溫度和二氧化碳濃度升高對青稞生長的影響

劉國一，謝永春**，侯亞紅，李 雪，張華國，萬運(yùn)帆

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溫度和二氧化碳濃度升高對青稞生長的影響

劉國一1，謝永春1**，侯亞紅1，李 雪1，張華國1，萬運(yùn)帆2

（1．西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，拉薩 850032；2．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

采用開頂式氣室（OTC）模擬溫度和二氧化碳（CO2）濃度升高的生長環(huán)境，以模擬大田環(huán)境為對照（CK），通過大田原位模擬試驗(yàn)對“藏青2000”青稞品種在增溫2℃（T2）、增溫4℃（T4）和增溫2℃同時(shí)增加CO2濃度100μL·L?1（T2+CO2）環(huán)境下進(jìn)行觀測，分析氣候變化環(huán)境下青稞的生育期、光合作用、農(nóng)藝性狀及其耕層土壤養(yǎng)分的變化。結(jié)果表明：增溫處理（T2、T4、T2+CO2）下青稞的生育期縮短5～7d。其中，T4處理的生育期最短，為92d，T2和T2+CO2處理為94d。增溫處理中青稞葉片光合作用降低，其凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導(dǎo)度（Gs）均顯著低于CK。增溫處理使土壤耕層有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量顯著降低，速效磷含量提高。與CK相比，T2、T4和T2+CO2各處理青稞產(chǎn)量分別下降31.4%、46.9%和39.4%；增溫2℃使青稞農(nóng)藝性狀（株高、干物質(zhì)量、穗長）有所提高，在增溫的基礎(chǔ)上增加CO2濃度對青稞的影響并不顯著，增溫4℃嚴(yán)重影響青稞的正常生長和產(chǎn)量。

氣候變暖；開頂式氣室（OTC）；溫度升高；增溫2℃；增溫4℃；CO2濃度升高；青稞；西藏

氣候變化已經(jīng)成為全球公認(rèn)的環(huán)境問題，以溫度和二氧化碳（CO2）濃度升高為主要特征的氣候變化直接影響到人類的生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展[1-2]，預(yù)估至21世紀(jì)末，全球大氣CO2濃度可達(dá)936μL·L?1，平均地表溫度在1986?2005年的基礎(chǔ)上將再升高0.3～4.8℃[3]。西藏具有獨(dú)特的自然地理特征，是全球海拔最高的巨型地貌構(gòu)造單元。因受大氣環(huán)流和高原地勢格局的制約，形成了獨(dú)特的水熱狀況地域組合，被認(rèn)為是中國乃至世界氣候變化的敏感區(qū)和啟動(dòng)區(qū)，其增溫幅度要明顯高于全國平均水平。近50a（1961?2010年）西藏冬季氣溫增加顯著，平均增幅0.29～1.04℃·10a?1，遠(yuǎn)高于0.22℃·10a-1的全國平均值[4-8]。

青稞是西藏的主要糧食作物，播種面積達(dá)到全區(qū)糧食作物種植面積的60%，屬典型的特需口糧，一旦產(chǎn)量短缺，內(nèi)地將無法彌補(bǔ)。因此，西藏自治區(qū)政府高度重視青稞的生產(chǎn)，確定了在2020年糧食產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)定在100萬t，青稞產(chǎn)量達(dá)到80萬t的目標(biāo)任務(wù)[9]。然而，青稞屬于喜涼作物，未來氣候變化導(dǎo)致的升溫將會(huì)對青稞的生長產(chǎn)生不利影響，會(huì)進(jìn)一步抵消因常規(guī)育種與栽培技術(shù)進(jìn)步的優(yōu)勢。周廣勝[10]認(rèn)為氣候變化導(dǎo)致的暖干化將使氣候的不確定性增加，降水頻次與強(qiáng)度的變異危及作物生產(chǎn)潛力的發(fā)揮，對作物的負(fù)效應(yīng)較為明顯。覃志豪等[11]認(rèn)為氣候變化還將通過影響土壤從而影響作物，主要是溫度升高，降水減少導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)降低，農(nóng)田肥力下降，作物產(chǎn)量減少。

