水限制環(huán)境CO2與施氮交互作用對(duì)春小麥水分利用效率的影響

李 裕，齊 月，王小恒，朱青青，岳 平，張 強(qiáng)

(1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅省高校環(huán)境友好型復(fù)合材料及生物質(zhì)利用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730030；2. 中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730020；3. 西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)院，蘭州 730030)

水資源限制環(huán)境區(qū)域是指包括干旱、半干旱和半濕潤(rùn)區(qū)(統(tǒng)稱為旱地)在內(nèi)，約占全球土地面積50%的地區(qū)[1]，僅我國(guó)干旱、半干旱區(qū)土地面積高達(dá)243萬(wàn)km2。隨著全球變暖和陸地生態(tài)系統(tǒng)可能增加的干旱程度，預(yù)計(jì)本世紀(jì)末全球旱地面積還將增加11%～23%[2]。干旱是限制農(nóng)作物生產(chǎn)最主要的因素之一，尤其在水資源限制地區(qū)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響更為突出[3-4]，如何有效應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)干旱成為這些地區(qū)亟待解決的問(wèn)題。

水分利用效率作為衡量作物干旱適應(yīng)性、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境污染程度等方面的重要指標(biāo)，長(zhǎng)期以來(lái)受到高度關(guān)注[4-6]。近年來(lái)，不少農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究尤其關(guān)注水分利用率、氮利用效率，以及糧食產(chǎn)量和質(zhì)量等的協(xié)同改進(jìn)[7-9]。Wang等[10]收集并分析了1950—2017年間有關(guān)施氮對(duì)中國(guó)小麥產(chǎn)量及氮肥利用率影響的文獻(xiàn)報(bào)道，發(fā)現(xiàn)施氮雖然在我國(guó)西北、華北地區(qū)，甚至南方地區(qū)顯著提高了小麥產(chǎn)量，但僅在中國(guó)年平均降水量大于800 mm的地區(qū)，表現(xiàn)出小麥產(chǎn)量增加幅度最大的施氮肥效。Hochman等[11]估計(jì)，由于缺氮引起的作物對(duì)有限水資源低效率利用，導(dǎo)致澳大利亞農(nóng)業(yè)潛在產(chǎn)量可能存在40%上升空間仍未實(shí)現(xiàn)。不僅如此，氮素水平和水分條件直接影響小麥產(chǎn)量和干物質(zhì)積累，干旱脅迫條件下，增施氮肥還導(dǎo)致小麥產(chǎn)量和品質(zhì)下降[11]。依據(jù)張健等[12]研究發(fā)現(xiàn)，全球變暖會(huì)增加作物無(wú)效蒸發(fā)，導(dǎo)致作物生物量積累和產(chǎn)量的水分利用效率降低。并且，全球變暖將進(jìn)一步導(dǎo)致干旱發(fā)生頻率增加和持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，增加了糧食生產(chǎn)的需水量[13]，加劇了社會(huì)水資源緊張現(xiàn)狀。因此，探索提高糧食產(chǎn)量水分利用率的途徑，尤其在水資源限制地區(qū)，是應(yīng)對(duì)氣候變化的當(dāng)務(wù)之急。

目前農(nóng)業(yè)施氮實(shí)踐和全球變暖背景下，未來(lái)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將包括土壤中氮濃度升高和大氣CO2濃度升高，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響[14-15]。雖然不斷升高的大氣CO2濃度有望促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)，然而，增加的CO2和氮供應(yīng)對(duì)植物的綜合影響目前仍不甚明確。不同CO2水平(400、700 μmol·mol-1和1 400 μmol·mol-1)以及3種氮水平(3、6 g·m2和12 g·m2)控制條件下生長(zhǎng)的C3作物豌豆(PisumsativumL.)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高CO2(700 μmol·mol-1和1 400 μmol·mol-1)與氮交互作用對(duì)豌豆生長(zhǎng)的水分利用效率、地上生物量、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度等參數(shù)都有顯著影響，證明豌豆的CO2生理反應(yīng)對(duì)氮供應(yīng)具有高度依賴性[16]。模擬CO2濃度升高(760 μmol·mol-1)試驗(yàn)環(huán)境條件下，增施氮肥能提高小麥葉片蒸騰速率、瞬時(shí)水分利用效率和光合作用速率，且葉片氣孔導(dǎo)度與瞬時(shí)水分利用效率、蒸騰速率和光合作用速率顯著正相關(guān)[17]。不僅如此，CO2富集實(shí)驗(yàn)[18-19]、生態(tài)系統(tǒng)模型、同位素分析[20-22]等研究，有力支持了作物水分利用效率隨大氣CO2濃度增加而增加的結(jié)論。不僅如此，農(nóng)業(yè)試驗(yàn)也證實(shí)了作物水分利用效率一定程度上受到氮營(yíng)養(yǎng)限制[23]，而CO2濃度與氮素對(duì)作物水分利用率交互作用的影響尚需探索。

