2017, Vol. 36文章信息
- 郭艳亮, 王晓琳, 张晓媛, 王丽梅, 郑纪勇, 李世清
- GUO Yan-liang, WANG Xiao-lin, ZHANG Xiao-yuan, WANG Li-mei, ZHENG Ji-yong, LI Shi-qing
- 田间条件下模拟CO2浓度升高开顶式气室的改进及其效果
- Improvement and performance of open-top chambers used for simulating elevated CO2 under field conditions
- 农业环境科学学报, 2017, 36(6): 1034-1043
- Journal of Agro-Environment Science, 2017, 36(6): 1034-1043
- http://dx.doi.org/10.11654/jaes.2017-0082
文章历史
- 收稿日期: 2017-01-15
2. 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西 杨凌 712100
2. College of Environment and Resources, Northwest A & F University, Yangling 712100, China
受人类活动影响，全球气候变暖形势愈来愈严峻。矿石燃料的燃烧、工业废气的排放，使近地层大气成分的含量和组成发生改变，CO2浓度不断升高，造成“温室效应”。进入20世纪以来，全球CO2浓度由18世纪的280 μmol·mol-1上升到379 μmol·mol-1，且以每年1.5~2.0 μmol·mol-1的速率不断增加[1]。国际间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告中预测，2035年全球大气中CO2浓度将超500 μmol·mol-1，同时会伴随有气温升高、极端气象事件频繁发生[2]，专家预测到21世纪末大气中CO2浓度将达到700 μmol·mol-1[3]。CO2是植物进行光合作用的底物，其在大气中浓度的改变可能会影响植物的光合作用，改变植物的生长发育过程，继而导致植物地上部和地下部生物量发生变化[4]，同时也会影响土壤微生物区系和理化性质[5]。为研究农作物对气候变化的响应，研究者采取增加CO2浓度和增温等措施，通过模拟气候变化，观察被监测植物在未来预计较高的CO2浓度和温度条件下作物生长、品质及产量的变化，来评估未来大气CO2浓度升高和温度增加的气候条件对农作物可能产生的影响。
由于研究目的以及试验水平、生态系统类型和供试作物种类的差异，国内外学者用来模拟未来气候变化趋势的研究方法不尽相同。但是一个总的原则就是通过利用CO2浓度控制装置来改变生态系统和植物生长的小气候环境，在模拟小气候环境条件下观测与分析植物生长发育的响应过程及其机理。迄今常用的CO2浓度控制措施主要有3种：可控环境密闭气候室、自由大气CO2施肥装置（Free-Air CO2 Enrichment，FACE）和半封闭的开顶式气室（Open Top Chamber，OTC）。
可控环境密闭气候室是在完全封闭的空间内严格控制温湿度、水分、光照以及CO2浓度等影响植物生长的环境因子进行试验的设备[6-7]，这种方法最初被广泛应用于农作物试验研究[8-11]。如Robredo等[12]利用可控环境密闭气候室研究了CO2浓度升高条件下大麦作物氮代谢受水分胁迫的影响程度；张瑾涛[13]在密闭环境气候室研究了大气CO2浓度升高对玉米/大豆间作体系生长的影响及磷营养调控。FACE是在完全开放的农田环境下利用气体输送管道分配系统建立一个大型试验圈，在作物生长冠层动态释放CO2，需要有模拟增温处理的试验则同时设立红外增温系统[14-17]。Rogers等[18]于1983年首次提出FACE技术，美国BNL（Brookhaven National Laboratory）于1989年首次投入使用，将FACE技术用于棉花方面的研究[17]；Schneider等[19]为研究黑麦草草地生态系统氮素循环对CO2浓度升高的响应，利用FACE系统平台进行了长达10年的定位试验；我国在江苏省首次利用FACE技术进行了稻/麦轮作体系的研究[20]。OTC是四周封闭、顶部敞开的半封闭气候模拟系统。美国环保局和农业部利用Heagle等[21]设计的OTC系统研究了大气中臭氧体积分数变化对作物生长的影响[22]，国内利用该技术进行气候模拟研究的学者有陈法军等[23]、万运帆等[24]和许育彬等[25]。
以上3种CO2浓度控制方法各有优缺点。FACE系统与外界自然环境条件差异最小，但考虑到FACE系统耗材与后期营运成本高昂，而可控环境密闭气候室与外界环境差异较大等不利因素，许多学者采用开顶式气室这种比较经济，且与外界环境条件相对比较一致的模拟系统来进行相关研究。然而由于OTC内的植物生长环境与CO2浓度升高的纯自然条件仍存在一定差异，尤其是易导致气室内温度高于自然大气，再加上有些试验采用盆栽植物作为供试体进行研究，不能很好地代表未来气候变化条件下的自然生长条件，从而在一定程度上影响研究结果。此前一些学者也已经注意到了这些问题，并对OTC系统做了部分改进。如陈法军等[23]用厚度2.5 mm的透明玻璃代替塑料薄膜或玻璃钢瓦，对气室壁从材料方面做了改进；万运帆等[24]在传统OTC基础上增加控温系统，精确控制温度；许育彬等[25]利用风扇进行降温，以减少OTC（底部面积1.2 m×1.2 m）的增温效应并促进气室内气体混匀。但是，传统OTC在体积和形状方面改进的研究还相对欠缺。气室体积小，不利于作物生长，尤其是长势较高的玉米，而且形状多为八变形棱柱状，不利于气室内玉米试验种植行距、株距的控制。同时，传统OTC虽然在材料方面有所改进，但透明玻璃的透光性能仍小于塑钢PC结构。