總之，不管是從趨勢分析還是實(shí)證試驗(yàn)，對于氣候變化給農(nóng)業(yè)帶來的影響，多數(shù)學(xué)者持謹(jǐn)慎態(tài)度，認(rèn)為弊大于利，一方面需要減少溫室氣體的排放，緩減氣候變暖的步伐，另一方面需要積極研發(fā)應(yīng)對氣候變化的農(nóng)業(yè)技術(shù)。為此，采用中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所自行研制的開頂式氣室OTC進(jìn)行青稞大田原位實(shí)時(shí)模擬試驗(yàn)，最大限度地還原自然環(huán)境，探究溫度和CO2濃度升高對青稞生長發(fā)育以及產(chǎn)量構(gòu)成的影響，以期為青稞生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化策略的制定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年4?7月在西藏農(nóng)牧科學(xué)院4號(hào)試驗(yàn)地進(jìn)行（29°38'34″N，91°2'31″E，海拔3662m）。該地區(qū)年平均溫度7.4 ℃，年日照時(shí)數(shù)3000h，年平均降水量550mm，無霜期100～120d，屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為砂壤土，0?20cm土層有機(jī)質(zhì)含量20.3g·kg?1，全氮0.94g·kg?1，堿解氮77mg·kg?1，速效磷101.5mg·kg?1，速效鉀143mg·kg?1，pH為7.8。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

利用改良后的開頂式氣室（簡稱OTC）模擬氣候變化，經(jīng)田間測試發(fā)現(xiàn)，OTC氣室內(nèi)氣溫增幅日平均誤差可控制在±0.2℃以內(nèi)，CO2濃度增幅誤差可控制在±20μL·L?1以內(nèi)。OTC呈正六邊形菱柱狀，底面積約3.7m2，高2m，頂部為錐形口，收縮角度為45°，主體材料為透明聚碳酸酯板和不銹鋼框架，搭載加熱換氣裝置和CO2釋放裝置，由自動(dòng)感應(yīng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)OTC內(nèi)部溫度和CO2濃度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬，并實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)來保證模擬的準(zhǔn)確性，OTC示意圖見圖1，具體工作原理詳見文獻(xiàn)[12]。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試青稞為當(dāng)?shù)刂魍破贩N“藏青2000”，播種密度450萬株·hm?2。2017年4月10日機(jī)耕滅茬，耕深30cm，4月15日用漫灌方式灌水1次，4月17日播種，7月25日收獲。播前用農(nóng)家肥（腐熟羊糞）15000kg·hm?2、磷酸二銨150kg·hm?2、尿素72kg·hm?2、氯化鉀90kg·hm?2作為底肥深施，在拔節(jié)期和灌漿期分別追施尿素54kg·hm?2，各處理田間管理措施均一致。

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理：（1）對照（CK），無增溫和增施CO2措施；（2）增溫2℃（T2），氣室內(nèi)部溫度比大田動(dòng)態(tài)增加2℃；（3）增溫4℃（T4），氣室內(nèi)部溫度比大田動(dòng)態(tài)增加4℃；（4）增溫2℃+增施CO2（T2+CO2），保持氣室內(nèi)部溫度和CO2濃度分別比大田動(dòng)態(tài)增加2℃和100μL·L?1。每個(gè)處理3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)OTC之間相距6m，彼此之間無相互影響。其它施肥、病蟲害等田間管理保持一致。

氣室自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定為每5min自動(dòng)記錄氣室內(nèi)外溫度和CO2濃度。在青稞的整個(gè)生長季中，CK、T2、T4、T2+CO2相對于室外大田的日平均溫度分別增加0.7℃、2.1℃、3.6℃、2.3℃，控制溫度與目標(biāo)的差值均不超過0.4℃，溫度控制變幅除部分時(shí)段外均不超過0.6℃；CO2濃度控制的平均增加值為114.5μL·L?1，比試驗(yàn)要求的高14.5μL·L?1，但仍在設(shè)定的100±20μL·L?1范圍內(nèi)，達(dá)到試驗(yàn)要求。青稞生育期的月平均氣溫以及月平均CO2濃度見表1和表2。

