全 文 ：第 11卷 第 2期
2 0 0 3年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VoI．11 NO．2
April， 2003
cO2浓度升高与气候变化对农业的影响研究进展*
白莉萍
(中国科 学院植物研 究所植被数量 生态学重点实 验室 北京 100093)
林 而达
(中国农业科学院农 业气象研究所 北 京 100081)
摘 要 全球气候变化过程加剧。阐述了CO2浓度升高及气候变化对农业的影响，包括 CO2浓度升高对作物生
产 力的影响 ，C02浓度 与温度 升高相互影 响 以及 cch浓度 与水 分利 用之 间相 互影 响。研 究表 明随 cch浓度 的升
高 ，作物 生产力如生 物量、经 济产量 以及水分利 用效 率均将 有所提 高 ，但 高温对 作物 生产 力可 能产 生不利 影 响，并
指 出今后研 究重点。
关键词 cch浓度增加 气候变化 农业影响
The effects of 0D2 concentration enrichment and climate change Oil the agriculture． BAI Li—Ping(Laboratory of Quan—
titative Vegetation Ecology，Institute of Botany，Chinese Academy of Sciences，Beiing 100093)，LIN ErDa(Institute
of Agrometeorology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081)，CJEA，2003，11(2)：132～134
Abstract The paper shows the advances of efects of CO2 enrichment and climate change on the agriculture inside and
outside the country including the impacts of elevated cch on crop productivity，interactive effects of temperature increase
and atmospheric C02 concentration，and interactive efects of water availability and atmospheric cch concentration．The
study shows that the crop productivity，such as economical yidds and biomass，and watel"utilization efficiency，increases
with COs concentration increase，but high temperature may have negative effect on the crop prod uctivity．The efects of
cch enrichment and climate change should need further research．
Key words CO2 concentration enrichment，Climate change，Efects on agriculture
目前全球气候变化过程加剧，并 日益引起国际社会的普遍关注 ，气候变化对作物产量的影响由于作
物种类、品种、土壤条件、其他环境因子、co2对作物的影响以及作物适应能力不同而存在差异。IPCC对农
业影响的估测表明，气候变化会造成全球收益的微小波动，许多发达国家具有正效应，而发展中国家正效应
很小 ，甚至产生负面影响。若全球年均气温升高几度或更高，粮食供给能力的增长将滞后于需求增长，进而
影响粮食价格上涨 。
1 Co：浓度升高对作物生产力的影响
目前关于 cO2浓度升高对作物生产力的影响研究报道较多，如大气中 C02浓度升高会提高碳水化合物
转化效率，作物产量将增加 30％左右。而 C02浓度升高产生的正效应只有在光照、水分、营养状况等条件满
足时才能体现，C3作物产量将因此约提高20％～45％，C4作物可提高0％～10％ ，显然 C3作物增产潜力
明显大于 C4作物。目前试验普遍采用控制环境中 C02浓度倍增一步到位的方法，而自然生态系统和作物
农田却经历的是大气 CO 浓度逐步增加的过程。较为接近大田状况的 FACE(译为自由空气中 CO 浓度增
加 )试验 中当 C02浓度为 550mg／kg时，叶面积增加及果实保 留期延长 ，棉花产量提高 37％～48％；水分满足
下春小麦产量增加 8％～12％，而 N肥和灌溉均能满足时2个生长季总产量提高 15％～16％[1 。FACE试
验中cO2浓度为 600mg／kg时多年生牧草干物质量增加 7％，单种多年生豆科植物增加 17％。高 C02浓度
下草一三叶草混种中豆科植物比例显著增加。目前 FACE大田数据获取很少，故 CO，浓度升高对诸如干物
质量、产量等方面影响尚有待更多实地研究。
*国家重点基础研究(973)发展规划项 目(G1999043404)和国家自然科学基金重大项 目(39899370—3)共同资助
收稿 日期 ：2002—03—31 改 回日期 ：2002—05—05
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第 2期 白莉萍等 ：C()2浓度 升高与气候变化 对农业的影响 研究进展 133