为提高传统OTC在田间条件下原位模拟大气CO2浓度升高对作物生长影响的适用性和精度，本研究对传统OTC进行了尺寸、形状、材料以及内部CO2浓度控制等方面的改进。通过实时监测旱作春玉米生育期内OTC内外大气温度、湿度以及CO2浓度等的变化情况，分析评价改进后的OTC的模拟效果，为田间条件下气候变化模拟措施提供技术参考和实践依据。
1 材料与方法 1.1 OTC改进设计为使得OTC适应田间模拟要求，本研究在传统气室基础上进行改进，改进后的OTC如图 1所示，主要由气室、CO2控制系统、监测系统三个部分组成。
|
| 图 1OTC系统结构实体照片 Figure 1Structure photo of OTC system |
OTC气室由传统气室正八边形棱柱状改为正四边形棱柱状，便于气室内玉米种植行距和株距的精确控制。气室尺寸放大为长×宽×高=4.0 m×4.0 m×3.0 m，使其更适用于玉米等植株较高的作物试验种植，从而避免了因作物生长空间小而形成的温室效应。气室无底，直接立于田间土壤之上，为防止室内CO2快速逸散，于2.8 m高度处收口，收口后顶部面积为3.0 m×3.0 m。考虑到气室内作物生长环境更加接近自然条件，根据2015年监测数据，2016年将顶部收口改为全部敞开。为尽可能减少气室壁对有效光辐射的吸收，气室材料选用了透光性≥98%、防结露、耐刮耐磨的塑钢PC结构，属聚碳酸酯耐力板，保证了高透光性而避免影响气室内光照强度，且耐用性强。
1.1.2 CO2控制系统该控制系统主要包括CO2减压流量阀、CO2控制系统强度控制柜、数据采集控制器、供气多孔管、传感器分析仪和环流风机（中国，F-108EX）。经过CO2减压流量阀和CO2控制系统强度控制柜的控制调节，从钢瓶输出的CO2气体经输气管从气室顶部的多孔管向下供气，由于CO2密度比自然空气大，易集中于底部，在保证CO2气体稳定供应的同时，于供气多孔管上方3.0 cm处呈三角布局增设3个环流风机，将释放到气室中的CO2气体进行迅速混匀，并增加气室内外空气交换速度，以尽可能减少气室内外温差。在玉米生育期内，随玉米株高增加，通过手动调节释放CO2的供气多孔管在气室内的高度，使其保持与玉米冠层高度一致，使得所供CO2气体在玉米生长冠层均匀分布。同时在每个环流风机边缘安装CO2浓度传感器分析仪感应探头，CO2浓度感应探头位置需与供气多孔管同步调节，系统实时监测并调整以保证气室内CO2浓度的均匀性。传感器上方设不锈钢罩防雨、烟尘等。气室内实际CO2浓度通过与供气多孔管置于同一位置处的传感器分析仪进行监测并通过流量阀实时调控。另外，在大田处理小区同一高度处安装CO2传感器分析仪，所测数值代表自然大气CO2浓度，经过数据采集器直接传回电脑终端。
数据采集控制器根据每个气室中的CO2传感器返回的CO2浓度值，对比试验模拟的CO2浓度值（即预先设定的CO2浓度阈值），超过设定阈值范围就启动相应调整程序模块进行调控。如果气室内CO2浓度低于阈值需进行补充气体，数据采集控制器则自动开启对应气室CO2电磁阀，钢瓶内的CO2气体通过钢瓶口连接的CO2减压阀、输气管以及打开的电磁阀，被输送到对应气室内。如果气室内CO2浓度高于设定阈值，数据采集控制器自动关闭对应气室CO2电磁阀，停止充气。当气室内CO2浓度达到设定的阈值范围后，停止调节，系统探头继续处于监听状态，当气室内CO2浓度超出了设定的阈值范围时，再次启动调整程序模块调节电磁阀进行自动调节。对于补充气体浓度的控制和调整是利用PID+模糊算法进行计算机程序编程，根据传感器反馈回的气室所需要CO2气体的量，自动控制CO2气体的补充次数进行调整。调整模块和CO2气体补充模块配合，全面控制气室内气体的浓度，控制精度高。
1.1.3 温湿度监测系统该系统主要由温度传感器、湿度传感器和数据采集器三部分构成。温度和湿度探头均置于OTC内外且与CO2传感器分析仪同一高度处，所测数值为气室内外温度、湿度代表值。经数据采集器将数值传回电脑终端。
1.2 模拟效果检验设计本试验于2015—2016年在中国科学院长武农业生态试验站（35°12′N，107°40′E）旱塬农田生态系统长期定位试验场进行。试验站位于陕西省咸阳市长武县王东村，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均降水582 mm，年均气温9.7 ℃，无霜期171 d，地下水位50~80 m，试验地土壤为黑垆土，母质是深厚的中壤质马兰黄土，土体疏松，通透性好，具有良好的“土壤水库”效应。
旱作春玉米供试品种为郑单958。依照当地的管理模式进行农田水肥管理，试验设大田（CK）、对照气室（用OTC表示，气室直接立于田间土壤之上，不通CO2气体，仅用自动监测系统监测气室内的空气温湿度，目的在于剥离OTC可能带来的增温效应）和可控CO2气室（用OTC+CO2表示，气室内通CO2气体，并进行浓度调控）3个处理，每处理均设3个重复，共计9个处理小区。在小区中央均设立空气温度、湿度和大气CO2浓度监测系统，其中OTC+CO2处理小区内加装CO2浓度自动控制系统，控制气室内CO2浓度保持在700 μmol·mol-1。
