不同天气水稻光合日变化对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

人类活动导致大气二氧化碳浓度(CO2)升高、全球气候变暖和光合有效辐射(PAR)降低,影响着绿色作物的光合作用.为了明确高CO2浓度、高温和低PAR对水稻光合日变化特征的影响,利用中国稻田开放空气CO2浓度升高系统(free air CO2enrichment,FACE),以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO2和高CO2浓度(增200μmol/mol)、环境温度和增高温度(增1-2℃)交互的4个处理,从9:00到17:00每隔1h测定了阴天和晴天水稻的光合作用,研究了不同天气对水稻光合日变化对大气CO2浓度和温度升高的响应.观察到不同天气条件下水稻光合日变化的不同特征,晴天Pn为双峰曲线,发生了光合“午休”,阴天未发生.结果表明,高CO2浓度显著提高了水稻Pn,温度升高有降低水稻Pn趋势,CO2浓度增加200μmol/mol对水稻光合作用的促进效应远大于增温1-2℃对其的抑制效应.高CO2浓度显著增加了水稻胞间CO2浓度(Ci),降低了水稻蒸腾速率(Tr),平均降幅为10.8％-22.0％.高温有降低Ci的趋势,增加了Tr,平均增幅达5.0％-13.5％.晴天比阴天增加了水稻Tr,平均增幅为9.8％-31.2％.CO2浓度和温度同时升高显著降低了水稻气孔导度(Gs).这些结果说明CO2浓度、温度和PAR对水稻水分利用率(WUE)产生综合影响.阴天PAR比晴天平均低53.3％,阴天水稻Pn比晴天显著低,平均降幅达37.1％-72.0％.与对照比较,高CO2浓度处理,较高PAR(晴天)条件下水稻Pn的增幅(38.6％-58.4％)显著大于较低PAR(阴天)条件下水稻Pn的增幅(21.6％-38.8％),这一现象值得关注和深入探讨.研究结果表明,评估气候变化对水稻生产的影响,需同时考虑未来大气CO2浓度和温度升高以及PAR下降的因素及其相互作用.