高浓度ＣＯ２对植物生理影响的研究

敏感度大于乔木ꎬ 相同环境下 Ｃ３ 灌木含笑属 (Ｍｉｃｈｅｌｉａ
２ ５ 树木抗氧化系统的影响
ｎａ ｓｉｎｅｎｓｉｓ ( Ａ Ｊｕｓｓ ) Ｒｏｅｍ ) 的 光 合 速 率 仅 增 加
关研究表明 [８] ꎬ 通过高浓度 ＣＯ ２ 条件下栽培桃与野生
ＣＯ ２ 浓度对入侵植物的营养利用率也有一定影响ꎬ
条件下ꎬ 林下组织中 Ｋ、 Ｚｎ、 Ｎ 等元素的含量均有所
研究表明高浓度 ＣＯ ２ 对入侵植物的光合速率、 繁殖能
植物化感作用讨论相对较少ꎬ 因此这将是今后值得进
ꎬ 在高浓度 ＣＯ ２ 条件下为入侵植物
一步探究的问题ꎮ 本文基于高浓度 ＣＯ ２ 环境条件下对
片气孔进入植物体内ꎬ 其气孔数量及功能对 ＣＯ ２ 浓度
的变化非常敏感ꎬ 这对植物的生长发育有着重要的影
响ꎬ 因此ꎬ 近年来专家学者对树木叶片气孔形态和结
构的分析研究则尤为突出ꎮ 研究指出 [３] ꎬ 当欧洲赤松
( Ｐｉｎｕｓ ｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓ) 生长在高浓度 ＣＯ ２ 环境下ꎬ 其针叶
上的气孔密度、 木质部的面积会相对减少ꎬ 而针叶的
ｇｌｏｂｕｌｕｓ Ｌａｂｉｌｌ) 幼苗的饱和光强率提升约 ５０％ꎬ 使 Ｃ ３
植物光合速率提升 ６０％左右ꎬ 由上述结论可知ꎬ Ｃ ３ 植
物光合速率增长率远远超出 Ｃ ４ 植物ꎮ 当 ＣＯ ２ 浓度持续
倍增 ３ 个月后ꎬ Ｃ ３ 植物的光合作用增加约 ５０％ꎬ Ｃ４ 植物
的光合速率仅增加约 ２０％ꎮ 研究表明[５] ꎬ 灌木对 ＣＯ２ 的
ＣＯ ２ 浓度升高ꎬ 高浓度 ＣＯ ２ 对树木光合作用主要分为
短期和长期 ２ 种形式ꎮ 其中ꎬ 短期高浓度 ＣＯ ２ 处理可
以有效促进树木光合作用ꎮ 相同条件下 Ｃ ３ 植物比 Ｃ ４
植物对 ＣＯ ２ 浓度变化的影响更加敏感ꎬ 当水分充足时
ＣＯ ２ 浓度的增加 ( 即 ６４０ｐｐｍ) 可使蓝桉 ( Ｅｕｃａｌｙｐｔｕｓ
浓度的升高ꎬ 由于其不受均匀度与多样 性 指 数 的 影
研究较少ꎮ 在高浓度 ＣＯ ２ 环境下可降低白桦树 ( Ｂｅｔｕ￣
响ꎬ 因此仅对地上初级生长量有一定的影响ꎮ
养物质矿化速率下降ꎻ 另外ꎬ 也有学者指出ꎬ 植物的
物种类主要优势部分具有一定影响ꎬ 从而调整群落的
度等多种因素的影响ꎮ 因此ꎬ 仅认为高浓度 ＣＯ ２ 是影
利于深入揭示树木光合作用的影响ꎬ 而且对全球碳循
环及区域评估均可提供重要的理论依据ꎮ
２ ２ 树木水分利用效率的影响
植物水分利用效率可以反映其干物质积累与耗水
之间的关系ꎬ 伴随大气中 ＣＯ ２ 浓度升高ꎬ 在提升植物
光合速率的同时可以降低植物的气孔导度ꎬ 从而减少
植物蒸腾作用而造成的失水影响ꎮ 随着 ＣＯ ２ 浓度的增
高ꎬ 会导致植物群落间构成比例发生一定变化ꎬ 这是
松针叶的暗呼吸速率仍有所增加ꎬ 樟子松针叶的暗呼