因此，本研究采用中國(guó)氣象局定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境野外試驗(yàn)基地的開頂式氣室(OTC)系統(tǒng)平臺(tái)，在模擬大氣CO2濃度升高與不同施氮水平的環(huán)境條件下，以春小麥為研究對(duì)象，探求大氣CO2濃度升高與不同施氮水平交互作用對(duì)春小麥水分利用率的影響，為半干旱水資源限制區(qū)應(yīng)對(duì)氣候變化提高小麥水分利用效率探索新的技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在中國(guó)氣象局定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地進(jìn)行，該基地位于甘肅省定西市安定區(qū)(104°37′E，35°35′N，海拔1 896.7 m)，屬于黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，是我國(guó)典型的水資源限制區(qū)域。該區(qū)年平均氣溫6.7℃，年日照時(shí)數(shù)2 433.0 h，年太陽(yáng)總輻射為5 923.8 MJ·m-2；年降水量386 mm，且分布不均勻，全年降水量的50%～70%集中在6—8月。供試土壤為黃綿土，土質(zhì)疏松，易耕作，保水保肥能力差，在蒸發(fā)較大時(shí)，土壤易受干旱威脅。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

春小麥試驗(yàn)品種為‘定西40號(hào)’，于2011年3月25日播于直徑28 cm、高30 cm的圓柱形塑料桶中，每桶裝土13 kg，播種100粒，出苗后每桶定苗20株。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為雙因素(CO2濃度升高和施氮肥)[24-25]，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)，其中1個(gè)重復(fù)專門用作試驗(yàn)過(guò)程中土壤水測(cè)定。播種前0～20 cm 土層土壤養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)72.0 mg·kg-1，全氮82.4 mg·kg-1，水解氮33.6 mg·kg-1，全磷26.8 mg·kg-1，速效磷5.54 mg·kg-1。

CO2濃度處理利用開頂氣室(Open-Top Chambers，OTC)實(shí)現(xiàn)。開頂式氣室設(shè)計(jì)為正八邊形，直徑為6 m，邊長(zhǎng)2.15 m，高度2.5 m，底面積9.7 m2，頂部向內(nèi)收縮(圖1)。試驗(yàn)基地共有4個(gè)OTC試驗(yàn)裝置，OTC與OTC之間間隔20 m，以防止CO2釋放對(duì)其他圈CO2的濃度造成影響。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)OTC氣室模擬氣體質(zhì)量濃度智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣室內(nèi)指定氣體質(zhì)量濃度的遠(yuǎn)程控制。CO2濃度監(jiān)控采用芬蘭維莎拉CARBOCAP的CO2探頭GMP343，CO2濃度監(jiān)測(cè)范圍為0～1 000 μmol·mol-1。

圖1 開頂式氣室(OTC)Fig.1 Open-top chambers(OTC)