气室自动控制系统能够每分钟自动记录一次气室内外空气温湿度和CO2浓度，本研究中设定每10 min记录一次数据。
1.3 项目测定及方法温度监测：空气温度探头为国产YX-WSD传感器，土壤温度探头为国产YX-TRWD传感器，精度为0.1 ℃。
CO2浓度监测：感应探头采用芬兰Vaisala公司GWM115传感器，量程为0~2000 μmol·mol-1，精度为20 μmol·mol-1，使用前均进行校准。
湿度监测：采用美国HM1500传感器。
大气温度、湿度及CO2浓度均通过传感器利用OTC监测系统进行自动监测，经过数字信号与电信号的转化最终将监测数据传回电脑端。
该OTC系统于2015年7月开始在田间正常运行，只在白天（6：00—20：00）供气。为更好地模拟未来CO2浓度升高情景下的作物生长环境，2016年改为玉米生育期全天24 h处于CO2浓度升高的环境。
1.4 数据处理采用Microsoft Excel 2007进行数据整理；采用SPSS 20.0软件进行试验数据统计分析，方差分析使用最小显著差异LSD（Least-significant difference）法（P < 0.05）和t检验（P < 0.05）进行分析；采用Origin 8.5和Excel 2007作图。
2 结果与分析 2.1 改进的OTC对CO2浓度的控制效果在田间利用改进的OTC系统对气室内CO2浓度进行了调控，同时对气室内外CO2浓度实时监测。2015年系统预设CO2浓度在白天（6：00—20：00）为700 μmol·mol-1，2016年改为全天24 h保持气室内CO2浓度为700 μmol·mol-1。结果表明，玉米生育期内气室内外CO2日均浓度差值的波动范围在2015年为284.0~388.5 μmol·mol-1，2016年为279.9~374.0 μmol·mol-1（图 2），将差值除以全生育期总天数（2015年监测75 d，2016年监测124 d），得到平均差值分别为337.5 μmol·mol-1和336.0 μmol·mol-1，气室内CO2浓度控制范围2015年为682.8~700.2 μmol·mol-1，2016年为694.6~700.1 μmol·mol-1。
|
| 图中数据为春玉米生育期内3个平行气室的平均值，误差棒表示标准差。由于系统出现故障或试验站停电而导致部分数据缺失（如2015年07-23至08-08），在图中截去因数据缺失而不连续的部分，出现图中横坐标间距不等。下同 Date in the figure consists of the three parallel chambers numerical average during spring maize growth period. Error bar represents the standard deviation. Data loss (e.g., from 07-23 to 08-08 in 2015) was due to the system out of order or blackout, consequently the horizontal spacing 图 2春玉米生长季OTC内外CO2日均浓度 Figure 2Daily average CO2 concentration during spring maize growth period |
将春玉米生育期内监测的每天各个时间段的CO2浓度分别求平均值，得到气室内外CO2不同时间段均值的动态变化情况（图 3）。结果显示，2015年白天不同时间段气室内CO2浓度相对气室外增加了289.5~354.5 μmol·mol-1，平均增幅为322.9 μmol·mol-1。晚上气室内CO2浓度接近自然环境条件，气室内外CO2浓度的差值分析结果表明，20：00至次日6：00时间段内CO2浓度平均差值为0.1 μmol·mol-1，气室内外差异不显著（P>0.05）。2016年气室内全天供CO2气体，与气室外相比，CO2增加波动范围为289.5~375.8 μmol·mol-1，平均增幅为335.3 μmol·mol-1。经过两年调试和运行，改进的OTC内部CO2浓度能够维持在阈值内（700 μmol·mol-1），表明改进的OTC可以精确地控制CO2浓度，运行系统稳定，可满足模拟试验的需求。
|
| 图 3春玉米生长季OTC内外不同时段CO2浓度 Figure 3Hourly average CO2 concentration during spring maize growth period |
在春玉米生育期内，OTC内外日均气温动态变化情况如图 4。2015年和2016年气室内外气温变化趋势相同，温度由高到低依次均为OTC>OTC+CO2>CK，2015年可控CO2气室与大田日均温差为0.7 ℃，对照气室与大田日均温差为0.9 ℃，2016年日均温差分别为0.2 ℃和0.9 ℃。
|
| 图 4春玉米生长季OTC内外大气日均温度动态变化 Figure 4Dynamics of daily average air temperature during spring maize growth period |
