不同,体现在不同时期,主要表现为提高了玉米功能叶简单碳氮组分(如可溶性糖和硝态氮)在后期的浓度,且碳氮比提高;提高了灌浆初期细胞壁氮素含量,功能叶总氮浓度仅在灌浆后期表现降低、其他时期没有显著影响。【结论】eCO_2对夏玉米的生物量增加有一定作用,玉米穗位叶碳氮比在一些时期显著增加,但对产量无显著影响;eCO_2下玉米花后穗位叶非结构性碳水化合物浓度增加,但总氮和非溶性氮素化合物在花后均发生不同程度降低。在未来大气CO_2浓度升高为特征之一的气候变化情景下,合理增施氮肥对促进作物碳氮代谢的协调有一定必要性。

【目的】探明不同类型氮肥对高纬度春玉米土壤N_2O和CO_2昼夜排放的影响,以期为高纬度地区农田氮肥高效利用管理和温室气体减排提供参考依据。【方法】通过田间微区施用缓释肥(SLN)、尿素添加硝化抑制剂+脲酶抑制剂(NIUI)和普通尿素(OU)试验,采用静态箱-气相色谱法,分别在苗前(S1)、苗期(S2)、拔节期(S3)、灌浆期(S4)、蜡熟期(S5)和休闲期(S6)6个时期取样测定,比较分析农田N_2O和CO_2的昼夜排放特性。【结果】施用不同类型氮肥,田间N_2O和CO_2昼夜排放均呈单峰变化趋势,S1—S6时期,土壤N_2O排放高峰出现在12:00—19:00,排放低谷出现在下半夜(0:00—6:00),而S2—S5同一时期白天或夜晚各观测时段之间CO_2排放通量差异不显著。S1和S2时期,N_2O和CO_2白天排放量分别占全天总排放量的56.2%—82.3%和53.6%—66.5%,而S3—S6时期,白天排放比例分别为40.6%—59.6%和43.7%—55.4%。SLN处理减少了S1时期土壤N_2O的全天总排放量,而NIUI处理减少了S1、S2和S5时期土壤N_2O的全天总排放量,其主要减排时段为S1时期的4:00—16:00和S2时期的12:00—22:00,其中S2时期18:00—19:00减排量占所有减排时段总量的57.3%,S5时期昼夜各时段均表现为减排作用,且昼夜减排比例相当;SLN对土壤CO_2的主要减排时段为S1时期的全天和S3时期的15:00—4:00,其中S1时期12:00—23:00减排比例高达76.8%,S3时期夜晚减排比例占所有减排时段总量的68.1%;NIUI处理在玉米生长季5个测定日都表现出对CO_2的减排作用,但昼夜减排比例存在差异,白天平均减排46.9%,最高减排达73.2%。同时发现,N_2O和CO_2排放通量日均值与9:00—10:00观测值存在极显著正相关关系(r_(N_2O)=0.938**,r_(CO_2)=0.977**),9:00—10:00可作为东北春玉米农田N_2O和CO_2昼夜排放研究的代表性取样时段。【结论】不同类型氮肥对土壤N_2O和CO_2昼夜排放通量的影响在不同时期表现各异。与常规施氮相比,缓释氮肥抑制了玉米苗前期土壤N_2O昼夜排放,减排时段主要在9:00—22:00,而在其他测定日均促进了土壤N_2O昼夜排放;尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂抑制了玉米苗前白天、苗期夜晚以及收获期白天和夜晚的土壤N_2O排放,对拔节期至灌浆期土壤N_2O的昼夜排放均表现为促进作用。在苗前测定日全天和拔节期测定日的夜晚,缓释肥对土壤CO_2表现出减排作用;尿素添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂降低了6个测定日土壤CO_2的排放。

通过开顶式气室控制CO2 含量 ,对小麦籽粒品质实验测定 ,研究了大气CO2 增长对小麦籽粒蛋白质含量、蛋白质产量、氨基酸组分含量和主要营养元素含量的影响。结果表明 :在大气CO2 含量 (摩尔分数 )为 5 5 0和 75 0μmol/mol时 ,与正常大气CO2 水平相比 ,小麦籽粒蛋白质含量和氨基酸总量有降低趋势 ,但蛋氨酸、苯丙氨酸含量和蛋白质产量明显增加 ,蛋氨酸升幅为 8 2 %和 2 9 6 % ,苯丙氨酸升幅为 7 0 %和 17 9% ;小麦籽粒氨基酸评分值提高 3 1和 4 6。小麦籽粒中磷、铁、钾含量随大气CO2 含量增加而下降 ,分别下降 8 9%～ 11 8% ,7...