圖1 OTC構(gòu)成俯視圖

注：1.主框架；2.頂框架；3.底框架；4.斜棱；5.固定腳；6.碳酸醋板；7.壓條；8.固定螺釘；9.探頭感應(yīng)系統(tǒng)；10.氣室內(nèi)溫濕度探頭；11.氣室外溫濕度探頭；12.氣室內(nèi)CO2探頭；13.氣室外CO2探頭；14.防輻射罩；15.防水罩；16.探頭線；17.加熱溫控；18.出口溫控；19.換氣加熱系統(tǒng)；20.左氣體釋放管；21.空壓軟管；22.罩管；23.左風(fēng)扇；24.右風(fēng)扇；25.加熱組件；26.空氣閥；27.CO2釋放閥；28.右氣體釋放管；29.自動(dòng)控制系統(tǒng)；30.風(fēng)扇控制模塊；31.加熱控制模塊；32.閥控制模塊；33.溫濕度感應(yīng)模塊；34.CO2感應(yīng)模塊；35.顯示屏；36.主控板；37.控制箱。

Note: l. Main frame. 2. Top frame. 3. Bottom frame. 4. Tilted arris. 5. Fix feet. 6. Polycarbonate sheet. 7. Patand. 8. Fix screw. 9. Sensor detecting system. 10. Temperature and humidity sensor inside chamber. 11. Temperature and humidity sensor outside chamber. 12. CO2sensor inside chamber. 13. CO2sensor outside chamber. 14. Radiation protection cover. 15. Water proof cover. 16. Sensor cable. 17. Temperature controller for heating. 18. Temperature controller for exit. 19. Air exchange system with heating. 20. Left gas release pipe. 21. Soft pipe for pressed air. 22. Covered pipe. 23. Left fan. 24. Right fan. 25. Heating module. 26. Solenoid valve for air. 27. Solenoid valve for CO2. 28. Right gas release pipe. 29. Automated control system. 30. Heating control module. 31. Heating control module. 32. Solenoid valve control module. 33. Temperature and humidity detecting module. 34. CO2detecting module. 35. Display screen. 36. Main control board. 37. Control box.

表1 試驗(yàn)期間各處理OTC中月平均氣溫（℃，平均值±均方差）

注：（1）CK：對照；（2）T2：氣室內(nèi)部溫度比大田動(dòng)態(tài)增加2℃；（3）T4：氣室內(nèi)部溫度比大田動(dòng)態(tài)增加4℃；（4）T2+CO2：氣室內(nèi)部溫度和CO2濃度分別比大田動(dòng)態(tài)增加2℃和100mL·L?1。

Note:(1) CK: control. (2) T2: the temperature inside the OTC is 2℃ higher than that of CK dynamically. (3) T4: the temperature inside the OTC is 4℃ higher than that of CK dynamically. (4) T2+CO2: the temperature and the CO2concentration in the OTC chamber increased by 2℃ and 100μL·L?1than that of CK dynamically, respectively.

表2 試驗(yàn)期間各OTC內(nèi)月平均CO2濃度（μL·L?1，平均值±均方差）

1.4 樣品采集與測定

播種后記錄青稞生育期，在成熟期每個(gè)處理選定長勢均勻的1m2樣方考種，測定穗數(shù)、株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重。灌漿期（7月13日）用LI?6400XT光合儀測定光合，收獲后采集耕層（0–15cm）土壤測定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮磷鉀、速效氮磷鉀和植株生物量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖處理，SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 增溫和CO2濃度升高對青稞生育期的影響

由圖2可以看出，不同處理的青稞生育期天數(shù)為92～99d，與CK相比，3個(gè)增溫處理（T2、T4和T2+CO2）中青稞的生育期縮短了5～7d。其中，CK處理的生育期最長（為99d），T4處理的生育期最短（為92d），T2和T2+CO2處理均為94d。各生育期具體表現(xiàn)為增溫處理中青稞均比CK處理提前2d出苗，且孕穗期和灌漿期縮短2～5d，因而整個(gè)生育期縮短。另外，T2與T2+CO2處理中青稞生育期基本一致，說明CO2增加對青稞的生育期長短影響不明顯。

圖2 不同處理主要生育期比較

2.2 增溫和CO2濃度升高對青稞光合作用的影響

由表3可見，增溫4℃（T4）處理葉片的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和水分利用效率（WUE）均最低，光合效率最差；其次為增溫2℃同時(shí)升高CO2濃度（T2+CO2）處理；單獨(dú)增溫2℃（T2）處理略低于對照（CK），但差異不顯著。說明氣溫升高4℃或升高2℃同時(shí)增加CO2濃度均會(huì)使灌漿期葉片的光合參數(shù)降低，而僅升高2℃不同時(shí)增加CO2濃度對葉片光合作用影響不明顯。

