近地层臭氧(O3)浓度升高使作物生长发育受到抑制进而使产量下降,但O3胁迫条件下作物抗倒性状的变化及其可能原因均不清楚。FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)试验在很少扰动的自然农田实施,其特有的空间优势为研究这一问题...近地层臭氧(O3)浓度升高使作物生长发育受到抑制进而使产量下降,但O3胁迫条件下作物抗倒性状的变化及其可能原因均不清楚。FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)试验在很少扰动的自然农田实施,其特有的空间优势为研究这一问题提供了最好的机会。依托全球唯一的稻田臭氧FACE技术平台,以杂交稻两优培九为供试材料,设置大气背景O3浓度和高O3浓度两个水平首次对这一问题进行了实验研究。结果表明:高O3浓度使水稻抽穗期单茎(去除叶鞘)倒5、倒4和倒3节间的平均倒伏指数分别增加25%、16%和14%,使抽穗后35 d对应节间倒伏指数分别增加13%、12%和2%,除抽穗后35 d倒3节间外均达显著或极显著水平;高浓度O3使水稻抽穗期和抽穗后35 d植株倒5、倒4和倒3节间的抗折力和弯曲力矩均下降,前者降幅明显大于后者;高O3浓度对抽穗期和抽穗后35 d倒5、倒4、倒3和倒2和倒1节间的长度和粗度影响较小,但使各节间单位长度鲜重和干重一致下降,以单位长度干重降幅更大;高O3浓度使结实期倒5、倒4、倒3、倒2和倒1节间可溶性糖和淀粉含有率均下降,抽穗后35 d降幅大于抽穗期。以上数据表明,未来高浓度臭氧环境条件下两优培九结实期的倒伏风险明显增加,这主要与基部节间抗折能力明显削弱有关,而后者可能又与节间充实程度下降有关。展开更多
大气二氧化碳(CO2)浓度升高使水稻产量增加,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年利用中国稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(Ambient...大气二氧化碳(CO2)浓度升高使水稻产量增加,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年利用中国稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(Ambient+200μmol·mol-1),施氮量设低氮(15 g·m-2)和高氮(25 g·m-2),移栽密度设低密度(16穴·m-2)和高密度(24穴·m-2),研究了不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交水稻产量形成的影响。结果表明:高浓度CO2对水稻抽穗期和成熟期没有影响,但使结实期株高显著增高(+7%);使单位面积穗数(+8%)和每穗颖花数(+19%)明显增多,进而使单位面积颖花量大幅增加(+29%)。高浓度CO2条件下穗数增多主要与最高分蘖数明显增加有关,而分蘖成穗率显著下降;穗型增大主要由单茎干重而非单位干重形成的颖花数增加所致。高浓度CO2环境下水稻结实能力呈增加趋势,其中平均粒重的增幅达显著水平。大气CO2浓度升高使水稻籽粒产量平均增加36%,其中在低氮低密度、低氮高密度、高氮低密度和高氮高密度条件下分别增加43%、46%、34%、23%。增施氮肥或增加移栽密度使水稻产量略有下降,但均未达显著水平。以上结果表明,高浓度CO2环境下杂交水稻因库容量增大导致产量大幅增加,调整施氮水平和移栽密度可在一定程度上改变这种肥料效应。展开更多
FACE(free air gas concentration enrichment)研究使用标准的作物管理技术,在完全开放的大田条件下运行,代表了目前人类对未来大气环境的最好模拟。利用独特的大型稻田FACE平台,以典型的常规水稻品种武粳15(粳稻)和扬稻6号(籼稻)为供...FACE(free air gas concentration enrichment)研究使用标准的作物管理技术,在完全开放的大田条件下运行,代表了目前人类对未来大气环境的最好模拟。利用独特的大型稻田FACE平台,以典型的常规水稻品种武粳15(粳稻)和扬稻6号(籼稻)为供试材料,研究近地层臭氧(O3)浓度升高(比大气背景臭氧浓度平均增高26%)对常规水稻颖花形成的影响。