半開放式CO2和溫度遞增系統(CTGC)的改進：CO2濃度控制效果*

李豫婷，馮永祥，韓 雪，仝乘風，魏 強，李迎春

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半開放式CO2和溫度遞增系統(CTGC)的改進：CO2濃度控制效果*

李豫婷1,2，馮永祥1**，韓 雪2**，仝乘風2，魏 強2，李迎春2

（1.黑龍江八一農墾大學農學院, 大慶 163000；2.中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所/農業部農業環境重點實驗室, 北京 100081）

環境控制模擬系統，是開展農田生態系統對全球氣候變化響應研究的有效手段，但目前應用于試驗中的模擬系統均存在一定局限，如CO2氣體過量消耗、試驗成本較高、模擬的試驗環境與真實的自然環境差異較大、試驗空間有限、不易重復等。針對這些問題，本研究對半開放式CO2濃度和溫度遞增模擬系統（CTGC）進行了硬件升級和設計改進，針對其CO2濃度的控制效果包括CO2濃度監測、CO2氣體釋放兩大系統進行改進，使其能達到精準控制CO2氣體釋放，降低試驗成本，精確模擬未來高CO2濃度的生產環境，其空間面積較大，適合多種作物同時試驗。改進后的系統利用電磁閥組和CO2濃度檢測傳感器組成的多通道監測系統，實時檢測各處理區域內的CO2濃度，實現精準監測。在CO2氣體釋放源端，采用比例調節式減壓器，有效減少了CO2從儲氣罐中被減壓后在氣體管路中的壓力積蓄，控制CO2氣體精量釋放；系統將CO2釋放方式由縱向改為橫向，釋放管道由主管加支管組成，由控制流量調節閥將主管與支管相連接，使氣室內形成均勻的CO2釋放區域，從而達到CO2濃度梯度升高的模擬效果。試運行結果表明，改進后的CTGC系統可以實現CO2濃度387±4.5、441±13.4、490±20.9、534±24.3和567±28.9μmol·mol-1的梯度遞增，系統對環境變化的響應速度加快，能夠精確實時監測氣室內各處理區域CO2濃度的變化，并實現CO2氣體的精量釋放；系統內的CO2濃度梯度遞增趨于穩定，從而更好地模擬大氣CO2濃度逐漸升高的過程，滿足作物對氣候變化響應研究的需要。

CTGC系統；CO2梯度；半開放；CO2控制系統

全球氣候變化已在世界范圍內引起廣泛關注，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告顯示，大氣中CO2濃度已達400mg·kg-1，預計至2050年將達到550mg·kg-1左右。報告同時指出，CO2濃度升高全球變暖加劇，1880?2012年全球海陸表面平均溫度升高了0.85℃，呈線性上升趨勢。預計21世紀末全球平均溫度將比21世紀初增高0.3～4.8℃[1]。CO2作為作物光合作用的原料，其濃度升高一般會促進作物的光合作用，并顯著減小葉片氣孔導度，影響蒸騰和水分利用率等[2-4]，從而導致作物生長發育、產量和品質發生一系列變化；此外，大氣中CO2濃度升高氣候變暖還導致區域降水發生顯著變化，降水分布不均和降水量異常等現象發生頻繁[5]；加之氣候變暖加快地表水的蒸發，導致農業灌溉用水量增加，淡水資源損耗加速，作物生產需水量與可供給水量之間的矛盾越來越突出[6]。由此可見，氣候變化不僅影響作物自身的生長發育、產量和品質，還將通過影響降水分布、降水量和溫度等環境因素從而改變作物種植區域等方式對作物產生影響，直接關乎作物生產和糧食安全[7]。面對全球氣候變化趨勢日趨嚴重的問題，研究未來大氣CO2濃度、溫度和水分等直接影響作物生產的環境因素的變化，對農業生產尤其是糧食作物生產至關重要，對制訂氣候變化適應與減緩對策和措施具有重要意義[8]。目前，研究CO2濃度升高對作物影響的環境模擬系統，經歷了封閉式—半開放式—開放式的發展過程。主要模擬系統包括CO2長期處理溫室系統(CO2-controlled Long-Term greenhouse system CO2LT)、土壤植物大氣研究系統(Soil Plant Atmosphere Research system SPAR)、開頂式氣室(Open Top Chambers，OTCs)、半開放式溫度梯度系統(Temperature gradient chambers, TGC)、半開放式CO2濃度-溫度梯度系統(CO2-Temperature Gradient Chambers，CTGC)、開放式CO2濃度富集系統(Free-air CO2Enrichment，FACE)以及Mini-FACE系統[9-15]。各類型的環境模擬系統均存在一定的局限性，封閉式模擬系統由于為全封閉狀態，其氣室內的光照減少，溫度升高，晝夜溫差減小，風速相對靜止，氣室內部環境與自然環境隔絕，試驗結果與自然環境下的結果差異較大[10]。半開放式OTC系統最大的缺陷是試驗空間面積較小，不易重復，并不適合各種類作物進行響應試驗，而且作物的根系生長空間有限，試驗條件變幅大。開放式FACE系統因其最接近于自然大氣狀態，試驗精度高等獨特的優越性適用范圍較廣[16]；但由于是開放式模擬系統，其CO2氣體釋放量較大，FACE系統運行費用相對較高[9,17]。且多數環境模擬系統僅考慮當前和倍增后的大氣CO2濃度兩個CO2濃度處理，然而，氣候變化是個循序漸進的過程[17]，大氣中的CO2濃度是逐漸變化而不是陡然升高到某個程度，因此，模擬CO2濃度升高的系統也應該實現梯度升高，以更加真實地模擬未來CO2濃度變化環境，從而更接近作物對未來環境的響應。

