FACE实验技术和方法回顾及其在全球变化研究中的应用 植物生态学报    2020, 44 (4): 340-349.   DOI: 10.17521/cjpe.2019.0223

图1 冠层顶部放气图。图片来源于https://soyface.illinois.edu/gallery。

正文中引用本图/表的段落

在冠层上方布设气体自由沉降的方式主要应用于作物和草地生态系统的研究中。如图1所示, FACE样地以圆形和正八边形为主, 样地直径至少要8 m以上, 在样地内部设置了一定的缓冲区域避免了边缘效应的产生(刘钢等, 2002)。以中国科学院南京土壤研究所的完全开放式CO₂/O₃-FACE为例, 单个FACE样地为直径14 m的正八边形, 沿边界向内1 m宽度作为缓冲区域, 有效面积约为120 m2。布气管道环绕在样地周围, 通过样地中心的风向传感器确定风向同时开启位于上风方向的布气管道。通过自然风将气体传输到FACE样地内, 在传输的过程中高浓度的CO₂/O₃在空气中自由扩散稀释, 避免高浓度气体直接接触叶片产生影响。这种布气方式目前主要应用于美国伊利诺伊大学香槟分校的大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays) CO₂/O₃-FACE, 中国江苏江都的稻麦轮作CO₂/O₃-FACE (刘钢等, 2002)以及美国内华达荒漠草原CO₂-FACE (Hendrey et al., 1993)。这种布设方式通过增加冠层气体浓度然后自由沉降的方法符合自然条件下气体浓度廓线分布规律, 通过自然风传输进行气体混合, 可有效避免气体浪涌。这种布气方式主要缺点是在低风和大风条件下气体浓度不容易控制, 尤其在无风条件下气体不能有效扩散。一些FACE系统为了避免气体浓度分布不均, 在无风条件下会停止放气。在大风天气时释放的气体被风快速带走, 不仅消耗大量的气体也不能达到设定的浓度。

相比于CO₂-FACE, O₃-FACE的发展相对滞后, 大量的O₃-FACE是在CO₂-FACE得到广泛的应用后改扩建而来的.目前O₃-FACE系统在全球范围内共有7个.美国伊利诺伊大学香槟分校在CO₂-FACE的基础上进行扩建, 建设了全球第一个大型作物O₃-FACE (SoyFACE)用于研究O₃胁迫对大豆和玉米的影响.利用SoyFACE筛选出了不同O₃敏感性的大豆和玉米品种, 为应对全球变化的农业精细化育种提供了明确方向(Yendrek et al., 2017; Choquette et al., 2019).在美国威斯康辛州的Aspen FACE也增加了O₃-FACE研究O₃对山杨(Populus tremuloides)的影响, 结果表明O₃浓度升高使山杨生物量降低了23% (Karnosky et al., 2003), 且这种影响随着实验时间的增加日益加重.德国的Kranzberg O₃-FACE研究结果也表明O₃显著降低了山毛榉的生产力(Pretzsch et al., 2010).目前两座森林O₃-FACE系统已经停止运行, 美国伊利诺伊大学香槟分校的SoyFACE (大豆和玉米)也停止运行.进入2010年后在日本和意大利建设了两座小型O₃-FACE系统.尽管这些系统与大型森林FACE缺乏可比性, 但是小型的FACE具有好的灵活性能够根据实验设计的不同更换研究对象, 有助于研究不同物种的O₃敏感性. ...