2 Co，浓度与温度升高相互影响
CO，浓度与温度升高将综合影响 c 植物光合生产力，且温度升高时 CO 浓度增加对光合生产力正效
应更大 。若全球夜间平均温度升高 ，则刺激暗呼吸可使作物 C损失量增加 。但 CO 与温度升高相互影
响 ，暗呼吸与光合作用 比率长期接近一个常数 。CO2浓度增加对小麦产量的影响主要是增加分蘖数⋯ ，即
通过刺激早期分蘖形成和存活增加穗粒数 。高温促进分蘖并产生无效分蘖 ，一般小麦粒重 、籽粒成熟率及饱
满度将随 CO2浓度增加而增加，但高温却抵消这些贡献，特别是异常高温所致的不育 。温度与 cO2浓度
升高对麦穗及产量的相互影响是 复杂的 ，且因光 、N 素及水分供应水平不 同，二者互作效 应年际间差异 明
显 ]。适宜温度内cO，浓度倍增可使水稻产量提高 30％，抽穗天数却减少 5％～10％；若温度>26℃时其
生育期缩短和花不育，每升高 1℃则水稻产量下降 10％。尤其花期出现极端高温(36．5"C以上)时，cO2浓度
升高对水稻产量的影响甚至是负效应，大豆也有类似报道。有些作物系统在较冷生长季中却随温度增加物
候发育加速及播种期提早，可能使籽粒灌浆期有所前移，由此部分抵消高温所带来的不利影响，这些推论尚
需生产中进一步证实。
3 Co 浓度升高与水分利用相互影响
CO 浓度增加对叶表面气孔开闭有重要影响 ，研究表明环境 CO2浓度倍增 时 植物和 C4植物气孔空
隙可减少 40％，蒸腾 减少 23％ ～46％。且 CO，浓 度升高 降低气 孔导 度 ，气孔 阻抗影 响光合 作用 相应 较
小 ，但气孔导度会随温度上升而有所变化 ，即 26℃温度时且伴随 CO，浓度升高可减少大 田水稻季节蒸散
量 15％，但温度升至 29．5℃时蒸散量则增加 20％。另有研究表明棉花和春小麦 N肥供应充足时，cO 浓度
升高对每单位土地面积的蒸散影响较小，而对高草草原 Cd类植物 日蒸散量下降较大(一22％)，且玉米水分
大幅减少 ，但对干旱半干旱地区常受水分胁迫的植物生长有利。FACE春小麦试验 中 CO 浓度为 550mg／kg
时 ，水分胁迫下作物水分利用效率增加 15％～24％；水分满 足时水分利用效率增加 13％～18％ ，而水 分
适度胁迫时作物产量提高21％～25％。适宜温度下 cO，浓度倍增使水稻水分利用效率约提高 50％。但温
度上升超过适宜范围时，水分利用效率增加则明显减缓。常处于水分胁迫的 作物和 Cd作物，因水分利用
效率增加导致其生产力提高 ，是对 CO 浓度升高的主要反应 ，气候(温度、降雨 )变化与 CO 浓度升高之
间相互影响可能导致土壤水分发生变化，反之，则影响水分和营养关系。故应深入研究 cO 浓度升高、高温
及降雨量之间相互影响。
目前我国冬小麦种植北界仅限于长城和华北北缘以南，由于气候变化，高纬度的东北、西北地区可能比
其他地区增温明显，如东北地区 1961～1990年平均气温为5．25℃，1995～1998年平均气温增加 1．38℃，这
种热量变化为冬小麦种植北扩西延(从辽宁省大连推至沈 阳地区 ，特别是东北一些河滩地 、湿地及积雪深厚
地区)提供 了有利条件 ，同时因温度升高 ，蒸散加大 ，某些地方 降雨减少 ，消耗量加大 ，可能造成 小麦产 量降
低。张厚埴和高素华等学者认为，未来气候变暖将有利于水稻生产的发展，但因夏季高温的影响稻米质量可
能变差；而林而达、金之庆、张宇等学者则认为大气 cO，浓度倍增，水稻主产区热量资源趋于丰富，但温度升
高使作物发育速率加快，生育期缩短，若品种和播种、移栽期不变，水稻产量将下降。cO 浓度升高时水稻籽
粒淀粉容量将有所增加，而对人体营养很重要的Fe和 zn浓度则降低，且温度和 CO 浓度均升高下籽粒蛋
白质含量减少，对谷物品质影响的研究应进一步深化。张厚碹认为未来气候变暖对玉米生产有利，可使玉米
品种趋向晚熟并发展多熟制；李玉娥则预测 cO 浓度倍增，我国北方春玉米和夏玉米生产潜力可分别提高
7．1％～14．8％和 8．6％～21．2％。但也有研究指 出，气候变化对我 国玉米生产 的影响弊大于利 ，玉 米总产
量将减少 3％～6％。 目前我 国气候变化对农业的影响研究 尚停留在统计 预测及模拟模 型上 ，而基于试验基
础的求证却较少。王修兰等学者采用半封闭式同化箱测量装置测定盆栽大豆于 700mg／kg、500mg／kg和
350mg／kg C02浓度下生物量与经 济产量结果 表明，700mg／kg比 350mg／kg CO2浓度下增长 41％和 33％，
500mg／kg CO 浓度下增长 31％和 30％，但此结果若直接推广到大 田生产 尚有诸多不确定性。与发达 国家
相比，我国在实地求证及相应开放式自动化实验设备方面尚需加强。
目前仍无充足有力证据说明温度升高与 cO2浓度倍增之间对植物生长发育与生物量积累互作效应n ，
且缺乏这方面定量化信息 ，一般试验研究 多采 用 2个 CO 浓 度水平 ，即一是 当前大气 CO 浓度 水平 ，二是
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134 中 国 生 态 农 业 学 报 第 ll卷
CO：浓度倍增水平，而植物对 CO：浓度的反应为非线性，故至少应具备 3个以上 CO：浓度水平处理，且实验
方法及实验设备尚有待从封闭向开放，盆栽向大田，人工环境控制向作物生态系统发展，只有贴近实际的试
验结果才能充分揭示未来趋势。
参 考 文 献
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