半封閉式CTGC環境模擬系統，能夠實現CO2濃度的梯度升高。目前，CTGC系統在美國、日本、韓國、印度等國家被應用于研究氣候變化、作物育種、作物栽培等領域[18-21]。中國學者也利用自行設計的CTGC系統進行了一定的試探性研究，結果表明，CTGC系統適用于研究未來大氣CO2濃度升高對作物的影響，是研究作物對CO2濃度升高響應的有效手段。該系統可以同時控制CO2濃度和溫度等多個環境因子，達到較好的模擬效果[9,17,19]，適用于多種環境因素交互作用對作物影響的研究。雖然該系統氣室內的風、光照和溫濕度等與自然環境存在一定差異，但其可供試驗使用的空間面積較大，適合更多種類的作物進行響應試驗；由于其為半開放式環境模擬系統，其CO2氣體的用量遠小于開放式的FACE系統，節約資源的同時降低了試驗運行費用。雖然CTGC系統有足夠的優勢用于作物響應試驗中，但目前試驗所使用的CTGC系統在設計思路上仍存在一定不足，在硬件設備方面也存在改進空間[17]。例如，CTGC系統內的CO2濃度監測裝置對環境變化的響應速度不夠迅速，從而導致整個系統氣室內不能完全實現CO2濃度梯度的均勻分布。此外，CO2氣體的釋放方式為縱向釋放，并且釋放管道僅為一根縱向主管道，難以實現各處理區域CO2氣體的精確釋放。因此，本研究針對CTGC系統存在的不足，在設計思路和硬件設備上分別進行改進與升級，使其能達到實時精確地監測系統氣室內各處理區域的CO2濃度，并達到精量釋放CO2氣體的目的，從而使該系統內形成穩定的CO2濃度梯度遞增處理，更好地模擬自然界大氣CO2濃度漸進升高的過程，從而滿足氣候變化研究的需要。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗在黑龍江八一農墾大學校內試驗基地（46.59°N，125.16°E）進行。2012年4月8日利用基地內一長28m、寬5m、高2.5m的獨立鋼架塑料氣室，內部安裝CO2濃度監測裝置、CO2氣體釋放裝置和氣體流通裝置共同組成CTGC系統。該系統由南向北形成5個連通的區域（圖1），分別為CK區、e1區、e2區、e3區和e4區，每區面積為5.1m×1.2m，每個區域又繼續劃分為3個裂區作為該處理的重復區域。

1.2 系統設計原理

針對CO2濃度監測系統和CO2氣體釋放系統對CTGC進行改進，采用CO2紅外傳感器與多通道電磁閥組進行配套，形成CO2濃度數據采集監控系統；并加密CTGC氣室內CO2濃度檢測點，以更精確監測各處理區域CO2濃度的變化。基于監測數據由計算機算出CO2氣體的控制釋放量，并向比例調節式減壓器輸出控制電壓，由其控制CO2氣體的釋放量。改進后的CTGC系統其CO2氣體以橫向釋放，釋放管道由主管道和支管道組合而成 （圖1），二者由氣體流量調節閥相連接；流量調節閥用于調節各區域內的回送風量，從而控制各CO2濃度梯度差。通過對各處理區域CO2濃度的精確監測，實現精量釋放，以形成氣室內穩定的CO2濃度梯度。

