全 文 ：第 11卷 第 4期
2 0 0 3年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．11 NO．4
0ct．， 2003
CO2浓度倍增及气候变暖对农业生产影响的诊断与评估
王修 兰 徐 师华 崔读 昌
(中国农业科学院农业气象研究所 北京 100081)
摘 要 模拟实验研 究了CO 浓度倍增对我国主要粮食作物(小麦、水 稻、2ti,米、大豆)和蔬菜(大 白菜、黄 瓜)生长
发 育 与产 量形 成 的影 响 以及 气候 变暖对 农 业 实用 技术 和 农 业 气候 条 件 的影 响 ，进 行 农 业诊 断和 评 估 ，并提 出 应对
c02浓度倍增与气候变暖的农业适应策略。
关键词 CO 浓度增加 气候变暖 农业生产 诊 断 评估
The diagnosis and estimation of C()2 concentration increasing and climate warming on the agricultural production-
WANG Xiu—Lan．XU Shi—Hua，CUI Du—Chang(Institute of Agrometeorology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，
Beiing 100081)，CJEA，2003，11(4)：47～48
Abstract The croD growth and development，as wel as the outputs for cereal crops(wheat，rice，maize，and soybean)，
vegetables(Chinese cabbage，cucumber)under CO2 concentration increasing are studied through simulation experiment，and
the effectS of climatic warming on agricultural technologies and agricultural climate are analyzed．Finally，the agricultural
diagnosis is made and some counterm easures are put forward．
Key words Increase of C02 concentration，Climate warming，Agricultural production，Diagnosis，Estimation
温 室效 应引起 的气候 变化是 当今 全球性环境 问题 ，为研究 CO 浓度倍 增 、增温 与作 物 、农 业 技术 之间相
互关系，本研究以实验模拟为主，结合 田间试验和农业气候分析方法 ，进行 cO2浓度倍增和气候变暖对农业
影响 的诊 断与评估 。
l 温室气体 的农业诊断
试验研制了 co，浓度倍增实验模拟装置，设计 出 1套封闭式 cO2浓度调控和微环境测量系统 ，可连续
监控 4个同化箱的4种 CO 浓度，测定植物群体光合速率、蒸腾系数及温度 、湿度、风和光等环境因子 ，进行
了 CO2浓度增加对作物影响的诊断。研究表明 cO2浓度倍增(mg／kg)对作物生产有利 ，如水稻 、小麦 、玉
米、大豆、大 白菜和黄瓜等作物物候期 比350mg／kgCO2浓度下提前 2～5d；株高、叶面积指数 、根 、茎和叶重均
有较大增长，与 350mg／kgCO2浓度条件下相比小麦干物质量增长 26％，玉米增长 14％，大豆增长 35％，大白
菜增长 31％；小麦增产 36％，玉米增产 18％，大豆增产 33％，大白菜莲座期增产 76％。500mg／kgCO2浓度条
件下水稻增产 11％，1500mg／kgCO2浓度下黄瓜增产 43％，co 浓度倍增下作物增产的原 因是净光合速率增
加、光合时间延长 ，抵御高温胁迫能力增强 所致。700mg／kg比 350mg／kgCO2浓度下大豆净光合速率增
加 63％，小麦增加 31％，玉米增加 16％，大 白菜增加 68％，而 500mg／kgCO2浓度下水稻增加 16％；呼吸速率
相 对减弱 ，蒸腾系数小 麦减少 8％，玉 米减少 12％ ，大 白菜减少 27％。多 种作物 实验结 果表 明 当前 大气 Co，
浓度下 C4作物产量普遍高于 c 作物 ，但 CO 浓度倍增下 c 作物干物质量 、产量增长率高于 C4作物 j。co
浓度倍增下光合时间延长 ，大豆晴天延长 35～67min，大白菜延长25～55min，且作物耐高温胁迫能力有增强
趋势 。研究估算 出 Co 浓度倍 增我 国和全球 农作物 C吸收 可增加 21％ ～26％ ，我 国和全球 作物 对 CO2
年吸收总量分别由 5．5亿 t、28．9亿 t增至 6．6亿 t-和 34．1～36．2亿 t，我国作物年固 c能力(4．22t／hm2)高
于全球平均值(3．15t／hm ) 。试验研究测定了稻田不同施肥方式的 cH4排放量和规律 ，不同施肥方式稻 田
cH4排放量不同 ，施猪粪 比未施肥的稻 田CH 排放量增；~132．1％，施牛粪 的则增J／129．5％，施化肥 的增加
