田间条件下模拟CO<sub>2</sub>浓度升高开顶式气室的改进及其效果

郭艳亮; 王晓琳; 张晓媛; 王丽梅; 郑纪勇; 李世清

文章摘要

郭艳亮,王晓琳,张晓媛,王丽梅,郑纪勇,李世清.田间条件下模拟CO₂浓度升高开顶式气室的改进及其效果[J].农业环境科学学报,2017,36(6):1034-1043.

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

投稿时间：2017-01-15

DOI：10.11654/jaes.2017-0082

中文关键词: CO₂浓度升高开顶式气室原位模拟改进效果春玉米

英文关键词: elevated CO₂ open-top chamber simulation in situ improved effect spring maize

基金项目:国家自然科学基金项目（31470523）；国家重点实验室开放基金项目（A314021402-1614）；西北农林科技大学科研专项（2013BSJJ119）

作者	单位	E-mail
郭艳亮	西北农林科技大学/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100
王晓琳	西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100
张晓媛	西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100
王丽梅	西北农林科技大学/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100	sdwanglimei@163.com
郑纪勇	西北农林科技大学/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100
李世清	西北农林科技大学/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨凌 712100 西北农林科技大学资源环境学院, 陕西杨凌 712100

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中文摘要:

为提高传统开顶式气室（Open-top chamber，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，通过尺寸放大（长×宽×高=4.0 m×4.0 m×3.0 m）、形状调整（正四边形棱柱状）、新材料应用（塑钢PC结构）及内部CO₂浓度优化控制等措施对其进行了改进，并利用改进的OTC分别于2015-2016年在旱作春玉米农田原位模拟大气CO₂浓度升高的情形，通过对比玉米生育期内OTC内外CO₂浓度、温度和空气相对湿度，探讨了其模拟效果。结果表明：可控CO₂ OTC内部CO₂浓度能够控制在预期值范围内，2015年控制误差范围为-17.2~0.2 μmol·mol^-1，2016年为-5.4~0.1 μmol·mol^-1，控制效果良好；可控CO₂ OTC对室内气温产生了一定的影响，与气室外相比，在白天2015年平均增温0.8 ℃，差异显着（P<0.05），2016年平均增温0.4 ℃，差异不显着（P>0.05）；可控CO₂ OTC内部空气相对湿度与大田相比有所降低，2015年约降低2.4%，2016年降低了3.1%，差异均不显着（P>0.05）.研究表明，改进后的开顶式气室性能稳定，模拟精度高，能够较为准确地反映CO₂浓度升高后的旱作春玉米生长，可用于今后的大田模拟试验研究。

英文摘要:

In order to improve the applicability and accuracy of Open-Top Chambers(OTCs) in simulating the effects of elevated CO₂ on crop growth and yield under field conditions, the open-top area of the chamber was increased, the shape of the bottom was modified from octagonal to square, a new material was used for the chamber walls, and fans were installed in the chamber to increase air circulation. These improved OTCs were used for simulating elevated CO₂ concentration in spring maize farmland in 2015 and 2016. The chamber measured 4.0 m × 4.0 m × 3.0 m(length × width × height) and was equipped with an automated CO₂ delivery system designed to maintain the CO₂ concentration at 700 μmol·mol^-1 in the chamber. During the maize growth period, CO₂ concentration, air temperature, and relative humidity were measured automatically every 10 minutes both inside and outside the OTCs. The CO₂ concentration, air temperature, and relative humidity inside the OTCs were compared to those under natural conditions, and the simulation performance was analyzed. The results demon strated that the CO₂ concentration could be well controlled by the improved OTC system. The deviation from the targeted CO₂ concentration ranged from -17.2 μmol·mol^-1 to 0.2 μmol·mol^-1 in 2015 and from -5.4 μmol·mol^-1 to 0.1 μmol·mol^-1 in 2016. The mean air temperature inside the OTCs was 0.8 ℃ higher than that of the natural air during daytime in 2015(P<0.05), and no significant difference in such was observed for 2016. There was no significant difference in relative humidity between inside and outside of the chambers(P>0.05). Our results indicated that the improved OTC has stable performance and high accuracy and can be used for future field simulation experiments.

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