根據(jù)對(duì)未來(lái)大氣CO2濃度升高預(yù)測(cè)的結(jié)果，試驗(yàn)在3個(gè)OTC內(nèi)分別設(shè)計(jì)CO2濃度升高0、90 μmol·mol-1和180 μmol·mol-1。根據(jù)當(dāng)?shù)氐适┯盟?，施肥處理?個(gè)OTC內(nèi)均設(shè)置對(duì)照(N0，0 kg·hm-2)、低肥(N1，135 kg·hm-2)、中肥(N2，225 kg·hm-2)、高肥(N3，315 kg·hm-2)和超高肥(N4，405 kg·hm-2)5個(gè)水平，每處理6個(gè)重復(fù)，其中1個(gè)重復(fù)專門用作試驗(yàn)過(guò)程中土壤水測(cè)定。N肥60%作基肥，40%在返青期作追肥。待春小麥長(zhǎng)至三葉期時(shí)開始晝夜不間斷通CO2至收獲。

每個(gè)施氮水平下，磷(P2O514%)、鉀(KCl)均作為基肥，施用量為120 kg·hm-2。各處理春小麥全生育期灌水量相同，灌水量以試驗(yàn)土壤含水量維持在田間持水量的70%左右為標(biāo)準(zhǔn)，小麥成熟期和后期的含水量維持在田間持水量的60%左右。各生育時(shí)期的降水量為：播種至出苗期9.4 mm、苗期至拔節(jié)期5.5 mm、拔節(jié)至開花期8.2 mm、開花至成熟期7 mm，總計(jì)40.1 mm。

試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)春小麥各生育期葉片光合作用速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度指標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，收獲期按處理和重復(fù)分類隨機(jī)抽取10～15株樣品貯于聚乙烯袋中，測(cè)定各處理總干物質(zhì)量(生物量)、千粒重和籽粒產(chǎn)量等。

1.2 研究方法

1.2.1 土壤樣品與水分測(cè)定方法 土壤水分用烘干法測(cè)定[24]。試驗(yàn)開始從田間用土鉆取樣，試驗(yàn)期間根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)在專門為土壤水分測(cè)定設(shè)計(jì)的桶中取土樣。所取土樣裝入鋁盒，重復(fù)3次。在室內(nèi)稱量鋁盒加濕土的質(zhì)量W濕，放入烘箱中在105℃下烘至恒重(12 h)測(cè)定鋁盒和烘干土的重量W干。參照下式計(jì)算土壤含水量：土壤含水量(%)=(W濕-W干)/(W干-W)×100%。式中，W濕為濕土和鋁盒重(g),W干為干土和鋁盒重(g),W為鋁盒重(g)。體積含水量(%) =重量含水量(%) ×土壤容重(g·cm-3)。

1.2.2 計(jì)算方法 水分利用率為單位面積單位耗水量的籽粒產(chǎn)量或總干物質(zhì)量(生物量)。水分利用效率WUE計(jì)算公式如下：

WUE=Y(BM，QLZ)/[P+I-(We-Wi)][24-26]

式中,Y為籽粒產(chǎn)量，BM為生物量，QLZ為千粒重，P為降雨量，I為灌溉量，Wi為初始土壤含水量，We為生育期末土壤含水量。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，使用Excel 2013和Origin 9.0進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)分析與制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2與氮交互作用對(duì)小麥產(chǎn)量水分利用率的影響

CO2濃度與氮交互作用顯著影響了春小麥產(chǎn)量的水分利用率(P<0.05，圖2)。在大氣CO2濃度升高 0 μmol·mol-1處理環(huán)境下，小麥產(chǎn)量的水分利用率與施氮量之間存在曲線回歸關(guān)系：y=-2.51x2+19.36x-1.87(R2=0.7331)，尤以高氮315 kg·hm-2處理?xiàng)l件下，小麥產(chǎn)量的水分利用率最高，為38.97 kg·mm-1·hm-2，比對(duì)照提高了194.0%。亦即在目前的大氣CO2濃度環(huán)境下，提高春小麥產(chǎn)量水分利用率的最佳施氮量應(yīng)為315 kg·hm-2。

圖2 CO2濃度與施氮交互作用對(duì)春小麥產(chǎn)量水分利用率的影響Fig.2 Water use efficiency of spring wheat yield in response to CO2 concentration and nitrogen level

