C3和C4作物对CO2浓度与夜温同步升高的响应差异

Global warming is mainly characterized by raising night temperature.Synchronous raising of CO2 concentration and night temperature will necessarily cause the significant impacts to the future agriculture,especially to the grain production in the world.Many studies at home and abroad showed that: raising CO2 concentration could increase crop yield,raising night temperature will reduce crop yield,but the combined effects of synchronous raising of CO2 concentration and night temperature on crops has been rarely reported.C3 and C4 pathways are two main biochemical pathways for crop fixed CO2,and have also different reactions to synchronous raising of CO2 concentration and night temperature.This study was designed to carry out the control experiment about synchronous raising of CO2 concentration and night temperature by choosing two most representative crops,rice (Oryza Satiua L.) and corn (Zea mays L.)as treatment,using Open Top Chamber (OTC) and heating devices.In this case,the dry matter production and distribution,photosynthetic physiological characteristics and yield changes of rice and corn will be investigated,so as to clarify yield mechanism difference of response bewtween rice and corn on synchronous raising of CO2 concentration and night temperature.This research will help to provide scientific base for parameter modification of existing crop models, and to adjust the policies and techniques to guarantee crop yield in future for the goverment.

全球气候变暖以夜温上升为主要表现形式，CO2浓度与夜温同步升高，势必会给未来农业、特别是粮食生产带来巨大冲击。研究表明： CO2浓度升高可增加作物产量，夜温升高则会降低作物产量，而关于CO2浓度与夜温同步升高对作物影响的研究极少。C3和C4途径为作物固定CO2的两种主要生化途径，其对CO2浓度与夜温增高的反应亦有不同。本研究拟采用开顶式气室（OTC）与增温装置，选择水稻和玉米两个同季节生长最有代表性的C3、C4作物，开展CO2浓度与夜温同步升高的控制实验，研究两种作物干物质生产与分配、光合生理生化特性及产量变化，以期明确CO2浓度与夜温同步升高对水稻和玉米产量机理的影响，为现有作物模型参数修订提供科学依据，并为我国农业部门制定未来气候应对政策提供参考。

气候变暖是当今世界上最关注的环境问题之一，其主要表现为大气CO2浓度和地表温度一直在同步剧增。据报道，至本世纪末，大气CO2浓度将超过700ppm, 而全球增温具有明显的不对称现象，即夜间大于白昼，通常夜间增温是白天增温的2倍，我国亦是如此。CO2浓度与温度升高对我国粮食生产与安全将带来极大的影响。. 本研究利用开顶式气室和增温装置，在水稻和玉米整个生育期设置不同CO2浓度与夜温处理。其中，水稻选用南粳45，夏玉米选用郑单958，而6个主要气室设置处理如下：处理1，CO2浓度为380ppm，夜间不增温；处理2，CO2浓度为550ppm，夜间不增温；处理3，CO2浓度为750ppm，夜间不增温；处理4，CO2浓度为380ppm，夜间增温2℃；处理5，CO2浓度为550ppm，夜间增温2℃; 处理6，CO2浓度为750ppm，夜间增温2℃。测定拔节期、抽穗（雄）期以及成熟期的水稻与玉米的生长指标、光合生理生化指标等，并测定三个时期的地上生物量以及成熟后的产量和产量构成要素。主要结论如下：①随着CO2浓度的升高，南粳45的穗数、每穗粒数、千粒重、实际产量都有所提高。夜间增温较不增温处理的地上生物量、每穗粒数、千粒重、实际产量都有所降低。南粳45的株高、分蘖数、叶面积指数、叶绿色度比值也随着CO2浓度的增加呈现增加的趋势。夜间增温对分蘖数和叶面积指数无显著影响，但株高、SPAD呈现递增趋势。②随着CO2浓度升高，郑单958的株高、SPAD 、LAI以及生物量均呈现增加趋势。并且抽雄期之前，夜温升高，株高、LAI和生物量随之增加；抽雄期之后，夜间增温条件下，这些生长指标呈递减趋势。郑单958的穗数、穗粒数、百粒重以及实际产量随CO2浓度升高而增加，而随着夜间增温有所降低。在夜间增温2℃时， CO2浓度升高到550 ppm时，已抵消了对郑单958的生物量负效应；而需要CO2浓度升高近到750 ppm时才可抵消了对郑单958的产量与产量构成要素的负效应。③水稻和玉米的净光合速率（NPn）和胞间CO2浓度（Ci）随着CO2浓度的增加而增加，但是水稻和玉米的气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）随着CO2浓度的增加而降低。郑单958比南粳45更快达到CO2饱和点，出现光适应性现象。较高CO2下，C3 作物的NPn、 Ci、Gs和Tr的影响幅度大于 C4 作物。