1.3 CO2濃度處理設計

2012年5月23日?9月10日對當地主栽水稻五優稻四號和松粳9號兩個水稻品種進行CO2濃度升高的環境模擬。各處理區域的CO2濃度預設值分別為390μmol·mol-1±10%（CK），450μmol·mol-1±10%（e1），500μmol·mol-1±10%（e2），550μmol·mol-1±10%（e3），600μmol·mol-1±10%（e4）。

2 結果與分析

2.1 改進CTGC系統的設計和構造

改進后的CTGC系統共包括氣室、CO2濃度控制系統和氣體流通裝置3大部分（圖1），系統氣室長28m，寬5m，高2.5m，由南向北縱向安置，入口處為進氣端，裝有1.8m′1.6m網簾（日間啟用，夜晚關閉），出氣端裝4個直徑42cm大功率排風扇，因此，氣室內的氣流方向為由南向北。由數據采集監控箱內設置的CO2紅外傳感器（VAISALA: GMP-343型，芬蘭）與12個通道電磁閥組（MAC型，美國）配套，通過程序控制實現系統內10個CO2濃度氣體檢測通道間定時切換（間隔10s），從而完成系統內各處理區域CO2濃度的監測。在氣室內每個CO2濃度處理區域安裝一個溫濕度傳感器，距地面2m高，每兩個相鄰的溫濕度傳感器間隔5.6m。CO2釋放裝置由CO2鋼瓶、減壓器、鼓風設備、釋放管道和流量調節閥組成。鋼瓶連接的釋放管道處安裝釋放比例式減壓器(SMC:ITV2030-312BL型，日本)，用于控制CO2鋼瓶的出氣量，有效降低了減壓后的CO2在管路中的壓力積蓄。該系統的CO2釋放方式為橫向釋放，釋放管道由主管道和支管道組合而成，距地面2.3m。主管道沿南北縱向安裝在氣室內，一端密封，另一端連接回風鼓風機，鼓風機出口處設置CO2氣體補充進氣口。沿縱向橫截面方向每隔5m安裝一條CO2釋放支管道，支管道頂端密封，管體上均勻排列直徑2mm的釋放孔，釋放孔垂直朝向地面；支管道與主管道由氣體流量調節閥相連，流量調節閥用于調節斷層內的回送風量，并通過回送風量控制各區域CO2濃度梯度差，使整個氣室內形成間隔5m的4個均勻的CO2釋放區。

2.2 改進CTGC系統的運行原理

氣室內CO2氣體在鼓風機的作用下，由與CO2鋼瓶連接的氣體管道經CO2釋放比例式減壓器進入釋放主管道。CO2氣體與主管道末端的高CO2濃度空氣混合，然后輸送至各支管道，釋放到空氣中形成CO2濃度的梯度分段區域。在氣室出氣端排風扇的作用下，由進氣端進入新鮮空氣，流經各分段區域時，由回風釋放管道分段釋放CO2，系統通過加大回送風管的直徑及風機壓力，有效提高了混合回風量，確保空氣混合持續循環，實現氣室內穩定的CO2濃度梯度升高，并使各處理區域內的CO2濃度誤差控制在10％以內。控制計算機在進行數據采集和控制的同時，自動完成實時數據的存儲。為進一步明確CO2濃度在每一梯度處理區域內的水平分布情況，試驗期間使用便攜式CO2濃度測定儀，在系統氣室內分別沿各處理區域的縱向及橫向進行觀測。

改進后的CTGC系統其CO2濃度梯度處理，沿氣室縱向由進氣端向出氣端依次排列。系統進氣端3m內為對照，即進氣端與第一道放氣支管之間不進行CO2釋放，為CK（390μmol·mol-1±10%）；e1（450μmol·mol-1±10%）位于第一道放氣支管與第二道放氣支管之間；e2、e3、e4依次排列，由此形成4個面積為5.1m×1.2m的CO2濃度梯度處理區域（表1）。

