开放系统中农作物对空气CO2浓度增加的响应

• 作 者: B.A.Kimball 朱建国
• 机 构: U.S.Water Conservation Laboratory,中国科学院南京土壤研究所,National Institute of Agro-Environmental Sciences,Dep
• 出 处: 应用生态学报
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: CO2 全球变化 农作物生长 产量 水分 氮 碳固定 开放系统

FACE试验(free-air CO2 enrichment)开展的10多年中,供试农作物主要有:C3禾本科作物小麦(Triticum aestivum L.)、多年生黑麦草(Lolium perenne)和水稻(Oryza sativa L.) ,C4禾本科类高粱(Sorghum bicolor (L.) Mench) ,C3豆科植物白三叶草(Trifolium repens) ,C3 非禾本科块茎状作物马铃薯(Solanum tuberosum L.),以及多年生C3类木本作物棉花(Gossypium hirsutum L.)和葡萄(Vitis vinifera L.).本文系统整理和分析了以下各项参数的结果:光合作用、气孔导度、冠层温度、水分利用、水势、叶面积指数、根茎生物量累积、作物产量、辐射利用率、比叶面积、N含量、N收益、碳水化合物含量、物候变化、土壤微生物、土壤呼吸、痕量气体交换以及土壤碳固定.CO2浓度升高对农作物的影响作用主要表现在以下方面:(1)促进了植物光合作用、增加了其生物量累积;(2)显著提高C3作物产量,但对C4作物产量的影响很小;(3)降低了C3和C4作物气孔导度,非常显著地提高了所有作物的水分利用率;(4)对植物生长的促进作用在水分不足与水分充足时二者相当或前者大于后者;(5)对非豆科植物生长的促进作用要受到土壤低N水平限制,而对豆科植物则不受氮肥水平限制;(6)对根系生长的促进作用要大于地上部分;(7)对多年生植物气孔导度的影响较小,但对其生长的促进作用仍很高;(8)降低了植物体内N含量,但作物体内碳水化合物及某些其他含碳化合物含量增加,且叶部含量要明显高于植物其他器官;(9)对大多数作物的物候略有加速;(10)对某些土壤微生物具显著影响,而对有些则无,但都增加了微生物活性;(11)综合多年、多地点的试验结果表明土壤对大气CO2的固定增加,但单独一个试验无法观测到SOC的显著性变化.对FACE和前期的熏气室试验结果都进行了尽可能的对比研究,除了二例以外,发现在大多数情况下二者的结果基本一致.其一,FACE使气孔导度降低约1.5倍,明显高于前期熏气室试验的结果;其二,相对于熏气室,FACE条件下CO2倍增对根的相对促进作用要高于地上部分.因此,我们对基于这二者的结论的准确性和可靠性是充满信心的.不过,更接近自然环境和具更大小区面积的FACE试验仍是必需的,它可以为我们提供在CO2升高条件下更具代表性的田间试验条件,从而为我们提供更多、更有益的多学科交叉的试验数据和研究结果.