结果表明:(1)高浓度O3对供试品种全穗以及一、二次枝梗颖化分化数均无显著影响;(2)高浓度O3使供试品种全穗和二次枝梗颖花退化数和退化率均显著增加,颖花退化增多是由于现存一次枝梗上二次枝梗大量退化而引起的二次颖花退化所造成;(3)颖花退化数在颖花分化数中所占比例很低,故高浓度O3对两供试品种全穗和一、二次枝梗颖花现存数以及稻穗构成均无显著影响。结合前报可知,选用常规水稻品种以及增施保花肥可能是未来近地层高浓度O3环境下稻作生产重要的适应措施。展开更多
人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物的生长环境,其中最大的一个变化就是大气二氧化碳(CO2)浓度的迅速上升:从工业革命前的平均270μmol/mol上升到目前的381μmol/mol,到2050年至少超过550μmol/mol。FACE(Free-air CO2 enric...人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物的生长环境,其中最大的一个变化就是大气二氧化碳(CO2)浓度的迅速上升:从工业革命前的平均270μmol/mol上升到目前的381μmol/mol,到2050年至少超过550μmol/mol。FACE(Free-air CO2 enrichment,开放式空气中CO2浓度增高)试验是目前评估未来高浓度CO2对作物生长和产量实际影响的最佳方法。水稻无疑是人类最重要的食物来源,迄今为止人类利用FACE技术开展水稻响应和适应的研究已有10a(19982008年)的历史。以生长发育为主线,首次系统综述了10a水稻FACE试验在该领域的研究成果,总结了FACE情形下高浓度CO2(模拟本世纪中叶大气CO2浓度)对主要供试水稻品种(小区面积大于4m2)光合作用、生育进程、地上部生长、地下部生长、物质分配、籽粒灌浆、产量构成以及倒伏性状等影响的研究进展,比较了FACE与非FACE研究之间以及中国和日本FACE研究(世界上唯一的两个大型水稻FACE研究)之间的异同点。根据研究进展以及当前的技术水平,文章最后提出了该领域的3个优先课题:(1)FACE情形下杂交稻生产力响应高于预期的生物学机制;(2)FACE情形下CO2与主要栽培措施的互作效应;(3)FACE情形下CO2与主要空气污染物臭氧的互作效应。这些响应的机理性解析将有助于从根本上减少人类预测未来粮食安全的不确定性,进而更加有效地制订出应对全球变化的适应策略。展开更多
联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)最新报告预测20世纪中叶全球大气二氧化碳(CO2)浓度将由目前的381μmolmol-1至少上升到550μmolmol-1,CO2浓度不断升高将对世界粮食生产和安全产生深刻影响。与封闭和半封闭气室相比,FACE(FreeAir ...联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)最新报告预测20世纪中叶全球大气二氧化碳(CO2)浓度将由目前的381μmolmol-1至少上升到550μmolmol-1,CO2浓度不断升高将对世界粮食生产和安全产生深刻影响。与封闭和半封闭气室相比,FACE(FreeAir CO2 Enrichment,开放式空气中CO2浓度增高)技术平台,在完全开放的大田条件下运行,代表了人们对未来高CO2浓度环境的最好模拟。水稻是世界上最重要的粮食作物之一,在过去10a中(1998～2007年),全球有两个大型水稻FACE平台(直径12m)在运行,一个在温带地区的日本岩手,另一个在亚热带地区的中国江苏。以FACE研究为重点,系统收集和整理了高CO2浓度对水稻产量影响的研究进展,比较了FACE与各种气室研究结果的异同点,评估了CO2与生物(品种、病虫和杂草)和非生物因子(肥料、水分、温度和臭氧)的互作效应,提出了未来大气CO2浓度升高情形下水稻生产的适应策略,并讨论了该领域有待深入研究的方向。展开更多