表1 觀測期（2012-05-23―09-10）各處理區域CO2濃度均值及梯度差值（平均值±標準差）

2.3 改進CTGC系統中CO2濃度控制方法

CO2濃度控制系統由CO2濃度傳感裝置、數據信號傳輸設備、控制計算機、CO2氣體釋放裝置組成，利用PID（Proportion Integration Differentiation，比例-積分-微分）控制模式，通過監測、比較差值、自動釋放3個步驟實時動態完成CO2濃度的調整和控制。首先通過電磁閥組和CO2濃度檢測傳感器（VAISALA:GMP-343型紅外傳感器，芬蘭）組成的多通道監測系統，實時檢測5個預設梯度處理區域內CO2濃度，由控制計算機通過與系統預設CO2濃度梯度值比較計算控制量，向比例調節式減壓器輸出控制電壓，然后由減壓器控制CO2氣體的釋放量，使系統內CO2濃度梯度值達到預設的濃度范圍。

2.4 改進CTGC系統中CO2濃度的監測

CTGC系統使用的液態CO2純度為99.9%，由石化公司工業廢氣分離提純獲得，高壓鋼瓶貯運，試驗采用多個鋼瓶并聯的方式供氣。2012年5月23日? 9月10日對CTGC系統內CO2濃度分布進行連續監測和調控。使用便攜式CO2檢測儀（EGM-4，PP Systems，美國）檢測各區域CO2濃度。

氣室內CO2濃度測點的橫向分布：以CO2氣體釋放主管道為中心線將氣室縱向分為兩部分，每部分均包含一組CO2濃度梯度，由于每個處理區域有3個裂區作為重復，因此，每個CO2濃度處理區域內包含6個均勻分布的檢測點。

氣室內CO2濃度測點的縱向分布：依照處理區域的長度，氣室內縱向共均勻分布15個檢測點，第1個檢測點距離進氣端0.9m，相鄰兩個檢測點之間的距離為0.9m′2=1.8m，故第2個檢測點的位置為距進氣端2.7m，第3個檢測點距進氣端2.7m+1.8m= 4.5m，后續檢測點位置依次類推。因進氣端3m內為CK區域，所以其內分布的2個檢測點分別設置在距進氣端0.9m、2.7m的位置；而e1區域內分布3個檢測點分別距離進氣端4.5m、6.3m、8.1m；e2區域內分布3個檢測點分別距離進氣端9.9m、11.7m、13.5m；e3區域內3個檢測點分別距離進氣端15.3m、17.1m、18.9m；e4區域靠近出氣端，因此多設置一個檢測點，其4個檢測點分別距離進氣端20.7m、22.5m、24.3m、26.1m，從而實現縱向檢測各處理區域的CO2濃度，以驗證整個試驗系統內的CO2濃度梯度狀況。

2.5 改進CTGC系統內CO2濃度的控制效果驗證

2.5.1 各處理區域CO2濃度的梯度變化

對2012年5月23日?9月10日各處理區域CO2濃度的監測結果顯示（圖2），觀測期內各區域CO2濃度均明顯高于外界和CK，且各區域間存在明顯差異，并按照區域e1、e2、e3、e4的順序逐漸增加，基本達到分區域增加的目的。進一步由圖中可見，觀測期內外界CO2濃度變化較平穩，在329～415μmol·mol-1，CK處理CO2濃度保持在351～429μmol·mol-1，與大氣CO2濃度差異不大且變化趨勢基本一致，僅個別時間（如7月26日）CO2濃度異常高于大氣CO2濃度，說明系統所釋放的CO2氣體呈單向流動，極少發生倒流。圖中各處理區域CO2濃度變化過程完全一致，也說明CO2氣體控制達到了單向流動的目的。CO2逆流的情況主要發生在遇到與排氣方向相反的大風天氣時，如7月26日和7月27日，由于試驗基地發生了強烈的北風，使系統產生的氣體倒流進入試驗氣室內，降低了釋放控制點的CO2濃度，導致控制系統的CO2釋放量急劇增加。

從整個試驗期CO2濃度均值來看（表1），隨著CO2濃度梯度的升高，每兩個相鄰處理間存在一個CO2濃度梯度差值，氣室內共4個CO2濃度梯度差值且并不均等，低CO2濃度處理之間的梯度差值較大，而高CO2濃度處理間較小。其原因是各CO2氣體釋放支管的回氣釋放量雖然相同，但由于各處理的基礎CO2濃度值不同，獲得相同量的CO2氣體補充時升高的幅度亦不同，從而導致梯度差值不一致。可通過支管上的氣體流量調節閥控制CO2釋放量，適當降低低CO2濃度處理區的通氣量，以使各處理間的梯度差值趨于一致。此外，由表1還可見，各處理的CO2濃度標準差，隨著梯度遞進而升高，可能是由于相鄰梯度處理的CO2濃度發生波動對后續處理產生影響，且這種影響有累積效應。