但在模擬氣候變化CO2濃度升高90 μmol·mol-1環(huán)境條件下，低肥135 kg·hm-2、高肥315 kg·hm-2和超高肥405 kg·hm-2處理，小麥產(chǎn)量的水分利用率比對(duì)照分別下降了29.4%、46.7%和15.7%。同樣，CO2濃度升高180 μmol·mol-1的環(huán)境條件下，低肥、高肥和超高肥處理，小麥產(chǎn)量的水分利用率比對(duì)照分別下降13.4%、31.0%和7.8%。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，CO2濃度升高90 μmol·mol-1環(huán)境下，施氮量中肥水平225 kg·hm-2更有利于提高春小麥產(chǎn)量水分利用率。而在CO2濃度升高180 μmol·mol-1的環(huán)境條件下，不同施氮水平之間小麥產(chǎn)量的水分利用率無(wú)顯著差異(P>0.05)。因此，從提高春小麥產(chǎn)量水分利用率的角度出發(fā)，在氣候變化CO2濃度升高背景下，未來(lái)水資源限制地區(qū)春小麥生產(chǎn)，應(yīng)視CO2濃度升高幅度及施氮量與春小麥產(chǎn)量水分利用率之間關(guān)系，在目前施氮水平基礎(chǔ)上適度調(diào)整氮肥投入，以達(dá)到提高春小麥產(chǎn)量水分利用率的目的。

2.2 CO2與氮交互作用對(duì)小麥生物量水分利用率的影響

CO2濃度升高條件下，不同施氮處理對(duì)春小麥生物量水分利用率的影響如圖3。CO2濃度升高與施氮交互作用對(duì)春小麥生物量水分利用率有顯著影響(P<0.05)。在升高0 μmol·mol-1大氣CO2濃度條件下，春小麥生物量的水分利用率與施氮量之間存在曲線回歸關(guān)系：y=-2.84x2+23.42x+16.57，以高肥(315 kg·hm-2)處理環(huán)境春小麥生物量的水分利用率最高，達(dá)到67.44 kg·mm-1·hm-2，與對(duì)照相比提高了97.6%。CO2濃度升高90 μmol·mol-1環(huán)境條件下，中肥(225 kg·hm-2)和超高肥(405 kg·hm-2)處理使春小麥生物量水分利用率與對(duì)照相比分別提高了10.4%和10.8%，但低肥(135 kg·hm-2)和高肥(315 kg·hm-2)處理使春小麥生物量水分利用率不同程度地下降。

圖3 CO2濃度與施氮交互作用對(duì)春小麥生物量水分利用率的影響Fig.3 Water use efficiency of spring wheat biomass in response to CO2 concentration and nitrogen level

在CO2濃度升高180 μmol·mol-1環(huán)境條件下(圖3)，不同施氮處理使春小麥生物量水分利用率不同程度地提高，低肥(135 kg·hm-2)、中肥(225 kg·hm-2)、高肥(315 kg·hm-2)和超高肥(405 kg·hm-2)處理下春小麥生物量水分利用率與對(duì)照相比分別提高了5.9%、26.0%、6.5%和20.6%。說(shuō)明CO2濃度升高180 μmol·mol-1環(huán)境下，增施氮有利于春小麥生物量的積累，以中肥(225 kg·hm-2)和超高肥(405 kg·hm-2)處理春小麥生物量提高幅度較明顯。

2.3 CO2與氮交互作用對(duì)小麥千粒重水分利用率的影響

CO2濃度升高與施氮交互作用對(duì)春小麥千粒重水分利用率無(wú)顯著影響(圖4，P>0.05)。在大氣的CO2濃度升高0 μmol·mol-1環(huán)境條件下，施氮處理使春小麥千粒重水分利用率相比對(duì)照有不同程度提高。

圖4 CO2濃度與施氮交互作用對(duì)春小麥千粒重水分利用率的影響Fig.4 Water use efficiency of thousand grain weight of spring wheat in response to CO2 concentration and nitrogen level

