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由于FACE实验系统是一个开放系统,自然条件又千变万化,因此给实验设计以及实验测定带来很多室内实验所没有的变数;然而也正是这些变数,给研究者提供了机遇,有利于发现室内实验所不能遇到的新现象和新问题。

FACE实验是通过改变植物和生态系统的微气候环境条件来模拟未来气候变化的一种技术手段。通过这种技术,可以使人们了解在未来大气CO2浓度增加后陆地生物圈系统的变化过程。上个世纪80年代中期,美国科学家们开始研究开放式空气CO2增加装置即FACE系统。FACE系统是指一个模拟未来CO2增加的微域环境。该系统主要由CO2气体供应装置和控制系统组成,其中气体供应装置由储气罐、液态CO2汽化装置、送气和放气管道等部件组成;控制系统由主控计算机、放气控制系统和CO2采样分析系统组成。根据冠层CO2浓度测定结果,由控制系统实时调节FACE圈层内的CO2浓度,使之保持在高于对照的设定浓度值。由于FACE圈没有任何隔离设施,气体可以自由流通,因此系统内部通风、光照、温度、湿度等条件十分接近自然生态环境。因此,在这样的微域环境条件下进行CO2增加的模拟试验获得的数据更接近于真实情况。

FACE系统的主要优点在于它是一个开放体系,避免了过去常用的密闭和半密闭CO2施加实验对植物周围环境的干扰。以往的实验,特别是温室和人工气候室内的实验在辐射强度、温度和湿度以及昼夜温差等方面与自然环境差异很大。采用FACE系统的室外实验与以前常用的室内盆栽实验不同,对植物根系的生长没有盆栽体积的限制,而且其提供的植物材料数远大于室内实验,可以同时进行植物生理、生态以及生化等多方面的比较研究[8]。FACE系统研究植物对高浓度CO2的响应和适应,能更真实地模拟未来植物对高CO2浓度的响应和适应情况,有利于揭示其适应的分子机理。