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不同CO_2浓度升高水平对稻麦生长和产量的影响

刘超  
【摘要】:随着世界工业和经济的快速发展,大量化石燃料燃烧导致大气中的CO2浓度逐渐增加。大气中的CO2浓度已由工业革命前的280 μmol·mol-1上升到当前的409 μmol·mol-1。在温室气体排放中等稳定化情景下,2100年大气CO2浓度预计达到538~670 μmol·mol-1。农业是对气候变化反应最为敏感和脆弱的领域之一,粮食产量关系到国家安全与稳定。为进一步探究不同CO2浓度升高水平主要粮食作物的影响,本论文以水稻(南粳9108)和冬小麦(扬麦22)为实验材料,利用由12个开顶式气室组成的不同CO2浓度调控系统开展田间试验。2016年水稻和2017年小麦生长季CO2浓度设置为:背景大气(CK),CO2浓度升高40μmol·mol-1(CK+40)和CO2浓度升高2001μmol·mol-1((CK+200)三个水平;2017年水稻生长季,CO2浓度设定为:背景大气(CK),CO2浓度升高80μmol·mol-1(CK+80)和CO2浓度升高200μmol·mol-1(CK+200)三个水平。每种处理各有四个重复。研究水稻和小麦光合特性、生长状况和产量对不同CO2浓度升高水平的响应,对于指导农业生产适应气候变化,以及在全球气候变化大背景下确保粮食安全具有一定的意义。研究结果表明:在2016水稻生长季和2017小麦生长季,CK、CK+40和CK+200处理水稻和小麦光响应曲线和CO2响应曲线均呈一定的规律性变化,即在较低光照强度(CO2浓度水平)下呈近似直线上升,随后缓慢升高,最后达到饱和状态下趋于稳定。2016年和2017年水稻生长季,CK+200处理净光合速率较CK均发生了不同程度的降低,即长期处于高浓度CO2处理,水稻产生了光合下调现象。对于2017年小麦生长季,CK+200处理较CK处理没有出现光合下调现象。2016年水稻生长季的光响应参数,CK+200处理增加了的Pn-max;对于CO2响应参数,CK+200处理降低了 Psat和CE。2017年小麦生长季的光响应参数,CK+200处理增加了 Q、Pn-max、Ic和Rd;对于CO2响应参数,CK+200处理的Psat、CE、CCP和Rp均有不同程度的增加。2016年水稻和2017年小麦生长季,与CK处理相比,CK+40和CK+200处理增加了水稻和小麦的株高和茎蘖数。2017年水稻生长趋势发生了变化,茎蘖数表现为CK+80CK+200CK。不同CO2浓度升高水平使水稻和小麦不同生育时期叶片氮含量降低,且CO2浓度越高,叶片氮含量下降就越多。2016年水稻,CK、CK+40和CK+200处理下水稻叶片净光合速率与氮含量均呈极显著正相关,高浓度CO2浓度处理增加了水稻叶片的光合氮素利用效率。2017年小麦,CK、CK+40和CK+200处理叶片净光合速率与氮含量无相关性。不同CO2浓度升高水平增加了水稻和小麦不同生育时期的生物量。对于2016年水稻和2017年小麦,CO2浓度处理越高,各个器官生物量增加就越大。2017年水稻,CK+80处理生物量较CK+200处理增大。对于2016年水稻和2017年小麦生长季,CK+40和CK+200处理均增加了稻麦千粒重、穗粒数,提高了稻麦的产量;此外,CO2浓度升高也导致水稻空瘪粒增多,且CO2浓度越高,空瘪粒也越多。2017年水稻,CK+200处理较CK产量降低。2016和2017年水稻生长季,不同CO2浓度升高水平均降低了水稻的收获指数;2017年小麦生长季,CK+40和CK+200增加了小麦的收获指数。


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