*国家自然科学基金项 目(30170538)和国家新技术研究(863)发展计划项 目(2001AA247042)共 同资助
收稿 日期：2002—1卜26 改回日期 ：2002—12—30
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
3．0％ ，其 中水 稻 田孕穗期 CH 排放量增 加最多 。
2 气候变暖对农业技术效应 的评估
气候变暖影响土壤肥效和施肥量的定量评估 ，施用尿素 450～l125kg／hm 水平下每增温 1℃，则速效氮
释放 量增加 4％ ；至下世纪 中叶全球每增温 2℃ ，每次施肥纯 N用量增加 8％；至下世 纪末 全球每增温 4℃ ，每
次施肥纯 N用量增加 16％。不同作物生育阶段对 CO 浓度增加的反应程度不一 ，反应敏感阶段(如大豆开
花结荚期 、大白菜莲座期)施用 CO 肥是增产的有效措施 ，且塑料大棚施 CO 肥效果显著 ，施用 1500mg／kg浓
度 CO，肥使 黄瓜条数增加 28．4％，总产 量增加 43．2％。气候 变暖下 土壤施用 牛粪 全 N释放 速率较 慢 ，而施
用鸡粪全 N释放速率较快 ，鸡粪与牛粪混施其释放速率最慢 ，鸡粪与尿素混施其释放速率则最快 ，故气候变
暖不宜将有机肥与化肥混施。气候变暖影响农药用量的定量评估 ，根据主要害虫因气候变暖发生世代数增
加 的研究结 果表 明 ，气候 变暖 2℃下 我 国农 药用量 因地 区不 同增 加 20％ ～100％，而气候 变 暖 4℃下 农药 用
量增加再加倍 。气候变暖影响种植制度的评估 ，气候变暖每增温 2℃下二熟制的北界北移 50～500km，三熟
制北界北移 200～400km；东北地区南部一熟制可种 2年三熟或 1年早二熟制 ；华北地区可种中、晚熟制 ；长
江流域早 、早 、中熟三熟 区种 中 、中 、晚熟三 熟制 ，至下 世纪 中叶气候 复种 指数全 国可平 均增加 6％ ～7％，至
下世 纪末 全 国可平均增 加 13％。
3 气候变暖对农作物及农 业气候影响的评估
气候变暖使作物全年生长季延长 ，生育期缩短，气候变暖 2℃下我国作物全年生长季延长 8～32d，东北
地区延长较少为 8d，华南地区延长 32d；水稻生育期 日数全国平均缩短 14～15d，小麦平均缩短 34d(主要是
越冬期缩短)。气候变暖 2℃下作物越冬<0℃ 日数缩短 8～18d、越夏≥35℃高温 日数增加 1～1ld(不同地
区略有差异)。气候变暖使农业气候带位移，气温每增温 2℃下热带北界北移北纬 1．8。，亚热带北界北移北
纬 2。；每增温 4℃下热带北 界北 移 北 纬 1。～3。，亚 热带 北 界 北 移北 纬 2。～6。；气 候 变 暖使 农 牧 过渡 带 南 移
20～180km。气候变 暖使蒸 散量增加 ，气温每增 温 2℃下蒸散量增加 54～80mm，每增 温 4℃下蒸散量增加再
加倍。气候变暖 2～4℃下我国农作物主要害虫(稻螟、玉米螟、棉铃虫等)繁殖世代数将增加 1～2代 ，害虫
繁殖世代数的现界限将北移北纬 1。～9。(因地区不同而略有差异)。
4 气候变暖的适应对策 j
气候变暖的适应对策一是应合理调整作物区域布局 ，增加复种指数，将气候变暖变为可用的有利气候资
源；二是调整作物播种期，可有效地避免作物生育期缩短的不利影响；三是扩大高产作物栽培面积 ，增加种植
密度，提高作物 CO 吸收量和利用率 ；四是改进土壤施肥技术 ，深施化肥 ，增加施肥次数 ，采用多种有机肥混
施 ，延长肥效 ；五是改善稻田施肥种类和方式 ，稻田施用经沼气化后的有机肥 ，旱地多施有机肥 ，可减少 CH
排放量；六是综合防治作物病虫害 ，防止冬暖害和高温热害，选育耐热品种 ，提高作物抗御气候变暖的能力。
气候变暖对我国农业生产有利也有弊，通过农业 自身调整和采取有效的技术措施 ，可减轻、避免温室效应对
我国农业生产带来的不利影响 ，且可变为有利的农业气候资源。
参 考 文 献
1 王修兰，徐师华，李佑祥．植物群体光合速率测定装置与方法 农业工程学报 ，1993(4)：62～66
2 王修兰 ，徐师华，李佑祥．大白菜对 cch倍增的生理生态反应．园艺学报 ，1994(3)：245～250
3 王修兰，徐师华．CO2浓度倍增对大豆各生育阶段的光合作用及干物质积累的影响．农业工程学报，1994(5)：520～527
4 王修兰，徐师华 ，李佑祥等．环境 CO2浓度增加对玉米生理及产量的影响．农业工程学报 ，1995(2)：109～ll4
5 王修兰，徐师华 ．CO2浓度倍增对小麦生育性状和产量构成的影响．生态学报 ，1996(3)：328-332
6 王修兰，徐师华 ，李佑祥等 ．小麦对 cch浓度倍增的生理反应．作物学报，1996(3)：340-344
7 王修兰，徐师华 ，崔读 昌．cch浓度倍增对 C3、c4作物生育和产量影响的实验研究．中国农业科学，1998(1)：55-61
8 王修兰．全球农作物对大气 CO2及其倍增的吸收量估算．气象学报 ，1996(4)：466～472
9 王修兰主编．cch气候变化与农业 ．北京 ：气象出版社．1996
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