郑云普，常志杰，范晓懂，张运鑫，刘 亮，陈文娜，刘媛媛，郝立华

CO2浓度升高和磷素亏缺对黑麦草气孔特征及气体交换参数的影响

郑云普1，常志杰1，范晓懂2，张运鑫1，刘 亮1，陈文娜3，刘媛媛1，郝立华1※

（1. 河北工程大学水利水电学院，邯郸 056038；2. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌 712100；3. 河北工程大学园林与生态工程学院，邯郸 056038）

为深入理解未来大气CO2浓度升高背景下草地生态系统结构与功能响应土壤磷亏缺的潜在机理，该研究利用可精准控制CO2浓度的大型人工气候室，探讨了正常CO2浓度400mol/mol、升高CO2浓度800mol/mol和磷素供应水平（0.004、0.012、0.02、0.06、0.1和0.5 mmol/L）对黑麦草气孔特征及其气体交换过程的影响。结果表明，CO2浓度升高使供磷水平0.1和0.5 mmol/L的气孔密度增加34.9%（=0.012）和25.4%（<0.001），但气孔开度减小13%（=0.002）和12%（=0.005），且导致供磷水平为0.06 mmol/L的黑麦草气孔分布更加规则。同时，CO2浓度升高还导致供磷水平0.1和0.5 mmol/L的净光合速率显著增加8.6%（=0.002）和15.8%（<0.001），从而提高黑麦草的水分利用效率。另外，不同供磷水平明显改变了植株生物量及其分配，且高浓度CO2对较高磷水平时地上生长产生更强的施肥效应。研究结果将为深入理解草地生态系统对大气CO2浓度升高和土壤磷素亏缺的响应机理提供理论依据和数据支撑。

光合；水分；CO2倍增；磷亏缺；黑麦草；气孔特征；水分利用效率

0 引 言

自西方工业革命以来，大气CO2浓度以每年约2.0mol/mol的速度急剧增加到当前的410mol/mol，到21世纪末期大气中的CO2浓度将达到800mol/mol[1]。然而，目前植物进行光合作用的CO2浓度并没有达到饱和状态，未来大多数植物可能从高浓度CO2产生的“施肥效应”中获益[2]。以往大量室内控制和野外CO2富集试验的研究结果均已证实，大气CO2浓度升高将提高农作物的净光合速率[3]、加速植被生长[4-5]、改变作物物候[6]、增加粮食产量[7-9]、减小气孔开度[10]和提高水分利用效率[11]。另外，磷元素是核酸（DNA和RNA）、三磷酸腺苷（ATP）和细胞膜的重要组成部分[12]，参与了植物的光合、呼吸等关键代谢过程[13]。长期土壤磷亏缺势必导致植物生长迟缓、根冠比增加、叶片出现延迟等症状[14]，从而对植物生长发育以及作物产量造成影响[15]。……