大气CO-2浓度升高对玉米叶片特征及产量的影响

大气CO_2浓度升高对玉米叶片特征及产量的影响大气CO₂浓度升高必将影响作物光合过程,进而对作物的生长及其产量产生影响。玉米是世界上重要的粮食作物,对世界粮食安全及农业生产意义重大。黄土高原半干旱区是我国玉米的重要产区,为明确大气CO₂浓度升高对该地区玉米叶片、气孔特征及其产量的影响,我们在该地区开展了田间定位试验研究,以期为黄土高原旱作玉米对未来气候变化的响应提供数据支撑。本研究以春玉米（郑单958）为对象,设3种大气环境条件:当前自然大气（CK）、大气CO₂浓度升高(OTC+CO₂,利用开顶式气室控制CO₂浓度为700μmol·mol^-1)、以及OTC对照（OTC,OTC气室内CO₂浓度与当前自然大气一致,其目的是为了从OTC+CO₂处理中将OTC对试验结果带来的影响进行剥离,加以甄别）。在每个大气环境条件下各设4种水肥管理模式:雨养不施氮（RN0）、雨养常氮(RN225,不覆膜施纯氮225kg·Nhm^-2)、覆膜常氮(MN225,覆膜并施纯氮225kg·Nhm^-2)、以及覆膜高氮模式(MN290,覆膜并施纯氮290kg·Nhm^-2),每种处理和模式均设3个重复。分别研究了春玉米气孔特征（密度（SD）、面积（SA）、周长（SP）、宽度（SW）、长度（SL））、叶面积指数（LAI）、玉米产量对大气CO₂浓度升高的响应特征。研究得出以下主要结论:（1）雨养不施氮（RN0）及覆膜常氮（MN225）模式下,大气CO₂浓度升高对春玉米SD无显著影响,玉米主要通过调整气孔的大小而非数量来应对外界环境中CO₂浓度的变化。雨养并施常量氮肥（RN225）时大气CO₂浓度升高使春玉米六叶期SD显著升高了9%（P<0.05）,灌浆期SD显著降低了11%（P<0.05）。覆膜高氮模式（MN290）时大气CO₂浓度升高使春玉米六叶期SD显著减小了10%（P<0.05）。雨养条件下,相较于不施氮处理,增施常量氮肥使高浓度CO₂对春玉米六叶期SD的影响表现出正效应;覆膜条件下,相较于常氮处理,高氮使CO₂浓度升高对春玉米六叶期SD的影响表现出负效应。（2）施氮量与覆膜均影响春玉米气孔特征对大气CO₂浓度升高的响应。CO₂浓度升高使雨养不施氮模式下春玉米六叶期SA、SW、SP、SL分别增加了43%、26%、15%、15%（P<0.05）,使十二叶期、蜡熟期SA、SW、SP、SL分别减小了6%、6%;5%、3%;4%、3%;3%、2%（P<0.05）。雨养常氮模式下,高浓度CO₂对六叶期气孔特征的正效应变为负效应,具体表现为春玉米六叶期、十二叶期SA、SW、SP、SL分别减小了14%、10%;5%、2%;7%、7%;3%、4%（P<0.05）。覆膜缓解了高浓度CO₂对气孔的负效应,甚至使其变为正效应,具体表现为春玉米六叶期SA、SP、SL分别增加了8%、5%、2%（P<0.05）,十二叶期SW增加了5%（P<0.05）。覆膜高氮又将高浓度CO₂对六叶期气孔的正效应变为负效应,具体表现为春玉米六叶期SA、SW、SP、SL分别减小了13%、8%、6%、7%（P<0.05）。无论在何种水肥模式下,大气CO₂浓度升高对春玉米气孔特征的影响在六叶期最大。（3）随田间试验周期的延长,大气CO₂浓度升高对春玉米LAI的影响程度增大。2016年雨养常氮不会改变高浓度CO₂在雨养不施氮模式下对春玉米LAI的影响,覆膜高氮不会改变高浓度CO₂在覆膜常氮模式下对春玉米LAI的影响,只有覆膜常氮模式促使高浓度CO₂对春玉米个别生育期LAI产生影响:六叶期、抽雄吐丝期LAI分别减小25%、9%（P<0.1）,灌浆期增加18%（P<0.1）。2017年覆膜常氮模式下,高浓度CO₂使春玉米九叶期、十二叶期、灌浆期LAI分别增加89%、17%、10%（P<0.1）,在此基础上继续增加氮肥（MN290）削弱或抵消了高浓度CO₂对春玉米LAI的影响。大气CO₂浓度升高对覆膜常氮水肥模式下春玉米LAI的影响最大。（4）2017年的试验表明,大气CO₂浓度升高条件下,与雨养不施氮相比,雨养常氮以及覆膜高氮均使春玉米产量有升高的趋势,但差异不显著,而在常氮的基础上增设覆膜措施显著提高了春玉米的产量（增幅17%）（P<0.05）。在一定范围内,