CO2濃度升高90 μmol·mol-1與施氮增加處理交互作用使春小麥千粒重水分利用率不同程度下降，尤以高肥(315 kg·hm-2)和超高肥(405 kg·hm-2)處理影響程度較大，使春小麥千粒重水分利用率與對(duì)照相比分別下降了16.2%和12.3%。CO2濃度升高180 μmol·mol-1環(huán)境下，低肥(135 kg·hm-2)、中肥(225 kg·hm-2)、高肥(315 kg·hm-2)和超高肥(405 kg·hm-2)處理使春小麥千粒重水分利用率與對(duì)照相比分別下降了14.9%、22.9%、15.1%和21.3%。因此，未來(lái)CO2濃度升高情況下，增施氮肥反而會(huì)引起春小麥千粒重水分利用率的下降。

3 討 論

盡管全球變暖可能持續(xù)地增加全球旱地面積[2]，但旱地具有應(yīng)對(duì)氣候變化增加糧食產(chǎn)量的巨大潛力，事關(guān)糧食安全的重大關(guān)切[13]，由此提升了水限制環(huán)境旱地在未來(lái)社會(huì)生態(tài)的重要性。而旱地糧食產(chǎn)量增加的關(guān)鍵在于如何調(diào)控水分與養(yǎng)分相互作用過(guò)程，目前此方面的研究文獻(xiàn)報(bào)道很少，如Markus等[16]發(fā)現(xiàn)，高濃度CO2與氮交互作用通過(guò)調(diào)控豌豆蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度等生理參數(shù)，從而對(duì)豌豆產(chǎn)量和地上生物量水分利用效率造成顯著影響。

本研究模擬CO2濃度升高與增加施氮量的雙因素春小麥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，盡管CO2與氮交互作用顯著地改變了春小麥產(chǎn)量水分利用率(P<0.05)，卻只有在CO2濃度升高0 μmol·mol-1與高氮施肥處理315 kg·hm-2組合條件下，春小麥獲得最高產(chǎn)量水分利用率38.97 kg·mm-1·hm-2，并相比對(duì)照增加了194.0%，可能是因?yàn)楦叩幚磉m宜的土壤營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，在一定程度上協(xié)調(diào)了小麥的水肥關(guān)系，提高了小麥莖葉滲透調(diào)節(jié)能力和氣孔調(diào)節(jié)能力，增加了葉片凈光合速率和水分利用效率[27]。

而在90 μmol·mol-1和180 μmol·mol-1CO2濃度升高環(huán)境條件下，除中肥225 kg·hm-2處理外，CO2與其他施氮處理交互作用造成了春小麥產(chǎn)量水分利用率不同程度地下降，尤其是高肥315 kg·hm-2施氮處理，使春小麥產(chǎn)量的水分利用率相比對(duì)照分別下降了46.7和31.0%。根據(jù)前人的單因素試驗(yàn)結(jié)果，CO2濃度升高對(duì)春小麥葉片光合作用的正效應(yīng)[27-28]，與CO2濃度升高引起的氣孔導(dǎo)度降低效應(yīng)[29]、蒸騰作用減小效應(yīng)[30]，以及高氮處理對(duì)小麥作物蒸散量降低效應(yīng)[28]，削弱了水分脅迫對(duì)小麥光合作用產(chǎn)生的抑制作用，說(shuō)明單因素CO2濃度升高或高氮處理環(huán)境的獨(dú)立作用都提高了小麥產(chǎn)量的水分利用率。相反，90、180 μmol·mol-1CO2濃度升高和增加氮肥處理交互作用卻降低了小麥產(chǎn)量水分利用率。類似研究發(fā)現(xiàn)，高CO2濃度與氮缺乏協(xié)同作用使小麥葉光合能力顯著降低，并且，CO2濃度升高與增施氮交互作用對(duì)提升小麥葉片光合能力的影響也不顯著[31]。另有文獻(xiàn)也報(bào)道增施氮肥與400 μmol·mol-1和600 μmol·mol-1CO2兩種處理的人工楊樹林中，氮肥增加處理對(duì)楊樹冠層葉片光合作用，無(wú)論長(zhǎng)期影響或短期影響都沒(méi)有顯著差異[32]。由此推測(cè)，90、180 μmol·mol-1CO2濃度升高與氮增加交互作用可能對(duì)小麥光合作用造成負(fù)面影響，不利于營(yíng)養(yǎng)器官中的碳水化合物和氮素向籽粒轉(zhuǎn)移[17]，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量水分利用效率的降低。