依托中国稻田臭氧FACE(Free Air ozone Concentration Enrichment)技术平台,以常规籼稻扬稻6号为供试材料,设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研...依托中国稻田臭氧FACE(Free Air ozone Concentration Enrichment)技术平台,以常规籼稻扬稻6号为供试材料,设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研究不同移栽密度下近地层臭氧浓度升高对水稻生长发育和产量的影响。结果表明,高浓度臭氧对水稻抽穗期、成熟期和最终株高均无显著影响,但使收获期生物产量显著下降,其中低、中和高密度条件下分别下降23%、20%和9%。臭氧胁迫导致的生物产量下降主要与拔节至抽穗期物质生产量明显下降有关(-23%),而营养生长期物质生产量差异不显著。前者主要与高浓度臭氧下水稻生长后期的净同化率(NAR)显著下降有关,也与该期叶面积指数(LAI)下降部分相关。高浓度臭氧对营养生长期不同器官生物量影响较小,但可使生殖生长期各器官生物量显著下降,其中茎鞘生物量降幅大于叶片,因此,臭氧胁迫下生物量在叶片中的分配比例呈增加趋势,而在茎鞘中的分配比例则相反。臭氧胁迫对单位面积穗数和每穗颖花数均无显著影响,但使饱粒率和饱粒重显著下降,空粒率和秕粒率明显增加。臭氧胁迫使水稻籽粒产量平均下降16%,其中,低、中、高密度下分别下降24%、14%和10%。臭氧胁迫对水稻生长后期的LAI、NAR、物质生产量以及每穗颖花数、饱粒重和籽粒产量的负面影响均随密度的增加而呈减小的趋势。以上结果表明,适当增加移栽密度可以减小臭氧胁迫对水稻生长后期的光合面积特别是净同化率的影响,进而减轻对颖花分化和籽粒生长过程的伤害,最终可显著减少臭氧胁迫下经济产量的损失。展开更多
开放式大气CO2浓度增加(Free-air CO2 Enrichment,FACE)的处理普遍降低了作物含氮率,研究作物体内各种氮形态尤其是可溶蛋白的含量特征,对于解析FACE条件下氮代谢机制具有重要意义。在大田栽培条件下,研究了开放式大气CO2浓度增加200μm...开放式大气CO2浓度增加(Free-air CO2 Enrichment,FACE)的处理普遍降低了作物含氮率,研究作物体内各种氮形态尤其是可溶蛋白的含量特征,对于解析FACE条件下氮代谢机制具有重要意义。在大田栽培条件下,研究了开放式大气CO2浓度增加200μmol.mol-1的处理对粳稻品种武香粳14各生育期功能叶片及根系可溶蛋白含量的影响。结果表明:(1)FACE处理显著增加了高、中氮水平下抽穗期顶叶的可溶蛋白含量,增幅分别为4%和7%,相反,不同氮水平下成熟期顶叶可溶蛋白含量显著低于对照,而拔节期及孕穗期顶叶可溶蛋白含量与对照无显著差异;(2)FACE处理显著提高了高、中氮水平下抽穗期倒二叶可溶蛋白的含量,增幅分别为16%和14%,但明显降低了不同氮水平下拔节期、孕穗期和成熟期倒二叶可溶蛋白的含量;(3)FACE处理显著提高了拔节期、孕穗期和抽穗期根系可溶蛋白的含量,增幅分别达18%、19%和12%,而成熟期根系可溶蛋白含量与对照无显著差异;(4)CO2和N处理对水稻拔节期、抽穗期和成熟期倒二叶以及抽穗期剑叶可溶性蛋白含量的互作效应均达显著或极显著水平。在此基础上,对FACE条件下功能叶片及根可溶蛋白含量变化的可能机制进行了讨论。展开更多
文摘近地层臭氧(O3)浓度升高使作物生长发育受到抑制进而使产量下降,但O3胁迫条件下作物抗倒性状的变化及其可能原因均不清楚。FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)试验在很少扰动的自然农田实施,其特有的空间优势为研究这一问题提供了最好的机会。依托全球唯一的稻田臭氧FACE技术平台,以杂交稻两优培九为供试材料,设置大气背景O3浓度和高O3浓度两个水平首次对这一问题进行了实验研究。结果表明:高O3浓度使水稻抽穗期单茎(去除叶鞘)倒5、倒4和倒3节间的平均倒伏指数分别增加25%、16%和14%,使抽穗后35 d对应节间倒伏指数分别增加13%、12%和2%,除抽穗后35 d倒3节间外均达显著或极显著水平;高浓度O3使水稻抽穗期和抽穗后35 d植株倒5、倒4和倒3节间的抗折力和弯曲力矩均下降,前者降幅明显大于后者;高O3浓度对抽穗期和抽穗后35 d倒5、倒4、倒3和倒2和倒1节间的长度和粗度影响较小,但使各节间单位长度鲜重和干重一致下降,以单位长度干重降幅更大;高O3浓度使结实期倒5、倒4、倒3、倒2和倒1节间可溶性糖和淀粉含有率均下降,抽穗后35 d降幅大于抽穗期。以上数据表明,未来高浓度臭氧环境条件下两优培九结实期的倒伏风险明显增加,这主要与基部节间抗折能力明显削弱有关,而后者可能又与节间充实程度下降有关。
