大氣CO-2濃度升高對玉米葉片特征及產(chǎn)量的影響

大氣CO_2濃度升高對玉米葉片特征及產(chǎn)量的影響大氣CO₂濃度升高必將影響作物光合過程,進而對作物的生長及其產(chǎn)量產(chǎn)生影響。玉米是世界上重要的糧食作物,對世界糧食安全及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。黃土高原半干旱區(qū)是我國玉米的重要產(chǎn)區(qū),為明確大氣CO₂濃度升高對該地區(qū)玉米葉片、氣孔特征及其產(chǎn)量的影響,我們在該地區(qū)開展了田間定位試驗研究,以期為黃土高原旱作玉米對未來氣候變化的響應提供數(shù)據(jù)支撐。本研究以春玉米（鄭單958）為對象,設3種大氣環(huán)境條件:當前自然大氣（CK）、大氣CO₂濃度升高(OTC+CO₂,利用開頂式氣室控制CO₂濃度為700μmol·mol^-1)、以及OTC對照（OTC,OTC氣室內(nèi)CO₂濃度與當前自然大氣一致,其目的是為了從OTC+CO₂處理中將OTC對試驗結果帶來的影響進行剝離,加以甄別）。在每個大氣環(huán)境條件下各設4種水肥管理模式:雨養(yǎng)不施氮（RN0）、雨養(yǎng)常氮(RN225,不覆膜施純氮225kg·Nhm^-2)、覆膜常氮(MN225,覆膜并施純氮225kg·Nhm^-2)、以及覆膜高氮模式(MN290,覆膜并施純氮290kg·Nhm^-2),每種處理和模式均設3個重復。分別研究了春玉米氣孔特征（密度（SD）、面積（SA）、周長（SP）、寬度（SW）、長度（SL））、葉面積指數(shù)（LAI）、玉米產(chǎn)量對大氣CO₂濃度升高的響應特征。研究得出以下主要結論:（1）雨養(yǎng)不施氮（RN0）及覆膜常氮（MN225）模式下,大氣CO₂濃度升高對春玉米SD無顯著影響,玉米主要通過調(diào)整氣孔的大小而非數(shù)量來應對外界環(huán)境中CO₂濃度的變化。雨養(yǎng)并施常量氮肥（RN225）時大氣CO₂濃度升高使春玉米六葉期SD顯著升高了9%（P<0.05）,灌漿期SD顯著降低了11%（P<0.05）。覆膜高氮模式（MN290）時大氣CO₂濃度升高使春玉米六葉期SD顯著減小了10%（P<0.05）。雨養(yǎng)條件下,相較于不施氮處理,增施常量氮肥使高濃度CO₂對春玉米六葉期SD的影響表現(xiàn)出正效應;覆膜條件下,相較于常氮處理,高氮使CO₂濃度升高對春玉米六葉期SD的影響表現(xiàn)出負效應。（2）施氮量與覆膜均影響春玉米氣孔特征對大氣CO₂濃度升高的響應。CO₂濃度升高使雨養(yǎng)不施氮模式下春玉米六葉期SA、SW、SP、SL分別增加了43%、26%、15%、15%（P<0.05）,使十二葉期、蠟熟期SA、SW、SP、SL分別減小了6%、6%;5%、3%;4%、3%;3%、2%（P<0.05）。雨養(yǎng)常氮模式下,高濃度CO₂對六葉期氣孔特征的正效應變?yōu)樨撔?具體表現(xiàn)為春玉米六葉期、十二葉期SA、SW、SP、SL分別減小了14%、10%;5%、2%;7%、7%;3%、4%（P<0.05）。覆膜緩解了高濃度CO₂對氣孔的負效應,甚至使其變?yōu)檎?具體表現(xiàn)為春玉米六葉期SA、SP、SL分別增加了8%、5%、2%（P<0.05）,十二葉期SW增加了5%（P<0.05）。覆膜高氮又將高濃度CO₂對六葉期氣孔的正效應變?yōu)樨撔?具體表現(xiàn)為春玉米六葉期SA、SW、SP、SL分別減小了13%、8%、6%、7%（P<0.05）。無論在何種水肥模式下,大氣CO₂濃度升高對春玉米氣孔特征的影響在六葉期最大。（3）隨田間試驗周期的延長,大氣CO₂濃度升高對春玉米LAI的影響程度增大。2016年雨養(yǎng)常氮不會改變高濃度CO₂在雨養(yǎng)不施氮模式下對春玉米LAI的影響,覆膜高氮不會改變高濃度CO₂在覆膜常氮模式下對春玉米LAI的影響,只有覆膜常氮模式促使高濃度CO₂對春玉米個別生育期LAI產(chǎn)生影響:六葉期、抽雄吐絲期LAI分別減小25%、9%（P<0.1）,灌漿期增加18%（P<0.1）。2017年覆膜常氮模式下,高濃度CO₂使春玉米九葉期、十二葉期、灌漿期LAI分別增加89%、17%、10%（P<0.1）,在此基礎上繼續(xù)增加氮肥（MN290）削弱或抵消了高濃度CO₂對春玉米LAI的影響。大氣CO₂濃度升高對覆膜常氮水肥模式下春玉米LAI的影響最大。（4）2017年的試驗表明,大氣CO₂濃度升高條件下,與雨養(yǎng)不施氮相比,雨養(yǎng)常氮以及覆膜高氮均使春玉米產(chǎn)量有升高的趨勢,但差異不顯著,而在常氮的基礎上增設覆膜措施顯著提高了春玉米的產(chǎn)量（增幅17%）（P<0.05）。在一定范圍內(nèi),