2.5.2 區域內CO2分布的均勻性

以CO2氣體釋放支管為界，系統氣室內各CO2濃度處理的界限分明，且均表現為在靠近釋放支管的下風向處略高。其中e1、e2、e3、e4處理靠近支管的下風向處的CO2濃度，分別較這些處理內其余觀測點的CO2濃度平均高6.7、3.9、19、7.1μmol·mol-1，但其增幅均小于標準差，基本可以忽略，所以，可以認為各處理的CO2濃度分布較為均勻一致。由此證明，利用橫向支管垂直向下的方式進行CO2氣體釋放，完全能夠實現系統氣室內的CO2濃度的梯度遞增，且在同一處理區域內CO2濃度分布均勻（圖3）。

由圖4可見，整體而言，除e1處理可能由于接近進氣端受氣流的影響其CO2濃度的波動較大外，各處理區域內CO2濃度的橫向分布均較均勻。e1處理區域內，中間部分的CO2濃度略低于兩側，這與兩側氣流受到氣室壁的摩擦阻力有關，越接近氣室壁受到的阻力越大，流速越慢，從氣室的橫截面來看，釋放支管受氣室半圓形頂氣室的物理空間限制，雖然釋放管道內外的噴孔直徑一致，依據流體力學的理論能夠形成外側噴氣量略大于內側的結果，但依然無法形成完全均勻的釋放氣幕，加之氣室兩側邊緣裸露土地的釋放作用，積累的CO2偏多，導致氣室邊緣CO2濃度略有增高。

3 結論與討論

改進后的CTGC系統能夠有效迅速、精準地調節CO2氣體的釋放量，滿足了不同處理區域內CO2氣體的濃度需求，大大提高了CO2釋放精度，從而達到很好的CO2濃度梯度升高的模擬效果。這主要是由于該CTGC系統的CO2濃度監測裝置，系統內檢測點增至10個，從而實現了快速精確檢測，并可保持系統氣室內的CO2濃度趨于穩定。在整個試驗期間，各處理區域CO2濃度均明顯升高，且各處理之間存在明顯差異，系統實現了CO2濃度梯度升高的試驗設計目標。各處理區域內CO2濃度的最大標準差為28.9μmol·mol-1，均低于改良前的CTGC系統和FACE系統等環境模擬系統[22]。并且，該系統氣室內CO2氣體控制能夠實現單向流動，使各處理區域CO2濃度變化趨勢保持與大氣CO2濃度的變化趨勢基本一致。因此，就CO2濃度的穩定性來比較，新型CTGC系統更能滿足試驗要求。

改進后，各CO2氣體釋放支管的回氣釋放量雖然相同，但由于各處理的基礎CO2濃度不同，獲得相同量的CO2氣體補充時升高的幅度亦不同，導致各處理區域的梯度差值不一致。可通過CO2釋放支管上的氣體流量調節閥控制釋放量，適當減少低濃度處理的通氣量，實現各處理區域CO2濃度差的隨時可調，使各處理間的梯度差值趨于一致，從而更加容易達到CO2濃度梯度遞增的要求。

鋅指蛋白作為轉錄因子中的一個大家族，廣泛參與了人類體內的各種生物學進程，尤其是在基因表達調控方面具有重要作用，使鋅指蛋白在結腸惡性腫瘤的診斷、治療等領域彰顯出巨大的潛力。近年來，隨著越來越多的鋅指蛋白被發現，以及對鋅指蛋白功能研究的更加深入，鋅指蛋白在結腸癌中調節轉錄、控制基因表達的特性已經得到了廣泛的證實與認可；用鋅指蛋白作為工具，調控哺乳動物特定基因表達的相關體外實驗也取得了很大的進展。但是就目前國內外研究現狀來看，在結腸癌中還有許多鋅指蛋白和其作用機制尚未完全明了，鋅指蛋白能否作為結腸癌治療新靶點的問題也尚未明確，這些都有待于進一步的研究與探索。

改進后的系統采用了支管釋放CO2氣體的方式，縱向上氣室內CO2濃度從線性連續變化轉變為梯度變化。并且，系統可以對各個處理的面積進行調整，兩個CO2釋放支管間有較大的控制面積，每個控制面積內有相對較為一致的環境，使之更加適合應用到各種不同面積要求的試驗中。CO2釋放支管上的釋放孔垂直向下，通過氣室內氣流的作用使釋放氣體在橫向上對釋放面的覆蓋更為均勻。