文摘大气二氧化碳(CO2)浓度升高使水稻产量增加,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年利用中国稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)系统平台,以敏感水稻品种汕优63为供试材料,二氧化碳设环境CO2浓度(Ambient)和高CO2浓度(Ambient+200μmol·mol-1),施氮量设低氮(15 g·m-2)和高氮(25 g·m-2),移栽密度设低密度(16穴·m-2)和高密度(24穴·m-2),研究了不同栽培条件下大气CO2浓度升高对杂交水稻产量形成的影响。结果表明:高浓度CO2对水稻抽穗期和成熟期没有影响,但使结实期株高显著增高(+7%);使单位面积穗数(+8%)和每穗颖花数(+19%)明显增多,进而使单位面积颖花量大幅增加(+29%)。高浓度CO2条件下穗数增多主要与最高分蘖数明显增加有关,而分蘖成穗率显著下降;穗型增大主要由单茎干重而非单位干重形成的颖花数增加所致。高浓度CO2环境下水稻结实能力呈增加趋势,其中平均粒重的增幅达显著水平。大气CO2浓度升高使水稻籽粒产量平均增加36%,其中在低氮低密度、低氮高密度、高氮低密度和高氮高密度条件下分别增加43%、46%、34%、23%。增施氮肥或增加移栽密度使水稻产量略有下降,但均未达显著水平。以上结果表明,高浓度CO2环境下杂交水稻因库容量增大导致产量大幅增加,调整施氮水平和移栽密度可在一定程度上改变这种肥料效应。
文摘FACE(free air gas concentration enrichment)研究使用标准的作物管理技术,在完全开放的大田条件下运行,代表了目前人类对未来大气环境的最好模拟。利用独特的大型稻田FACE平台,以典型的常规水稻品种武粳15(粳稻)和扬稻6号(籼稻)为供试材料,研究近地层臭氧(O3)浓度升高(比大气背景臭氧浓度平均增高26%)对常规水稻颖花形成的影响。结果表明:(1)高浓度O3对供试品种全穗以及一、二次枝梗颖化分化数均无显著影响;(2)高浓度O3使供试品种全穗和二次枝梗颖花退化数和退化率均显著增加,颖花退化增多是由于现存一次枝梗上二次枝梗大量退化而引起的二次颖花退化所造成;(3)颖花退化数在颖花分化数中所占比例很低,故高浓度O3对两供试品种全穗和一、二次枝梗颖花现存数以及稻穗构成均无显著影响。结合前报可知,选用常规水稻品种以及增施保花肥可能是未来近地层高浓度O3环境下稻作生产重要的适应措施。
文摘人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物的生长环境,其中最大的一个变化就是大气二氧化碳(CO2)浓度的迅速上升:从工业革命前的平均270μmol/mol上升到目前的381μmol/mol,到2050年至少超过550μmol/mol。FACE(Free-air CO2 enrichment,开放式空气中CO2浓度增高)试验是目前评估未来高浓度CO2对作物生长和产量实际影响的最佳方法。水稻无疑是人类最重要的食物来源,迄今为止人类利用FACE技术开展水稻响应和适应的研究已有10a(19982008年)的历史。以生长发育为主线,首次系统综述了10a水稻FACE试验在该领域的研究成果,总结了FACE情形下高浓度CO2(模拟本世纪中叶大气CO2浓度)对主要供试水稻品种(小区面积大于4m2)光合作用、生育进程、地上部生长、地下部生长、物质分配、籽粒灌浆、产量构成以及倒伏性状等影响的研究进展,比较了FACE与非FACE研究之间以及中国和日本FACE研究(世界上唯一的两个大型水稻FACE研究)之间的异同点。根据研究进展以及当前的技术水平,文章最后提出了该领域的3个优先课题:(1)FACE情形下杂交稻生产力响应高于预期的生物学机制;(2)FACE情形下CO2与主要栽培措施的互作效应;(3)FACE情形下CO2与主要空气污染物臭氧的互作效应。这些响应的机理性解析将有助于从根本上减少人类预测未来粮食安全的不确定性,进而更加有效地制订出应对全球变化的适应策略。