2.3 增溫和CO2濃度升高對土壤養(yǎng)分含量的影響

有機(jī)質(zhì)是土壤中氮、磷等各種營養(yǎng)元素的重要來源，具有保肥緩沖作用，是評價(jià)土壤肥力高低的一個(gè)重要指標(biāo)。從圖3可知，各處理的耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為14.03～22.00g·kg?1，與CK相比，T2、T4、T2+CO2處理均顯著降低了土壤耕層有機(jī)質(zhì)含量（P＜0.05），降幅為15.9%～20.2%，而T2、T4、T2+CO2處理間則差異不顯著。

表3 不同處理青稞灌漿期（7月13日）葉片光合參數(shù)的比較（平均值±均方差）

注：Pn、Tr、Gs、Ci、WUE分別為凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和水分利用效率，WUE= Pn/ Tr；小寫字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。下同。

Note：Pn,Tr,Gs,Ciand WUE are net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance, intercellular CO2concentration and water use efficiency, respectively. WUE= Pn/Tr. Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. The same as below.

圖3 不同處理土壤全量養(yǎng)分含量的比較

各處理土壤全氮、全磷含量分別在1.31～1.81g·kg?1、0.78～0.97g·kg?1，與CK相比，T2、T4、T2+CO2處理土壤耕層全氮和全磷含量有降低趨勢，但處理間差異不顯著；各處理土壤全鉀含量在15.50～17.50g·kg?1，處理間差異不顯著。

土壤速效鉀以水溶性鉀和交換性鉀為主，在短時(shí)期內(nèi)能被作物吸收利用，其大小可以反應(yīng)土壤為當(dāng)季作物的供鉀能力。由圖4可以看出，T2、T4、T2+CO2處理的土壤速效鉀顯著低于CK（P＜0.05）；土壤速效氮可反應(yīng)土壤短期內(nèi)供氮水平，在土壤耕層中含量最高，各處理的土壤速效氮含量介于13.76～16.26mg·kg?1，處理間差異不顯著；土壤中磷素利用率很低，其速效磷的高低影響著當(dāng)季作物的吸磷量，T2、T4、T2+CO2處理的土壤速效磷顯著高于CK（P＜0.05），由此可見，單獨(dú)增溫或者在增溫的同時(shí)升高CO2濃度有利于土壤中磷的活化，提高有效磷含量。

綜上所述，T2、T4、T2+CO2處理顯著降低了青稞地耕層土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量，速效磷含量顯著增加，對其它養(yǎng)分無顯著影響。T2與T4和T2+CO2之間差異均不顯著。

圖4 不同處理土壤速效養(yǎng)分含量的比較

2.4 增溫和CO2濃度升高對青稞農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由表4可見，增溫和CO2濃度升高處理對青稞的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素均有顯著影響。各處理的株高、穗長、干物質(zhì)量均表現(xiàn)為T2處理最高，顯著高于T4，其大小依次為T2＞T2+CO2＞CK＞T4。各處理對青稞的成穗數(shù)影響不明顯，T4處理的穗粒數(shù)顯著低于其它處理，其它處理間差異不顯著；CK處理的千粒重顯著高于其它處理，其它各處理間差異不顯著；與CK相比，T2、T4和T2+CO2各處理的產(chǎn)量分別下降31.4%、46.9%和39.4%，且CK顯著高于其它處理。各處理的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量大小依次為CK＞T2＞T2+CO2＞T4。

表4 不同處理青稞主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的比較

由此可見，增溫2℃雖然使青稞農(nóng)藝性狀（株高、干物質(zhì)量、穗長）有所提高，但出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，在增溫的基礎(chǔ)上增加CO2濃度對青稞的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素影響并不顯著，但增溫4℃嚴(yán)重影響青稞的正常生長和產(chǎn)量。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）增溫2℃和4℃處理（T2、T4、T2+CO2）縮短青稞生育期5～7d。其中，增溫4℃（T4）處理生育期最短，為92d，T2和T2+CO2處理94d。

（2）T4和T2+CO2處理顯著降低了青稞的光合作用，T2、T4、T2+CO2處理顯著降低了青稞的Pn、Tr和Gs。

（3）增溫和增加CO2濃度顯著降低了土壤耕層有機(jī)質(zhì)、速效鉀含量，提高了土壤速效磷含量。

（4）與CK相比，T2、T4和T2+CO2各處理青稞產(chǎn)量分別下降31.4%、46.9%和39.4%，增溫2℃使青稞農(nóng)藝性狀（株高、干物質(zhì)量、穗長）有所提高，在增溫的基礎(chǔ)上增加CO2濃度對青稞的影響并不顯著，增溫4℃嚴(yán)重影響青稞的正常生長和產(chǎn)量。

