[CO2]升高对粮食作物影响的研究进展

自工业革命以来,由人类活动引起的大气CO2浓度([CO2])不断攀升,正驱动着全球气候变化,对全球农业产生重大影响.本文归纳总结了目前作物对高[CO2]响应的主要研究技术手段,以及作物对高[CO2]响应的机理研究,并进一步梳理了当前全球关于[CO2]升高对作物产量和营养品质影响的研究.结果表明:相比封闭式或半封闭式环境控制试验系统,开放式试验系统(如开放式CO2控制系统FACE)由于其能更加真实地模拟自然条件下作物对未来高[CO2]的响应和适应情况,被公认为是目前研究作物对高[CO2]响应的最理想手段.[CO2]增高会增加C3作物光合速率、生物量和产量,在一定程度上缓解气候变化对农作物产生的负面影响,但是作物对大气[CO2]的升高存在光合适应现象,当作物长期暴露在高[CO2]条件下时,高[CO2]对作物的促进作用会逐渐减缓.近10年的FACE试验发现,对高[CO2]出现高应答的水稻品种,其光合速率和产量在高[CO2]下的增加幅度比早期的主要粮食作物FACE试验结果平均高出两倍.此外,高[CO2]会明显降低大部分非豆科C3作物中蛋白质和矿物质(如锌、铁)以及部分维生素的含量,加剧目前全球约2亿人由于维生素和矿物质元素等营养缺乏导致的健康问题.如何充分利用未来高[CO2]实现高增产的同时,减缓粮食养分下降的负面影响,是迫切需要解决的科学问题.