以大气CO_2浓度和温度升高为主要特征的全球气候变化对农业生态系统、森林生态系统产生显著的影响。自20世纪90年代以来,气候变化,特别是大气CO_2浓度升高对植物的生理影响及植物的响应已成为一个重要的生理生态学研究热点问题(张晶晶等,2006;邓可洪等,2006;贾夏等,2005;

了解模拟CO_2浓度升高背景下湿地土壤动物的响应特征是研究湿地生物多样性保护的基础。本研究以三江平原中小型土壤动物为研究对象,采用开顶式CO_2气室(OTC)模拟CO_2浓度升高(370、550和700μmol·mol~(–1)),利用干、湿漏斗分离法分离中小型土壤动物,研究中小型土壤动物对CO_2浓度升高的响应规律。结果表明,1)共获得中小型土壤动物4 985只,隶属于7纲13目62个类群(除妧目外统计到科,幼虫和成虫分开统计),在不同CO_2浓度处理下的中小型土壤动物群落组成差异显著(P 0.05)。3)随CO_2浓度升高,杂食性动物和腐食性动物多度显著增加(P 0.05)。4)冗余分析(RDA)显示,中小型土壤动物总个体数与植物生物量、有机质以及土壤全磷相关性达到显著水平(P 0.05)。研究表明,在CO_2浓度升高背景下,三江平原小叶章植物生物量、土壤有机质以及土壤全磷水平影响中小型土壤动物多度分布,并影响到中小型土壤动物功能群结构分布特征。

为研究土壤湿度对玉米根系生长分布的影响,本文基于辽宁锦州田间土壤湿度控制试验和根系观测实验,利用CERES-Maize作物模型的根系子模型,模拟了不同土壤湿度条件下玉米根系的生长分布情况,结果表明:1土壤湿度适宜条件下,根长密度(单位体积土壤内根的总体长度)模拟效果较好;2水分亏缺条件下,当三叶-拔节期水分亏缺,模拟效果也较好;但是,当拔节-吐丝期以及吐丝-乳熟期水分亏缺,模拟效果均相对较差。针对模拟效果相对较差的情况,发现了根系模型中根分布权重因子wr的计算存在一定的缺陷,即wr中的参数δ(根系分布负指数递减率参数)和参数Zmax(最大根系深度参数)始终为定值(δ=4、Zmax=200cm)...

采用OTC(半开顶式气室)CO_2富集系统,设置高、中、CK 3个CO_2浓度(550,450,380μmol·mol~(-1)),对东北粳稻穗部抽穗进程及产量结构的影响进行分析。结果表明:中浓度CO_2对东北粳稻抽穗进程和产量影响不大,高浓度影响显著。中、高浓度C0_2使东北粳稻生育进程提前21,72h,始穗至齐穗期抽穗进程缩短10,1h。中浓度C0_2处理产量增加,但差异不显著;高浓度CO_2使东北粳稻产量增加15.68%,主要来自单位面积有效穗数、主穗产量的增加。对CO_2浓度变化敏感指标依次是单位面积有效穗数、主穗的2次枝梗数、2次枝梗平均实粒数、1次枝梗平均实粒数。

【目的】探讨根际CO2浓度对网纹甜瓜生育的影响。【方法】采用雾培植株根际通CO2处理方式,在开花结果期对网纹甜瓜进行不同浓度的根际CO2处理,研究根际CO2浓度对网纹甜瓜植株生长和根系氮代谢的影响。【结果】在网纹甜瓜果实发育期间,根际2500μL·L-1和5000μL·L-1CO2浓度处理同350μL·L-1(对照)处理相比,植株生长受到明显抑制。根系硝态氮(NO3--N)含量、氨态氮(NH4+-N)含量、ATP酶活性、硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均表现出先增后降的变化趋势,且5000μL·L-1处理变化的幅度大于2500μL·L-1处理。根系中可溶性蛋白质含量、谷氨酰胺...

【目的】群体光截获对玉米生长发育及产量形成均有重要的影响,合理的群体结构直接决定着玉米产量的增加与稳定。群体结构的测量较为繁琐,费时费力,且不能与当地太阳辐射情况充分结合,从而无法对群体结构和功能做出整体的评价。因此,有必要构建合理、简便的玉米群体光截获动态模型,结合群体不同生育期的形态指标与光辐射情况,对群体结构做出快速而精准的评价,为不同区域玉米品种选择、播种密度确定、以及后期管理等提供参考意见。【方法】将玉米群体结构模型与光分布模型相结合,建立简易可靠的群体光截获动态模型。该模型可模拟玉米整个生育期

【目的】更直观地展示超级玉米的整个生长过程,量化其生长发育参数。【方法】将系统分析和数学建模技术应用于超级玉米生长发育,解析和提炼超级玉米生长发育过程与形态建成之间的基础性关系和定量化算法;以形态建成参数为基础,结合OpenGL构建超级玉米虚拟模型,在VC++6.0平台上进行系统的设计开发。【结果】实现了以GDD为驱动因子的超级玉米生长发育参数的量化输出与可视化表达;通过形态建成模型与生长发育模型的数据交流,实现了预测功能与可视化表达的有机耦合与集成。【结论】运行结果表明系统具有较好的应用性,从而为超级玉米的研究提供了技术支持。

采用田间小区试验,研究了不同浓度新型玉米生长调节剂对玉米氮代谢的影响.结果表明,不同浓度玉米生长调节剂对灌浆期玉米功能叶、茎秆中氮素的转运,功能叶硝酸还原酶与蛋白水解酶活性,功能叶和籽粒的谷氨酰胺合成酶与转化酶活性均有明显的促进作用,显著增加玉米产量、籽粒蛋白质含量及籽粒蛋白质产量.在调节剂的3个浓度中,以PGRC1较合理.PGRC1处理玉米籽粒的蛋白氮含量比对照提高0.83g/kg,籽粒产量比对照增加13.18%,籽粒蛋白质产量比对照增加19.59%.