【综述】作物对大气二氧化碳浓度升高生理响应研究进展
李彦生, 金剑, 刘晓冰
作物学报, 46(12): 1819-1830
摘要
文中的图
图2 C3植物卡尔文循环(黑色线条循环)和光呼吸(红色线条循环)
Fig. 2 Calvin cycle (black lines) and photorespiration (red lines)
示意图参考https://www.knowablemagazine.org/article/sustainability/ 2017/photosynthesis-fix。
图3 大气CO2浓度升高条件下C3作物(大豆)光合适应现象相关假说
研究展望
研究大气CO2浓度升高对植物(作物)生长影响的最主要目的是提高作物产量, 保障不断增加的全球人口粮食安全。如果我们可以完全发挥大气CO2浓度升高对作物特别是对C3作物产量的促进作用, 在2050年大气CO2浓度达到550 µmol mol–1时作物产量可以提高15%左右, 那么对于全球新增的近30亿人口来说意义重大[17]。作物产量和品质对气候变化的响应受到基因型差异的影响, 这是同种作物对气候变化的响应存在较大变异的基础。目前关于气候变化对作物产量形成影响的研究还没把这方面工作放到重要位置。历史上的作物品种选育工作很可能不自觉地利用了大气CO2浓度升高所带来的产量促进作用, 那么在较低大气CO2浓度下选育的年代久远的品种是否在未来气候条件下具有更大的增产潜能呢?能否在同种作物中找到某些更加适应高大气CO2浓度的优势基因?
开展大气CO2浓度升高对植物(作物)生长发育影响的机理机制研究工作可以让我们了解作物高产的潜在可能, 但对于预测未来作物产量变化还远远不够。未来的作物生产受大气CO2浓度不断升高影响的同时还会受到大气温度不断攀升, 极端高温气候事件频发, 大尺度的降雨带迁移造成部分地区干旱(洪涝)加剧以及大气O3浓度不断增加等多因子的交互影响。应该针对我国不同地区气候变化特点, 开展多气候因子对作物生长发育的影响研究可以更加准确判断未来作物生产变化趋势。例如, 在本底温度较低的东北地区开展大气CO2浓度和温度升高的交互作用试验评估该地区水稻、玉米和大豆的增产潜能; 在西北干旱区开展大气CO2浓度升高和不同灌溉水平的交互作用试验为该地区未来节水农业发展提供理论参考; 在东部沿海地区不同季节O3浓度变化大的特点开展大气CO2浓度和O3浓度升高的交互试验评估环境变化对该区的作物产量和品质的影响。这些都是未来我们需要关注的研究方向。