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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

阐述麦田生态系统对不同CO₂浓度升高的响应，主要探究不同CO₂浓度升高对麦田生态系统净CO₂通量的影响。研究CO₂浓度升高对麦田生态系统净CO₂通量的影响，包括CO₂通量的日变化、CO₂通量的生长季变化、不同CO₂浓度升高对CO₂各个生长时期平均通量及CO₂整个生长季累积通量的影响。

小麦作为主要的粮食作物，占全球粮食总产量的50%。明确在CO2浓度增加的背景下麦田CO₂通量的变化特征，不仅有助于客观认识综合温室效应对人们生产生活的影响，更是预测和评估未来全球气候变化背景下粮食安全问题的基础。

不同碳排放情景下，未来大气中CO₂浓度差异很大，大气CO₂浓度的增加是个渐变过程。不同CO₂浓度升高水平对麦田CO₂通量变化特征影响程度不同，对于大气CO₂浓度升高对稻田温室气体排放影响的研究，多集中于CO₂浓度升高至某一高浓度值，即骤增的情况下开展研究。而本次试验基于CO₂浓度渐增的情景，为温室效应对作物的影响提供参考。

国内外研究现状

2.1 CO2浓度升高控制试验装置对于CO2浓度升高的控制试验，综合国内外研究可以将其试验方法分为两大类【1】。第一类为田间试验法，它包括控制环境试验（controlled environment,CE）、开顶式测定箱（open-top chambers,OTC）以及自由CO2气体施肥试验（free-air CO2enrichment,FACE）三种主要的手段【2】。最早使用的环境控制试验其劣势很明显,并且另一种FACE试验方法对于仪器设备要求较高，仪器设备的维护经费也很高，不利于广泛使用【3】。而OTC试验方法可以使植物生长时其状态接近于自然状态，通过自动控制系统对CO2的浓度进行调控而不影响光温的同步变化，同时还能避免植物根系生长受空间限制。与FACE相比，其试验成本较低，对于研究温室气体对作物的影响方面能够广泛运用。第二类数值模拟和预测法。它作为定量探究气候变化与作物之间相关关系的科学方法得到了国内外研究者的关注和探讨【4】。目前，国外具有代表性的作物模型包括美国农业部已开发的Crop Environment Resource Synthesis系列模型，即CERES【5】；荷兰开发的World Food Studies系列模型，即WOFOST【6】，以及Optimization and Decision-Making System【7】和WheatGrowth【8】等模型。这些模型涵盖了统计分析和动态数值分析等研究途径，能够较为直观的反映未来气候变化对农业的影响。2.2农田生态系统CO2通量的研究方法进展CO2通量的测定方法主要有静态测定法、动态气室法以及微气象法。静态箱——气体分析仪法是目前最为先进的同步测量CO2、CH4等气体浓度的分析仪器，该分析仪可以储存和报告所测量的吸收光谱，对水汽稀释效应以及吸收谱线增宽响应进行自动校准，由此得到待测气体的干摩尔分数。避免了测量前的气体干燥以及测量后的数据校准工作。动态气室法指含有一定浓度的CO2气体以某一速率通过密闭容器覆盖的样本土壤区域，使之形成浓度差，根据浓度差和其它参数得到气体中CO2的含量，再通过计算得到通量。该方法对于瞬间通量的测定值要优于静态测量法，但由于内外压差及容器内流速问题对测量结果造成影响。微气象法通过测定近地层的湍流状态和各微量气体的浓度变化，从而推导出待测气体通量【9】。对于测量区域，要求其上风向气体排放通量均匀且范围较广，在一个测量周期内大气状态保持稳定，进而可将测量区域的垂直通量看作不随高度变化的状态，该方法对于痕量气体的通量测定，由于其存在于植被覆盖区域，垂直方向气体浓度变化测定困难【10】。2.3 CO2浓度对农田生态系统CO2通量影响的研究成果进展农田CO2的来源主要分为生物学过程和非生物学过程。而生物学过程又可分为植物根系的呼吸、土壤微生物以及动物的呼吸；非生物学过程又可分为土壤含碳物质氧化作用。土壤呼吸作为陆地生态系统中大气以及生物圈中CO2相互交换的最主要方式，通过有机质分解以及植物根系和微生物的生命活动完成，该过程中伴随着CO2的排放，这种释放量占到大气中CO2含量的十到五十倍【11】。有研究表明，大气中的CO2浓度上升不仅提高了作物的光合作用效率还增加了作物体内有机碳，使作物根部有机碳的储存量有所增加，从而导致土壤中可分解的有机碳原料增加，最终影响到土壤向大气排放的CO2含量【12】。

2. 研究的基本内容

阐述麦田生态系统对不同co₂浓度升高的响应，主要探究不同co₂浓度升高对麦田生态系统净co₂通量的影响，包括：

（1）不同co₂浓度升高对co₂通量的日变化的影响；

（2）不同co₂浓度升高对co₂通量的生长季变化的影响；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

4.1试验地点概况该平台位于南京信息工程大学农业气象试验站。

4.2试验设计4.2.1试验装置本次试验装置由12个开顶式气室（otc）和一套自动控制系统构成，实现了otc内不同co2浓度升高的实时自动调控功能。

开顶式气室（otc）为正八面棱柱体，高3m，底面积10m2，框架为铝合金材料，四周为高透光性玻璃，顶部为45向内倾斜的高透光性玻璃。

4. 参考文献

[1]郭建平 . 气候变化对中国农业产的影响研究进展 [j] . 应用气象学报，2015，26（1）1-4 .

[2] rogers h h ,cure j d,smith j m . soybean growth and yield response to elevated carbon dioxide . agriculture,ecosystems and environment , 1986,24:113-128 .

[3] 崔向慧,李昊,卢琦,等.全球face实验的进展与展望[j].世界林业研究.2007,20(5):1-6.