FACE实验_在线百科全书查询
FACE实验
FACE是指在自由空气中增加CO2浓度(Free-Air CO2 Enrichment)。FACE实验的实质就是创造一个模拟未来CO2增加的微域生态环境进行CO2增加的模拟试验。其试验尺度相对较大， 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， 获得的数据更接近于真实情况。
什么是FACE实验
FACE系统就如一个供综合研究用的工作平台, 实验的成功很大程度上依赖于系统中CO2 的目标浓度在时间和空间上的保证。
研究背景
大气CO2浓度已从工业革命前的280 ppmv升高到现在的370 ppmv，目前正加速增高。据估计，到2050年前后大气CO2浓度将达到450－550ppmv之间。大气中CO2浓度的升高影响全球气候变化，并将对人类生存环境产生重大影响，这不仅引起了科学家的广泛关注，各国政府也极为重视。
研究CO2浓度变化对植物的影响有近百年的历史。80年代前主要通过提高温室、培养箱或开顶式气箱中CO2浓度浓来观察植物生理等的一系列变化。但是相应的试验条件如温度、风速、湿度、降雨等因素与自然条件相去甚远，特别是植物与昆虫、病源的隔离。以这种环境中所得结果来预测自然环境中CO2浓度升高的影响，必然有较多的不确定性。为了模拟自然条件下CO2浓度升高对植物生长的影响，在80年代末在美国发展了自由空气条件下的CO2浓度升高技术。
大气CO2浓度变化影响植物光合作用，植物的生理、生化过程发生变化，引起生态系统发生一系列的变化：
1、光合产物的增加使农作物产量增加，同时农作物中碳水化合物的相对含量提高，氨基酸和蛋白质的相对含量下降，农作物的品质发生变化；
2、由于不同植物光合作用对CO2的需求不一，大气 CO2浓度升高对不同作物的影响不一，从而引起生态系统的植物组成和功能的变化，在农田生态系统还关系到杂草的生长和演替；
3、碳水化合积累和产量的提高，对土壤养分的需求增大；
4、CO2浓度升高，碳水化合物生成速度加快，冠层温度提高，会增加农田病虫害的发生机率；
5、大气CO2浓度升高，根系及残落物进入土壤系统的数量增大，有利于土壤有机质的积累，同时农作物根系分泌物增加，为土壤微生物提供更多的碳源和能源，从而改变土壤微生物的活性、种群及群落结构；
6、CO2浓度升高时，植物叶面气孔密度、气孔开闭、作物蒸腾蒸发等发生变化，作物需水及水分利用率随之改变；
7、大气CO2浓度增加对陆地生态系统产生反馈作用，影响土壤有机碳、氮的转化，包括N2O和CH4等温室气体的排放。
我国是水稻生产大国，产量居世界第一。据估计到2030年，由于人口的增长亚洲稻米的需求量将增加70%。大气CO2浓度增加可引起农田生态系统一系列的变化，涉及到我国21世纪粮食安全保障、化肥和农药等发展战略等重要方面，在中国开展水稻/小麦FACE研究极为必要。
FACE 研究才十多年，且大都集中在对植物生长过程的影响方面。我们首次在低纬度地区进行稻/麦轮作试验，365天24小时模拟2050年前后的大气CO2浓度，将在大气CO2增加对农田生态系统结构和功能影响研究方面获得一系列的有自主知识产权的创新认识和科学成果，如在大气CO2浓度增加对土壤过程、土壤微生物种群结构、土壤养分平衡、土壤碳库变化的影响等方面。
通过与日本FACE研究的结果进行比较，拓展关于温度、肥料施用水平等因素与大气CO2浓度增加对水稻生长的交互作用的认识。本项目还将重点研究大气CO2浓度增加对农田生态系统的反馈作用，为我国陆地生态系统对大气CO2的固定潜力的评价提供基本数据，因此，通过中国水稻/小麦FACE研究，将为国家制订21世纪的粮食安全保障对策、社会经济发展战略提供科学依据。有关农田生态系统对大气CO2的固定潜力的研究，将为我国在国际对话中争取外交主动权作出贡献。
FACE实验的意义
意义一：