由于 Ｃ ３ 植物入侵 Ｃ ４ 所带来的影响ꎮ 除此之外ꎬ 也有
呼吸速率才会受到抑制ꎮ 由于树木呼吸所释放的 ＣＯ ２
３ ２ 入侵植物群落的影响
吸速率却有所降低ꎻ 直到在第 ４ 个生长季ꎬ 红松的暗
横切面积较之前相比可增加 １０％ꎮ 此外ꎬ 大气中 ＣＯ ２
浓度的增加与树木叶片表皮蜡质的含量呈正相关ꎬ 当
ＣＯ ２ 浓度高 于 ７５０μｍｏｌ ｍｏｌ 时 正 相 关 则 更 加 显 著ꎮ
－１
由此可知ꎬ ＣＯ ２ 浓度的高低对于植物种子及其叶面形
态和结构具有一定影响ꎮ
Ｃ 主要通 过 光 合 作 用 进 入 生 物 圈 并 感 知 大 气 中
浓度升高对不同林木的生物量影响仍需进一步深入的
ꎬ ＣＯ ２ 浓度的高低可影响火炬松成熟
研究ꎮ
期的繁殖速度ꎬ 当处于高浓度 ＣＯ ２ 环境条下火炬松种
２ ＣＯ２ 对植物生理生态的影响
ＣＯ ２ 浓度的高低产生一定变化ꎬ 由于 ＣＯ ２ 主要通过叶
２ １ 树木光合作用的影响
子产量可提升 ２ ~ ３ 倍ꎮ 其叶面形态及结构也会伴随

３ ３ 入侵植物资源利用率及入侵植物繁殖能力的影响
一步分析高浓度 ＣＯ ２ 对入侵植物的作用ꎮ 另外ꎬ 已有
宽叶独行菜 (ＬｅｐｉｄｉｕｍｌａｔｉｆｏｌｉｕｍＬｉｎｎａｅｕｓ) 在高浓度 ＣＯ２
力、 抗干扰性有一定的影响ꎬ 对于高浓度 ＣＯ ２ 对入侵
不利影响ꎬ 从而减少植物干旱胁迫现象的发生ꎮ
２ ３ 树木呼吸作用的影响
植物的呼吸作用、 光合作用作为植物物质间能量
转化主要途径ꎬ 当处于高浓度 ＣＯ ２ 条件下与树木的呼
吸作用呈反比ꎮ 当树木处于高浓度 ＣＯ ２ 环境条件下ꎬ
其呼吸速率则降低约 １５％ ~ ２０％ꎮ 基于高浓度的 ＣＯ ２
环境条件下ꎬ 不同生长季的植物呼吸速率也有不同ꎮ
３ ＣＯ２ 对植物入侵的影响
３ １ 增加 Ｃ３ 植物的入侵性
相同条件下 Ｃ ３ 植物比 Ｃ ４ 植物对 ＣＯ ２ 浓度变化的影
响更加敏感ꎬ 而 ＣＡＭ 植物对植物的光合速率同时还影响
植物种间的竞争关系 [１０] ꎮ 因 此ꎬ 伴 随 ＣＯ ２ 浓 度 的 升
促进阳性植物生长从而限制耐阴植物的生长空间ꎬ 并
ｌａ ｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ Ｓｕｋ) 凋落物的田间分解速率ꎬ 导致其营
凋落分解不仅受 ＣＯ ２ 浓度影响ꎬ 还受到土壤温度、 湿
基于高浓度 ＣＯ ２ 条件下ꎬ 对其敏感程度较高的植
动态关系ꎮ 相关研究表明 [１２] ꎬ 高浓度 ＣＯ ２ 条件下ꎬ 会
带来的影响ꎬ 本文基于高浓度 ＣＯ２ 环境条件下对树木生长发育、 生理生态及入侵植物的影响进行概括ꎬ 以期为林
木生长发育、 森林科学经营管理提供理论支持ꎮ
关键词: 高浓度 ＣＯ２ ꎻ 树木生长发育ꎻ 入侵植物ꎻ 生理ꎻ 生态
中图分类号: Ｓ－３ 文献标识码: Ａ
响植物碳氮分解速率是不严谨的ꎬ 在今后应结合多种