3.2 討論

有關(guān)增溫對作物生育期影響的研究有不同結(jié)果。有研究發(fā)現(xiàn)[13]，小麥整個(gè)生育期平均溫度每升高1℃，生育期將縮短7d左右。關(guān)于縮短的具體生育時(shí)期沒有一致的研究結(jié)果，有研究認(rèn)為主要縮短了生殖生長期[14]；也有研究認(rèn)為主要縮短了花前生育期，而花后的生育期基本保持不變[15?16]。增溫對青稞物候的研究在田間控制試驗(yàn)中還未見報(bào)道，本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，增溫4℃（T4）能夠縮短青稞生育期7d，增溫2℃（T2和T2+CO2）能縮短5d，與其它作物不同的是，增溫主要使青稞的苗期和灌漿期縮短，因而獲得較短的生育期。其主要原因是西藏青稞的種植時(shí)期是4月底，此時(shí)氣溫較低，升高溫度后青稞提前出苗，后期的營養(yǎng)生長階段是5、6月，氣溫較高，增溫對青稞生長無明顯影響，在灌漿階段（7月）氣溫開始下降，此時(shí)增溫又促進(jìn)了青稞的灌漿速率提高，從而縮短了灌漿時(shí)間。增溫的基礎(chǔ)上增加CO2濃度對青稞的生育期影響不明顯，有待后續(xù)研究。

CO2和溫度是作物生長過程中非常重要的兩個(gè)因子，眾多學(xué)者研究認(rèn)為[17?19]，溫度對作物光合作用的影響存在閾值，在閾值以下，作物的光合作用隨著溫度的增加而增加，超過一定的閾值會(huì)造成光合作用的降低或終止。一般來說，在當(dāng)前大氣CO2濃度水平上提高其濃度，會(huì)促進(jìn)作物的光合作用，CO2與溫度升高將綜合影響植物光合生產(chǎn)力。周寧等[19]研究發(fā)現(xiàn)，生長期平均增溫1℃使水稻生長前期各階段葉片Pn、Gs、Tr和WUE多呈增加趨勢，但至生長末期多呈相反趨勢；大氣CO2濃度增高200μmol·mol?1使水稻移栽61d后各階段凈光合速率和水分利用效率均大幅增加。也有報(bào)道指出，高溫使作物葉綠素含量下降，光合速率降低[20?22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增溫和增加CO2濃度對青稞的光合速率呈負(fù)面作用，由于增溫處理的青稞生育期提前，光合測定時(shí)（7月13日）處于灌漿后期，光合作用開始減弱，而CK尚處于灌漿初期，故CK處理的Pn、Tr、Gs、WUE最高。從增溫梯度看，增溫4℃（T4）對青稞生長的負(fù)面影響大于增溫2 ℃（T2），增溫4℃（T4）和增溫2℃同時(shí)升高CO2濃度（T2+CO2）處理顯著降低了青稞凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導(dǎo)度（Gs），單獨(dú)增溫2 ℃（T2）略低于對照（CK），但差異不顯著。

目前關(guān)于氣候變暖對土壤碳循環(huán)的影響研究結(jié)果大都表明，氣候變暖將提高有機(jī)質(zhì)的分解速率，導(dǎo)致土壤碳的缺失，野外短期增溫實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增溫主要引起土壤微生物群落的變化，往往增加了土壤呼吸，提高土壤酶活性，促進(jìn)土壤有機(jī)碳礦化[23]。潘新麗等[24]原位模擬增溫試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，林下空氣平均溫度增加0.42℃時(shí)，增溫1a后，0?10cm土層有機(jī)碳降低了8.69%，增溫2a后的降低幅度比增溫1a后有所緩解。本試驗(yàn)經(jīng)過短期的增溫處理（T2、T4、T2+CO2）后，土壤有機(jī)質(zhì)降低了15.9%～20.2%，降幅偏大，一方面由于試驗(yàn)增溫幅度較大，短期內(nèi)有機(jī)質(zhì)降低幅度更快，另一方面由于基礎(chǔ)土壤瘠薄，保肥能力較差，增溫后青稞吸取養(yǎng)分增加，促使有機(jī)質(zhì)降解加快?？傊?，試驗(yàn)時(shí)間過短，其機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