将春玉米生育期（2015年监测75 d，2016年监测124 d）内全天不同时间段（每小时）的CO2浓度进行对比统计分析（图 5），结果显示，气室内温度高于大田环境条件下的大气温度，3种处理的气温变化趋势相同。通过温差分析发现，2015年可控CO2 OTC比大田气温平均高0.6 ℃，且在白天（6：00—20：00）平均增温0.8 ℃，差异显著（P < 0.05），对照OTC比大田气温平均高1.0 ℃，尤其在白天气温差异显著（P < 0.05）。在2016年，与大田气温相比，对照OTC平均气温升高0.9 ℃，可控CO2 OTC全天平均气温升高0.4 ℃，差异不显著（P>0.05）。2015—2016年可控CO2 OTC与对照OTC直接温度差异均不显著（P>0.05）。
|
| 图 5春玉米生长季OTC内外不同时段大气温度动态变化 Figure 5Dynamics of hourly average air temperature during spring maize growth period |
以平均全天空气相对湿度值得到OTC内外空气相对湿度动态变化情况（图 6）。大田、可控CO2 OTC和对照OTC 3种环境条件下的空气相对湿度动态变化趋势一致，高低相近。春玉米生育期内空气相对湿度的统计分析结果表明，2015年大田、可控CO2 OTC和对照OTC的平均空气相对湿度分别为81.6%、81.8%和81.0%，2016年分别为75.8%、76.0%和75.5%。对气室内外空气相对湿度分析发现，在春玉米营养生长期（05-01至07-15），2015年和2016年空气相对湿度由大到小依次均为CO2+OTC>OTC>CK；在玉米生殖生长期（07-16至09-14），2015年为CK>OTC+CO2>OTC，2016年为CK>OTC>OTC+CO2，处理间差异均不显著（P>0.05）。
|
| 图 6春玉米生长季OTC内外日均空气相对湿度动态变化 Figure 6Dynamics of daily average air relative humidity during spring maize growth period |
对气室内外全天不同时间段的空气相对湿度进行对比统计分析，结果表明3种环境条件下的空气相对湿度变化均呈现先降低再升高的“凹”字型趋势（图 7），从0：00开始空气相对湿度逐渐降低，6：00后迅速降低，直到15：00左右达到最低值，随后开始逐渐升高，晚上21：00之后上升速度逐渐变慢。2015年可控CO2 OTC与大田相比，空气相对湿度平均值约降低2.4%，对照OTC降低了6.8%，差异均不显著（P>0.05）。2016年可控CO2 OTC和OTC较大田空气相对湿度的平均值分别降低了3.1%和5.5%，但差异均不显著（P>0.05）。
|
| 图 7春玉米生长季OTC内外不同时段空气相对湿度动态变化 Figure 7Dynamics of hourly average air relative humidity during spring maize growth period |
改进后的OTC系统对大气CO2浓度的调控效果较好。在不影响试验效果的条件下为降低材料成本，本研究只在需要调控CO2浓度的气室（OTC + CO2）内和大田处理（CK）各小区安装CO2浓度监测系统，同时在2015年白天（6：00—20：00）将通气气室内CO2浓度设置为700 μmol·mol-1。由于植物在没有光的条件下不进行光合作用，晚上（20：00至次日6：00）将通气气室内CO2浓度设置为0 μmol·mol-1。但是为了更加准确地模拟未来大气CO2浓度升高的情形，2016年改为全天24 h供气。本试验预期CO2控制浓度为700 μmol·mol-1，实际控制浓度值大多数情况下均低于700 μmol·mol-1，但2016年控制范围更接近阈值，控制误差范围为-5.4~0.1 μmol·mol-1，说明该系统经过两年的调试和运行，系统逐渐趋于稳定且控制精确，偏低的原因可能是CO2浓度感应探头反应滞后所导致的。这与万运帆等[24]利用调控OTC原位模拟气候变化在早稻上应用的研究结果一致。
为了验证在不通气气室（OTC）内CO2浓度与大田处理（CK）大气CO2浓度是否一致，在2015年，选取天气晴朗的四天（07-02、07-22、08-12和09-02），在早晨9：00—11：00时间段内测定春玉米光合作用的同时，记录OTC内CO2浓度，与该时间段大田处理的CO2浓度值作对比（图 8）。结果表明，OTC与大田的CO2浓度变化趋势完全相同且大小接近，差异不显著（P>0.05）。这也从侧面反映了该OTC内部与外界空气自然流通，受OTC气室壁阻挡作用的影响很小，甚至可以忽略不计。
|