延缓自然演替的进程ꎬ 在丰富物种多样性的同时完善
影响因素进行深入研究ꎮ
其结构ꎮ
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※农业科学 农业与技术 ２０２３ꎬＶｏｌ ４３ꎬＮｏ １６ ５ １
人为干扰的影响ꎮ
ＣＯ ２ 浓度的升高除了对植物入侵有一定影响之外ꎬ
对其植 物 群 落 生 产 量 也 有 一 定 影 响ꎮ 研 究 表 明 [１１] ꎬ
伴随 ＣＯ ２ 浓度的升高ꎬ 在水分充足的年份物种的均匀
度与多样性指数均有所增加ꎬ 对入侵植物群落生物量
促进明显ꎮ 在沙漠系统中水分不足的年份ꎬ 伴随 ＣＯ ２
的抗氧化酶活性ꎬ 因此ꎬ 基于高浓度 ＣＯ ２ 条件下胁迫
所带来的影响低于栽培核桃ꎮ 这是由于在高浓度 ＣＯ ２
条件下利于植物进行光合作用ꎬ 使其抗坏血酸 － 谷胱
甘肽循环提升ꎬ 从而加速了自由基的清理ꎮ
２ ６ 树木有机酸的影响
高浓度 ＣＯ ２ 条件下番茄幼苗分泌的有机酸主要成
分中的柠檬酸含量占比较高为 ９０％ꎬ 研究指出高浓度
加ꎬ 可使植物的水分利用效率提升 ２０％ꎮ
在高浓度 ＣＯ ２ 条件下不同植物的水分利用效率也
不同ꎬ 如影响 Ｃ ３ 植物水分利用效率的主要原因为净光
合速率ꎬ 而蒸腾速率则是影响 Ｃ ４ 植物水分利用率的主
要原因 [６] ꎮ 因此ꎬ 通过提升 ＣＯ ２ 浓度可以有效提升植
物水分利用率ꎬ 从而改善水分胁迫给植物生长带来的
摘 要: ＣＯ２ 在一定浓度环境条件下不仅对植物种子质量、 叶面积形态、 林木地上、 地下生长生物量的积累有一
定影响ꎬ 还有助于森林生态系统的碳循环ꎮ 但植物长期处于高浓度 ＣＯ２ 环境条件下ꎬ 不仅对其生长发育、 入侵植
物的资源利用率及其繁殖能力有一定影响ꎬ 严重的还会威胁人类的居住环境ꎮ 为了更好阐明高浓度 ＣＯ２ 对植物所
２６０μｍｏｌｍｏｌ 逐渐增至 ３８０μｍｏｌｍｏｌ ꎬ 伴随现代
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度 ＣＯ ２ 条件下不仅会影响其生长发育ꎬ 严重的还会威
胁人类的居住环境ꎮ 因此ꎬ 基于高浓度 ＣＯ ２ 条件下对
植物生理生态影响的研究已迫在眉睫
[１]
ꎮ 本研究通过
对 ＣＯ ２ 浓度升高对林木生长发育、 生理生态及入侵植
针叶林木及阴生树种ꎮ 由此可知ꎬ 在高浓度 ＣＯ ２ 条件
过氧化氢酶物质均有所提升ꎬ 因此植物可利用这 ２ 种
Ｌ) 的光合速率可增加约 ２９％ꎬ 而 Ｃ ３ 乔木香椿 ( Ｔｏｏ￣
１０ ６％ꎮ 落叶林木、 阳生树木对 ＣＯ ２ 的敏感程度优于
下不同植物的光合速率有所差异ꎮ 因此ꎬ 针对不同树
种在高浓度 ＣＯ ２ 条件下长期熏蒸的对比研究ꎬ 不仅有
时ꎬ 还对植物能量有一定作用ꎬ 当 ＣＯ ２ 浓度升高时可
括ꎬ 以期为林木生长发育、 森林科学经营管理提供理
下降ꎬ 研究可知
[１３]