同理，春小麥千粒重水分利用率在CO2濃度升高90 μmol·mol-1和180 μmol·mol-1與施氮處理環(huán)境下應(yīng)該呈現(xiàn)不同程度下降。本研究發(fā)現(xiàn)，CO2濃度升高180 μmol·mol-1環(huán)境下，低肥(135 kg·hm-2)、中肥(225 kg·hm-2)、高肥(315 kg·hm-2)和超高肥(405 kg·hm-2)處理使春小麥千粒重水分利用率相比對(duì)照分別下降了14.9%、22.9%、15.1%和21.3%，這也證實(shí)了推測(cè)的正確性。

從春小麥生物量水分利用率試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，CO2濃度升高0、90 μmol·mol-1和180 μmol·mol-1與氮增加交互作用，不同程度地增加了春小麥生物量積累，也不同幅度地提高了其生物量水分利用率。一方面，CO2濃度本身具有肥效及促進(jìn)春小麥葉片光合作用的正效應(yīng)[27-28]，同時(shí)還具有降低氣孔導(dǎo)度和減小蒸騰作用的效應(yīng)[29-30]；另一方面，高氮處理具有降低蒸散量的效應(yīng)[28]。因此，總體來(lái)看，CO2濃度升高與氮增加交互作用有可能削弱水限制環(huán)境小麥生長(zhǎng)的水分脅迫作用，提高小麥生物量及其水分利用率。本研究還表明，在CO2濃度升高90 μmol·mol-1環(huán)境條件下，低肥(135 kg·hm-2)和高肥(315 kg·hm-2)處理使春小麥生物量水分利用率不同程度地下降。究其原因，可能低氮或氮脅迫條件下，植株有限利用光合產(chǎn)物的反饋?zhàn)饔靡鸸夂献饔脺p弱，導(dǎo)致低氮處理?xiàng)l件下生物量及其水分利用率并未增加[10]，但高肥處理為什么引起生物量水分利用率下降，其原因尚不清楚。事實(shí)上，在本試驗(yàn)處理環(huán)境下，即便是低肥(135 kg·hm-2)處理也不足以產(chǎn)生氮脅迫問(wèn)題，因此，CO2濃度升高90 μmol·mol-1與低肥和高肥處理造成生物量水分利用率下降的原因還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

模擬CO2濃度升高與氮增加處理交互作用顯著改變了春小麥產(chǎn)量和生物量水分利用率(P<0.05)，并且顯著影響了水資源限制環(huán)境下小麥營(yíng)養(yǎng)器官中的碳水化合物和氮素向籽粒轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量水分利用效率降低。而CO2濃度升高對(duì)春小麥葉片光合作用的正效應(yīng)、對(duì)葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰作用的降低效應(yīng)，與高氮處理的蒸散量降低效應(yīng)，共同提高了水資源限制環(huán)境下春小麥生物量積累及其水分利用率。因此，未來(lái)氣候變化CO2濃度升高背景下，水限制環(huán)境春小麥生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)CO2濃度升高幅度調(diào)控氮肥投入。在大氣CO2濃度升高90 μmol·mol-1環(huán)境條件下，從提高春小麥產(chǎn)量和生物量水分利用率角度看，水限制環(huán)境春小麥?zhǔn)┑恳?25 kg·hm-2為宜；若未來(lái)大氣CO2濃度升高到180 μmol·mol-1，水限制環(huán)境春小麥生產(chǎn)應(yīng)在當(dāng)前施氮水平基礎(chǔ)上減少投入。本結(jié)果可為水資源限制地區(qū)春小麥生產(chǎn)應(yīng)對(duì)氣候變化提供新的技術(shù)途徑。

致謝：對(duì)周勇和余杰在試驗(yàn)研究過(guò)程中認(rèn)真而辛勤的工作，表示特別致謝！