| 图中各时间段的数据为3个平行气室每天同一时段测定（使用光合仪测定对照OTC内CO2浓度，大田处理利用系统进行监测CO2浓度）数值的平均值，误差棒表示标准差 Date in the figure consists of the three parallel chambers hourly numerical average during spring maize growth period. CO2 concentration in OTC was measured by the photosynthetic apparatus, and natural air CO2 concentration by OTC system. Error bar represents the standard deviation 图 8对照OTC内CO2浓度与大田CO2浓度对比 Figure 8Comparison between the measured CO2 concentration in OTC and the natural air CO2 concentration |
作为气候变化的主要特征之一，大气温度升高也会对植物生长产生不可忽视的影响，其与CO2浓度升高之间也会产生一定的交互效应。因此在控制监测CO2浓度的同时，测定气室内大气温度动态变化尤为必要。早期一些研究发现，气室具有增温效应。Hogsett等[26]早在1985年设计气室并投入试验研究后发现，气室内外平均温度差为2.5 ℃。Leadley等[27]在1992年研究发现开顶式气室内温度通常比外界温度要高出3 ℃左右。Binnie等[28]利用开顶式气室研究有机溶剂在草和大气之间交换的试验中指出，温度是影响OTC应用的重要因素之一，其研究结果表明，在白天太阳辐射最强烈时气室内外温差竟达12 ℃，即使晚上或多云天气室内外温差也有1~2 ℃，他认为这可能与气室顶部设计有关，影响气室内外热量流通。Mcleod等[17]报道，当气室内光子通量为1600 μmol·m-2·s-1时，OTC内气温比外界高4.3 ℃。王春乙[29]自行设计的OTC-1型开顶式气室在供气试验期间室内外日均温度也相差2.1 ℃。鉴于大气CO2浓度升高的同时伴随温度的升高，本研究为了剥离大气CO2浓度和温度升高所产生的交互效应，在气室内加装环流风扇以打散搅匀玉米冠层CO2浓度的同时，加速气室内空气流动。同时，气室壁的材料选用透光度高、抗损耗能力强的聚碳酸酯耐力板，采光性能好（透光度≥98%）。为保证室内空气环境更加接近室外，在2016年采取将气室顶部半开口改为全开口，试验证明室内外温度更接近且差异不显著（图 5）。另外，国内外传统OTC的气室体积均较小，如Hogsett等[26]设计的气室体积仅有约11 m3，王春乙等[29]设计的OTC-1型气室体积仅为16 m3，阮亚男[30]对其进行改进后的气室体积大约也只有42 m3，张金恩等[31]在研究开顶式气室对冬小麦光合特性差异时使用的OTC是在OTC-1型气室的基础上改进而成，但是其体积仅为5.3 m3，其研究表明气室内较外界增温8.9%。本研究设计的OTC气室体积为48.0 m3，同时为便于进行气室内玉米试验种植行距、株距的控制，将传统OTC气室由正八边形棱柱状改为正四边形棱柱状，试验证明四边形气室并不影响对气室内CO2浓度、温度的控制。气室体积增大后，相应的气室顶部敞开面积增大，使得气室内空气环境更加接近外界环境。
空气相对湿度是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值，其变化将会直接影响设施内植物的生长和病虫害的发生[32]。气室内空气相对湿度受OTC影响很小，在春玉米营养生长期（05-01至07-15）的空气相对湿度略高于大田，在生殖生长期（07-16至09-14）则略低于大田。这可能是因为春玉米在营养生长期生长旺盛，叶面积指数高，蒸腾量大，而生殖生长期玉米叶片开始衰老变黄，蒸腾作用降低，且当地雨季主要集中在7—8月，随降雨减少，土壤湿度降低，从而导致气室内外空气相对湿度在玉米生长的不同时期存在差异，但差异均不显著（图 5）。这说明改进后的OTC对玉米生长环境改变很小，几乎接近自然条件，能够很好地运行于大田试验以准确模拟未来气候变化情况。
4 结论（1）改进的可控CO2 OTC系统能较精确调控CO2浓度，控制误差范围小，可投入试验使用。
（2）可控CO2 OTC内温度较大田平均增加0.4 ℃，空气相对湿度平均降低3.1%，差异均不显著，该系统能够为作物提供接近自然环境的生长条件，适用于未来大气CO2浓度升高模拟试验研究。
| [1] | IP CC. Climate change 2007:Physical science basis[M]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2007. |
| [2] | IPCC. Climate change 2013:The Physical Science Basis. Contribution of working group Ⅰ to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M]. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2014: 23-89. |
| [3] | Prentice I C, Farquhar G D, Fasham M J R, et al. The carbon cycle and atmospheric carbon dioxide[M] //Climate Change 2001:The Scientific Basis. Cambridge, UK:Cambridge University Press, 2001:183-237. |
