通过田间试验,研究了开放式空气CO2浓度升高(FACE,Free-air CO2 enrichment)条件下不同生育期子代与0代水稻(Oryzasativa)和稗草(Echinochloacrus-galli)的生长和竞争关系。结果表明,FACE条件下水稻/稗草比例为12∶1时,在分蘖期和抽穗期,子代水稻和稗草的生长和光合能力比0代都有所降低,其中水稻的子代干物质量与0代相比分别降低了18.8%和61.9%,子代净光合速率则分别降低了22.4%和27.8%;而稗草子代干物质量与为0代相比在分蘖期和抽穗期则分别下降了34.5%和31.0%,子代净光合速率也分别下降了28.4%和16.3%。FACE条件下,两代水稻与稗草的竞争能力(子代的稻稗比)都随着生长期的不同而发生了变化:稻稗干物质量比在分蘖期子代比0代增加了26.6%,而抽穗期则减少了44.1%;净光合速率稻稗比在分蘖期子代比0代增加了8.3%,抽穗期减少了13.8%,即FACE条件下子代水稻的竞争能力相比0代水稻在分蘖期有一定程度的增强,而在抽穗期却减弱。说明生长后期子代水稻/稗草的竞争已对FACE表现出一定的适应性。
在开放式臭氧浓度升高(ozone-free air controlled enrichment,O3-FACE)平台上,观测了高浓度臭氧(正常大气臭氧浓度的基础上增加50%)对2个冬小麦(TritciumaestivumL.)品种(烟农19和扬麦16)在灌浆期内功能叶片光合损伤的情况.观测显示,整个灌浆期内2个小麦品种有关参数响应的趋势表现一致:净光合速率(Pn)逐渐下降,在臭氧处理35d时,烟农19和扬麦16降幅分别达到56.21%和21.82%.②荧光动力学参数Fv/Fm(最大光化学量子产量)、qp(光化学淬灭系数)、Φexc(PSⅡ有效光化学量子产量)、ΦPSⅡ(PSⅡ实际光化学量子产量)呈下降趋势,NPQ(非光化学淬灭系数)逐渐上升;在能量分配方面,吸收的光能在PSⅡ天线色素的耗散部分(%D)升高、用于PSⅡ光化学反应的部分(%P)降低,而不属于前两者的其它消耗部分(%X)变化不明显.在臭氧处理35d时,烟农19和扬麦16的ΦPSⅡ分别下降24.42%和9.97%.③光合色素参数Chla/Chlb(叶绿素a/叶绿素b)比值上升,而Chlt/Car(叶绿素/叶黄素)的比值下降.④叶绿体内依赖Mg2+、Ca2+的ATPase(ATP酶)活性和ATP含量均增加.上述参数随臭氧处理时间延长,变化幅度和品种间的差异趋于显著,当臭氧处理35d时,变幅最大,且烟农19变幅显著大于扬麦16.结果表明,在臭氧浓度升高环境下,作物通过增加热耗散、改变色素含量和结构、提高ATPase活性等进行防御和损伤修复.随着处理时间的增加,臭氧对冬小麦的光合损伤具有累积效应,且2个品种表现出较大的差异性.
本文利用中国开放式CO2浓度增高(Free-air CO2 Enrichment,简称FACE)系统平台,于2007年3月19日至5月24日小麦拔节至成熟期进行小麦冠层微气候及相关项目的连续观测,并结合能量平衡分析,研究中国FACE系统对小麦冠层能量平衡各分量的变化特征及水分利用率的影响。能量平衡分析结果表明,小麦冠层白天总显热通量FACE均高于对照,而总潜热通量FACE均低于对照,潜热通量FACE与对照的差异日最大值变化在-12～-63W·m-2之间,显热通量FACE与对照的差异最大值变化在12～78W·m-2之间。能量平衡是小气候变化的根本,利用P-M方程反演出的冠层群体气孔导度与实测的气孔导度相关关系较好,证明能量平衡的计算结果及小气候观测数据基本正确。观测期间内模拟计算结果表明,CO2浓度升高使小麦的水分利用减小约25.5mm,结合生物量的增加,FACE条件下小麦水分利用率增加约19%。
利用FACE(Free Air Carbon-Dioxide Enrichment)平台技术,研究了低氮(125kg/hm2,以纯N计)和常氮(250kg/hm2)水平下,高浓度CO2(周围大气CO2浓度+200μmol/mol)对水稻不同生育期功能叶N代谢关键酶活性的影响。结果表明,高浓度CO2提高了叶片硝酸还原酶和蛋白水解酶的活性,两者在常N下的响应程度大于在低N下的响应程度;高浓度CO2降低了低N下叶片谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)活性,常N水平下酶活性的下降趋势得到改变或缓解。由此可见,高浓度CO2条件下NO3-转化为NH4+加速,而NH4+进一步同化为有机N却受阻,而且,由于后期蛋白水解加速,将进一步加剧叶片N含量的下降。这是水稻叶片N含量下降的内在因素。而增施N肥,有利于同化酶的表达,降低叶片蛋白水解酶活力,从而缓解叶片N含量的下降。