积累更多营养物质的同时提升其竞争 优 势ꎮ 与 此 同
研究表明 [７] ꎬ 当红松和樟子松针叶处于第 ２ 个生长季
中其暗呼吸速率均有所增加ꎻ 但在第 ３ 个生长季中红
高浓度 ＣＯ ２ 条件下可提升植物的保护酶活性ꎬ 相
光核桃分析发现ꎬ 在短期叶片内的过氧化物酶活性、
物质缓解由于高浓度 ＣＯ ２ 胁迫所带来的不利影响ꎮ 在
相同环境条件下野生光核桃抗氧化酶活性高于栽培桃
收稿日期: ２０２３－０７－０４
作者简介: 徐畅 (１９９５－) ꎬ 女ꎬ 硕士ꎬ 助理工程师ꎮ 研究方向: 林业 ３Ｓ 技术ꎮ
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５ ０ ２０２３ꎬＶｏｌ ４３ꎬＮｏ １６
农业与技术 ※农业科学
ＤＯＩ: １０ １９７５４ / ｊ ｎｙｙｊｓ ２０２３０８３００１３
相关 研 究 表 明ꎬ 大 气 中 的 ＣＯ ２ 浓 度 已 由 早 期 的
１ ２ 植株的生长发育与生物量分配
工业的发展其浓度会继续攀升ꎮ 当植物长期处于高浓
用ꎬ 由于植物间存在一定差异ꎬ 因此高浓度 ＣＯ ２ 对各
ＣＯ ２ 对有机酸的分泌有促进作用ꎮ 也有学者对高浓度
ＣＯ ２ 条件下对狗牙根的影响进行研究ꎬ 结 果 表 明 [９] ꎬ
在正常温度时狗牙根含有的丙酮酸和 α － 酮戊二酸含
量降低ꎬ 反之含量则上升ꎮ 这是由于在一定条件下高
浓度 ＣＯ ２ 利于促进植物内相关元素分解与供给ꎬ 为其
抵抗恶劣的生存环境提供基础ꎮ
※农业科学 农业与技术 ２０２３ꎬＶｏｌ ４３ꎬＮｏ １６ ４ ９

高浓度 ＣＯ２ 对植物生理影响的研究
徐 畅
( 郑州工业应用技术学院ꎬ 河南 郑州 ４５００００)
物的影响进行概括ꎬ 以期为森林科学管理提供可靠理
论依据ꎮ
１ ＣＯ２ 对林木生长发育的影响
１ １ 种子、 叶面形态及结构
研究表明
[２]
ＣＯ ２ 浓度升高对林木地上、 地下生长均有促进作
个植物间生长促进程度也存在一定的差异ꎮ 相关研究
表明ꎬ 伴随 ＣＯ ２ 浓度的升高ꎬ 使植物根系数量、 长度有
所增加ꎬ 可以有效促进植物根部对 Ｃ 的吸收能力及根系
与全球碳循环关系密切ꎬ 因此基于高浓度 ＣＯ ２ 条件下
树木呼吸作用的研究对全球碳循环具有重要的科学意
义ꎮ
２ ４ 树木凋落物的影响
林下凋落物的分解作为生态系统养分循环的重要
环节之一ꎬ 目前相关研究主要集中在凋落物质量、 分
解速率等方面ꎬ 对于树木根系及其所处的土壤环境的
研究指出伴随 ＣＯ ２ 的升高ꎬ 植物也会受到 Ｎ 的抑制及
生物量的积累ꎮ 当温室中 ＣＯ２ 浓度升高至 ６４０ｐｐｍ 时ꎬ
林木生物量与叶面积分别可以提升 １５％ ~ ４０％ [４] ꎮ 也
有专家有着不同意见ꎬ 认为 ＣＯ ２ 浓度升高对植物根冠
比变化 相 对 较 弱ꎬ 如 对 阳 生 植 物 红 锥 ( Ｃａｓｔａｎｏｐｓｉｓ
ｈｙｓｔｒｉｘ Ｍｉｑ) 根冠比就存在一定抑制作用ꎬ 因此 ＣＯ ２