| [4] | 潘红丽, 赵秀兰, 谢祖彬, 等. 大气CO2浓度升高对农田生态系统的影响[J]. 云南环境科学, 2005, 24(4): 6–9. PAN Hong-li, ZHAO Xiu-lan, XIE Zu-bin, et al. Effect on soil micro-ecosystem from free air CO2 enrichment[J]. Yunnan Environmental Science, 2005, 24(4): 6–9. |
| [5] | 尹飞虎, 高志建, 谢宗铭, 等. 大气CO2浓度升高和施氮对棉田土壤理化性质及微生物区系的影响[J]. 地理研究, 2013, 32(2): 214–222. YI Fei-hu, GAO Zhi-jian, XIE Zong-ming, et al. Influence of elevated CO2 and nitrogen supply on cotton field soil properties and microbial flora[J]. Geographical Research, 2013, 32(2): 214–222. |
| [6] | Horie T, Nakagawa H, Nakano J, et al. Temperature gradient chambers for research on global environment change:A system designed for rice in Kyoto, Japan[J]. Plant Cell & Environment, 1995, 18(9): 1064–1069. |
| [7] | Cheng W G, Yagi K, Sakai H, et al. Effects of elevated atmospheric CO2 concentrations on CH4 and N2O emission from rice soil:An experiment in controlled-environment chambers[J]. Biogeochemistry, 2006, 77(3): 351–373. DOI:10.1007/s10533-005-1534-2 |
| [8] | Finn G A, Brun W A. Effect of atmospheric CO2 enrichment on growth, nonstructural carbohydrate content, and root nodule activity in soybean[J]. Plant Physiology, 1982, 69(2): 327–331. DOI:10.1104/pp.69.2.327 |
| [9] | Chaudhuri U N, Kirkham M B, Kanemasu E T. Root growth of winter wheat under elevated carbon dioxide and drought[J]. Crop Science, 1990, 30(4): 853–857. DOI:10.2135/cropsci1990.0011183X003000040017x |
| [10] | Lawlor D W, Mitchell R A C. The effects of increasing CO2, on crop photosynthesis and productivity:A review of field studies[J]. Plant Cell & Environment, 1991, 14(8): 807–818. |
| [11] | Nie G Y, Long S P, Garcia R L, et al. Effects of free-air CO2 enrichment on the development of the photosynthetic apparatus in wheat, as indicated by changes in leaf proteins[J]. Plant Cell & Environment, 2006, 18(8): 855–864. |
| [12] | Robredo A, Pérez-López U, Miranda-Apodaca J, et al. Elevated CO2, reduces the drought effect on nitrogen metabolism in barley plants during drought and subsequent recovery[J]. Environmental & Experimental Botany, 2011, 71(3): 399–408. |
| [13] | 张瑾涛. 玉米/大豆间作体系对大气CO2浓度升高的响应及磷营养调控[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2013. ZHANG Jin-tao. Response of maize/soybean intercropping system to CO2 concentration enrichment and phosphorus nutrient regulation[D]. Yangling:Northwest A & F University, 2013. |