文摘联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)最新报告预测20世纪中叶全球大气二氧化碳(CO2)浓度将由目前的381μmolmol-1至少上升到550μmolmol-1,CO2浓度不断升高将对世界粮食生产和安全产生深刻影响。与封闭和半封闭气室相比,FACE(FreeAir CO2 Enrichment,开放式空气中CO2浓度增高)技术平台,在完全开放的大田条件下运行,代表了人们对未来高CO2浓度环境的最好模拟。水稻是世界上最重要的粮食作物之一,在过去10a中(1998～2007年),全球有两个大型水稻FACE平台(直径12m)在运行,一个在温带地区的日本岩手,另一个在亚热带地区的中国江苏。以FACE研究为重点,系统收集和整理了高CO2浓度对水稻产量影响的研究进展,比较了FACE与各种气室研究结果的异同点,评估了CO2与生物(品种、病虫和杂草)和非生物因子(肥料、水分、温度和臭氧)的互作效应,提出了未来大气CO2浓度升高情形下水稻生产的适应策略,并讨论了该领域有待深入研究的方向。
文摘依托中国稻田臭氧FACE(Free Air ozone Concentration Enrichment)技术平台,以常规籼稻扬稻6号为供试材料,设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研究不同移栽密度下近地层臭氧浓度升高对水稻生长发育和产量的影响。结果表明,高浓度臭氧对水稻抽穗期、成熟期和最终株高均无显著影响,但使收获期生物产量显著下降,其中低、中和高密度条件下分别下降23%、20%和9%。臭氧胁迫导致的生物产量下降主要与拔节至抽穗期物质生产量明显下降有关(-23%),而营养生长期物质生产量差异不显著。前者主要与高浓度臭氧下水稻生长后期的净同化率(NAR)显著下降有关,也与该期叶面积指数(LAI)下降部分相关。高浓度臭氧对营养生长期不同器官生物量影响较小,但可使生殖生长期各器官生物量显著下降,其中茎鞘生物量降幅大于叶片,因此,臭氧胁迫下生物量在叶片中的分配比例呈增加趋势,而在茎鞘中的分配比例则相反。臭氧胁迫对单位面积穗数和每穗颖花数均无显著影响,但使饱粒率和饱粒重显著下降,空粒率和秕粒率明显增加。臭氧胁迫使水稻籽粒产量平均下降16%,其中,低、中、高密度下分别下降24%、14%和10%。臭氧胁迫对水稻生长后期的LAI、NAR、物质生产量以及每穗颖花数、饱粒重和籽粒产量的负面影响均随密度的增加而呈减小的趋势。以上结果表明,适当增加移栽密度可以减小臭氧胁迫对水稻生长后期的光合面积特别是净同化率的影响,进而减轻对颖花分化和籽粒生长过程的伤害,最终可显著减少臭氧胁迫下经济产量的损失。
文摘开放式大气CO2浓度增加(Free-air CO2 Enrichment,FACE)的处理普遍降低了作物含氮率,研究作物体内各种氮形态尤其是可溶蛋白的含量特征,对于解析FACE条件下氮代谢机制具有重要意义。在大田栽培条件下,研究了开放式大气CO2浓度增加200μmol.mol-1的处理对粳稻品种武香粳14各生育期功能叶片及根系可溶蛋白含量的影响。结果表明:(1)FACE处理显著增加了高、中氮水平下抽穗期顶叶的可溶蛋白含量,增幅分别为4%和7%,相反,不同氮水平下成熟期顶叶可溶蛋白含量显著低于对照,而拔节期及孕穗期顶叶可溶蛋白含量与对照无显著差异;(2)FACE处理显著提高了高、中氮水平下抽穗期倒二叶可溶蛋白的含量,增幅分别为16%和14%,但明显降低了不同氮水平下拔节期、孕穗期和成熟期倒二叶可溶蛋白的含量;(3)FACE处理显著提高了拔节期、孕穗期和抽穗期根系可溶蛋白的含量,增幅分别达18%、19%和12%,而成熟期根系可溶蛋白含量与对照无显著差异;(4)CO2和N处理对水稻拔节期、抽穗期和成熟期倒二叶以及抽穗期剑叶可溶性蛋白含量的互作效应均达显著或极显著水平。在此基础上,对FACE条件下功能叶片及根可溶蛋白含量变化的可能机制进行了讨论。