改進后的CTGC系統，包含5個CO2濃度處理區域，能夠實現CO2濃度梯度升高的模擬環境，優越于其它模擬系統僅包含兩個或三個CO2濃度升高處理，可以更好地模擬未來CO2濃度逐漸升高的環境和作物的響應過程。該系統氣室內各處理的CO2濃度，在縱向上分布較均勻，由此可見，利用CO2氣體釋放主管道與支管道組合方式進行氣體釋放，能夠使各處理區域的CO2濃度在縱向上均勻分布，并實現系統氣室內的CO2濃度梯度遞增。而各處理區域在橫向上其CO2濃度分布整體而言也較均勻，但e1處理CO2濃度的橫向分布有較大波動，這可能是由于其接近進氣端，受外界氣流的影響，加之氣室兩側氣流受阻的關系，從而造成其CO2濃度橫向分布波動較大，氣室邊緣CO2濃度略高。

該系統氣室內CK區域的CO2濃度高于外界，分析其原因可能是，氣室內作物和土壤微生物的夜間呼吸作用釋放一定量的CO2，由于氣室塑料薄膜的阻擋作用，CO2未能及時擴散至外界，所以造成CK區域CO2濃度高于大氣。這種差異在春秋季節較小，而在夏季較大，這是由作物和溫度兩方面原因造成的，首先，夏季作物生長量大，生理活動旺盛，呼吸作用強，釋放的CO2氣體較多[23]；其次，夏季氣室內溫度較高，作物的加速生長和土壤微生物的各種代謝活動也是增加系統內CO2濃度的主要原因之一[24]。

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Improved Semi-open CO2Concentration and Temperature Gradient Chambers (CTGC): Controlling to CO2Concentration

LI Yu-ting1,2, FENG Yong-xiang1, HAN Xue2, TONG Cheng-feng2, WEI Qiang2, LI Ying-chun2

(1.College of Agronomy, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163000, China; 2.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

Environmental simulation system is an effective way to study the response of agro-ecological system to global change.However, current atmospheric carbon dioxide (CO2) enrichmentsimulation systems have some limitations, includingexcessive CO2gas consumption, high experimental cost, disparity between the simulated and the natural environments, space limitation, lack of replications. To address these problems, we upgraded the hardware and improved the design of the CO2concentration and temperature gradient chambers (CTGCs) that control CO2gas to release accurately and cost-effectively to improve the simulation of future elevated CO2concentration environment. Besides, the improved CTGCs was more spacious, which allowed the growth of more crop species simultaneously. In this system we used a set of electromagnetic valves and an individual CO2concentration infrared sensor to constitute a multi-passageway CO2concentration monitoring system for real-time monitoring of the change in CO2concentration. A proportional pressure reducing regulator valve was also deployed at the source of CO2gas emission. This effectively reduced the pressure storing in the gas pipeline when CO2was compressed and released from the gasholder, which resulted in accurate CO2gas emission. The pipeline consisted of head and peripheral branch tubes which were connected to the flux regulating valve. The equipment changed the CO2gas emission from longitudinal to lateral emission. The above changes form an evenly-distributed CO2gas released area in the improved CTGC system. The improved CTGC system achieved CO2concentrations of 387±4.5, 441±13.4, 490±20.9, 534±24.3and 567±28.9μmol·mol-1. The system improved effectively the response to environmental change, performed accurately real-time monitoring the change in CO2concentration in every treatment of the chamber, and released precisely CO2gas to maintain the targeted CO2concentration gradient in a stable and continuously manner. In summary, the improved CTGC system would be a better system for studying the responses of plants to CO2enrichment.

CTGC system; CO2concentration gradient; Semi-open; CO2simulation systems

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.02.005

2016?06?30

國家科技支撐計劃“旱地生態系統固碳減排技術集成與示范”(2013BAD11B03); 國家重點基礎研究發展計劃項目(973計劃)(2012CB955904)；中央級公益性科研院所基本科研業務費專項

李豫婷（1990-），女，碩士，主要研究方向為作物栽培與耕作、氣候變化對作物的影響。E-mail:729392000@qq.com

**通訊作者。E-mail:312652275@qq.com; hanxue@caas.cn