| [14] | 谢立勇, 林而达. 二氧化碳浓度增高对稻、麦品质影响研究进展[J]. 应用生态学报, 2007, 18(3): 659–664. XIE Li-yong, LIN Er-da. Effects of CO2 enrichment on grain quality of rice and wheat:A research review[J]. Journal of Applied Ecology, 2007, 18(3): 659–664. |
| [15] | Okada M, Lieffering M, Nakamura H, et al. Free-air CO2 enrichment(FACE) using pure CO2 injection:System description[J]. New Phytol, 2001, 150(2): 251–260. DOI:10.1046/j.1469-8137.2001.00097.x |
| [16] | 刘钢, 韩勇, 朱建国, 等. 稻麦轮作FACE系统平台:Ⅰ.系统结构与控制[J]. 应用生态学报, 2002, 13(10): 1253–1258. LIU Gang, HAN Yong, ZHU Jian-guo, et al. Rice-wheat rotational FACE platform Ⅰ:System structure and control[J]. Journal of Applied Ecology, 2002, 13(10): 1253–1258. DOI:10.3321/j.issn:1001-9332.2002.10.012 |
| [17] | Mcleod A R, Long S P. Free-air carbon dioxide enrichment(FACE) in global change research:A review[J]. Advances in Ecological Research, 1999, 28(8): 1–56. |
| [18] | Rogers H H, Bingham G E, Cure J D, et al. Responses of selected plant species to elevated carbon dioxide in the field[J]. Journal of Environment Quality, 1983, 12(4): 569–574. |
| [19] | Schneider K S, Lüscher A, Richter M, et al. Ten years of free-air CO2 enrichment altered the mobilization of N from soil in Lolium perenne L. swards[J]. Global Change Biology, 2014, 10(8): 1377–1388. |
| [20] | Cheng L, Zhu J, Chen G, et al. Atmospheric CO2 enrichment facilitates cation release from soil[J]. Ecology Letters, 2010, 13(3): 284–291. DOI:10.1111/ele.2010.13.issue-3 |
| [21] | Heagle A S, Body D E, Heck W W. An open-top field chamber to assess the impact of air pollution on plants[J]. Journal of Environmental Quality, 1973, 2(3): 365–368. |
| [22] | Heck W W, Adams R M, Cure W W, et al. A reassessment of crop loss from ozone[J]. Journal of the Air Pollution Control Association, 1983, 17(12): 572A–581A. |
| [23] | 陈法军, 戈峰, 苏建伟. 用于研究大气二氧化碳浓度升高对农田有害生物影响的田间试验装置:改良的开顶式气室[J]. 生态学杂志, 2005, 24(5): 585–590. CHEN Fa-jun, GE Feng, SU Jian-wei. An improved top-open chamber for research on effects of elevated CO2 on agricultural pests in field[J]. Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(5): 585–590. |