貝昭賢等[25]研究指出，短期增溫通過提高土壤磷酸酶活性進(jìn)而促進(jìn)土壤有機(jī)磷礦化和降低土壤微生物固磷量，從而增加土壤磷有效性，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。趙艷艷等[26]在模擬增溫對高山草甸土地養(yǎng)分影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，長期增溫后鉀的全養(yǎng)分含量降低，供應(yīng)鉀的潛在能力降低，本試驗(yàn)研究表明，短期青稞地增溫后，耕層土壤中速效鉀顯著降低。

氣候變暖使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加，作物產(chǎn)量波動(dòng)加大。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溫度升高將對作物產(chǎn)量起到負(fù)效應(yīng)[2]。Michael[27]也表示，溫度升高2℃將導(dǎo)致全球作物產(chǎn)量降低，其研究結(jié)果與本試驗(yàn)一致。關(guān)于CO2和溫度同時(shí)升高的綜合作用對農(nóng)作物產(chǎn)量影響方面的研究還不多，但從已有研究結(jié)果看，增溫和增加CO2濃度對水稻、大豆具有提高產(chǎn)量的趨勢。但本試驗(yàn)增加CO2濃度處理后，青稞的產(chǎn)量并未提高，可能是增溫的效應(yīng)大于增加CO2濃度的效應(yīng)。

氣候變化導(dǎo)致的溫度上升正在影響著脆弱的高原生態(tài)環(huán)境，西藏農(nóng)業(yè)嚴(yán)重依賴于氣候資源。本試驗(yàn)證明，溫度和CO2濃度升高不利于青稞的生產(chǎn)。

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Effects of Elevated Temperature and Carbon Dioxide Concentration on the Growth of Highland Barley

LIU Guo-yi1, XIE Yong-chun1, HOU Ya-hong1, LI Xue1, ZHANG Hua-guo1, WAN Yun-fan2

（1. Institute of Resources and Environment，Tibet Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Lhasa 850032, China； 2. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081）

Using open?top air chamber (OTC) to simulate the growth environment with elevated temperature and carbon dioxide (CO2)concentration, and taking simulated field environment as control (CK), through field in?situ simulation experiments, highland barley variety “Zang Qing2000” was observed under the environment of increasing temperature by 2℃(T2), 4℃ (T4)and 2℃ and increasing CO2concentration by 100μL·L?1(T2+CO2), and the changes of growth period, photosynthesis, agronomic traits and soil nutrients in the tillage layer of highland barley under climate change environment were analyzed. The results showed that the growth period of highland barley was shortened by 5?7 days under the warming treatment (T2, T4, T2+CO2). Among them, T4 treatment had the shortest growth period of 92d, and T2 and T2+CO2treatment had 94d. Photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (Tr) and stomatal conductance (GS) of highland barley leaves decreased significantly compared with CK during the warming treatment. Warming treatment significantly reduced the content of organic matter and available potassium and increased the content of available phosphorus in the soil tillage layer. Compared with CK, the yields of highland barley in T2, T4 and T2+CO2treatments decreased by 31.4 %, 46.9 % and 39.4%, respectively. Raising the temperature by 2℃ can improve the agronomic traits(plant height, dry matter quality and ear length) of highland barley, but increasing CO2concentration on the basis of raising the temperature has no significant effect on highland barley, and raising the temperature by 4℃ will seriously affect the normal growth and yield of highland barley.

Climate warming; Open top air chamber(OTC); Temperature rising; Increasing temperature 2℃; Increasing temperature 4℃; CO2concentration increasing; Highland barley; Tibet

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.09.002

2018?01?24

。E-mail:xieyongchun2008@163.com

西藏自治區(qū)重點(diǎn)科技計(jì)劃項(xiàng)目“氣候變化對西藏主要農(nóng)作物及其生長環(huán)境的影響與對策研究”；西藏自治區(qū)財(cái)政專項(xiàng)（麥類作物抗御季節(jié)性干旱技術(shù)研究）

劉國一（1979?），副研究員，從事農(nóng)業(yè)氣象和土壤肥料研究。E-mail:guoyiliu@qq.com

劉國一,謝永春,侯亞紅,等.溫度和二氧化碳濃度升高對青稞生長的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(9):567?574