在FACE系统中，通过大气CO2倍增对农田生态系统影响的前瞻性研究，可以预测：
1、对粮食产量和品质的影响
2、对土壤养分及水分的需求变化
3、农田病虫害发生机率的变化
4、农田杂草的发生和种类的变化
5、陆地生态系统对大气CO2的反馈作用，明确耕地土壤对大气碳的固定能力
意义二：
我国是水稻生产大国，产量居世界第一。据估计到2030年，由于人口的增长亚洲稻米的需求量将增加70%。大气CO2浓度增加可引起农田生态系统一系列的变化，涉及到我国21世纪粮食安全保障、化肥和农药等发展战略等重要方面，在中国开展水稻/小麦FACE研究极为必要。
意义三：
FACE研究才十多年，且大都集中在对植物生长过程的影响方面。我们首次在低纬度地区进行稻/麦轮作试验，365天24小时模拟2050年前后的大气CO2浓度，将在大气CO2增加对农田生态系统结构和功能影响研究方面获得一系列的有自主知识产权的创新认识和科学成果，如在大气CO2浓度增加对土壤过程、土壤微生物种群结构、土壤养分平衡、土壤碳库变化的影响等方面。
意义四：
通过与日本FACE研究的结果进行比较，拓展关于温度、肥料施用水平等因素与大气CO2浓度增加对水稻生长的交互作用的认识。
意义五：本项目还将重点研究大气CO2浓度增加对农田生态系统的反馈作用，为我国陆地生态系统对大气CO2的固定潜力的评价提供基本数据，因此，通过中国水稻/小麦FACE研究，将为国家制订21 世纪的粮食安全保障对策、社会经济发展战略提供科学依据。有关农田生态系统对大气CO2的固定潜力的研究，将为我国在国际对话中争取外交主动权作出贡献。
发展状况
研究CO2浓度对植物光合作用及其生理、生化过程的影响已有近百年的历史。
80年代前主要通过提高温室、培养箱或开顶式气箱中CO2浓度，观察植物生理、生化等的一系列变化。但是相应的试验条件如温度、风速、湿度、降雨等因素与自然条件相去甚远，特别是系统中植物与昆虫、病源的隔离。从这种环境中所取得的研究结果预测自然环境中CO2浓度对生态系统的具有较多的不确定性。
为了模拟未来大气CO2浓度升高条件下对陆地生态系统的影响，80年代末，在美国发展了自由空气条件下的CO2浓度升高技术。 FACE (Free Air CO2 Enrichment)即在近地面空气中增加CO2浓度。FACE系统是一个模拟未来CO2增加的微域生态环境。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（已经建立的FACE系统设定的CO2浓度高于对照200ppmv）。
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。在这一微域生态环境条件下进行CO2增加的模拟试验，获得的数据更接近于真实情况。国际上普遍认为这是研究大气CO2浓度增加条件下生态系统响应最理想的方法，被称之为在未来世界开了个窗口。
虽然FACE技术的发展才十多年，已涉及的生态系统有森林、草地、农田等，研究的作物有小麦、棉花、玉米、水稻等。国际上已经运行的FACE系统有十个左右。 FACE研究的成功在很大程度上依赖于系统中CO2 的目标浓度在时间和空间上的保证。为了保证CO2浓度在目标浓度范围内需要不断补充CO2，不仅所需费用大，且技术要求高，故FACE研究主要在美国和欧洲等经济发达国家进行。
国际上尚无采用FACE方法对集约利用下的农田生态系统进行研究的先例。我国作为农业集约化利用程度最高的国家之一，采用FACE方法研究，不仅可以作出集约化农业利用条件下，大气CO2浓度升高对农业生产影响的独特研究成果，而且有关农田生态系统对大气CO2的固定潜力的研究结果，将为我国争取国际环境外交主动权作出贡献。
在中国科学院的资助下，由日本农业环境技术研究所提供FACE系统所需的仪器设备、关键器材和控制软件，中国水稻/小麦FACE系统已经在江苏无锡市安镇建立，并于2001年水稻移栽时正式运行。