| [24] | 万运帆, 游松财, 李玉娥, 等. 开顶式气室原位模拟温度和CO2浓度升高在早稻上的应用效果[J]. 农业工程学报, 2014, 30(5): 123–130. WAN Yun-fan, YOU Song-cai, LI Yu-e, et al. Applied effect of improved open-top chamber on simulation in situ of elevating air temperature and CO2 concentration in early rice field[J]. Society of Agricultural Engineering, 2014, 30(5): 123–130. |
| [25] | 许育彬, 沈玉芳, 李世清. CO2浓度升高和施氮对冬小麦花前贮存碳氮转运的影响[J]. 作物学报, 2011, 37(8): 1465–1474. XU Yu-bin, SHEN Yu-fang, LI Shi-qing. Effect of elevated CO2 concentration and nitrogen application on translocation of dry matter and nitrogen restored before anthesis in winter wheat[J]. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(8): 1465–1474. |
| [26] | Hogsett W E, Tingey D T, Holman S R, et al. A programmable exposure control system for determination of the effects of pollutant exposure regimes on plant growth[J]. Atmospheric Environment, 1985, 19(7): 1135–1145. DOI:10.1016/0004-6981(85)90198-2 |
| [27] | Leadley P W, Drake B G. Open top chambers for exposing plant canopies to elevated CO2 concentration and for measuring net gas exchange[J]. Plant Ecology, 1992, 104/105(1): 3–15. |
| [28] | Binnie J, Cape J N, Mackie N, et al. Exchange of organic solvents between the atmosphere and grass:The use of open top chambers[J]. Science of the Total Environment, 2002, 285(1/2/3): 53–67. |
| [29] | 王春乙. OTC-1型开顶式气室的结构和性能与国内外同类气室的比较[J]. 环境科学进展, 1996, 4(1): 50–57. WANG Chun-yi. The structure and function comparison between OTC-1 open top chamber with the similar one in home and overseas[J]. Advances in Environmental Science, 1996, 4(1): 50–57. |
| [30] | 阮亚男, 陈振举, 陈玮, 等. OTC-Ⅰ型开顶式气室优化设计与性能分析[J]. 辽宁工程技术大学学报, 2006, 25(Suppl): 220–222. RUAN Ya-nan, CHEN Zhen-ju, CHEN Wei, et al. Optimal design and characteristics estimation of OTC-Ⅰ open top chamber[J]. Journal of Liaoning Technical University, 2006, 25(Suppl): 220–222. |
| [31] | 张金恩, 肖洪, 郑有飞, 等. 开顶式气室内外冬小麦光合特性差异比较[J]. 生态学报, 2015, 35(21): 6993–7002. ZHANG Jin-en, XIAO Hong, ZHENG You-fei, et al. Comparative of the photosynthetic characteristics of winter wheat grown inside and outside open-top chambers[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(21): 6993–7002. |
| [32] | 王彩霞. 设施内空气湿度调控新技术[J]. 安徽农业科学, 2003, 31(6): 1091. WANG Cai-xia. New technology of air humidity control in facilities[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2003, 31(6): 1091. |