杂交稻产量形成对大气CO2和O3浓度升高响应的研究

联合国政府间气候变化专门委员会最新预测表明本世纪中叶大气二氧化碳（CO2）浓度将由目前的380 ppm至少上升到550 ppm，而近地层臭氧（O3）浓度将由现在的大约50 ppb，至少增加到20-25%，准确评估和预测大气变化对作物的影响已经成为迫在眉睫的重大科学问题，直接关系我国的粮食安全。水稻是我国最重要的粮食作物，本项目依托世界上唯一的稻麦复种生态系统大型CO2-FACE和O3-FACE两大技术平台以及本课题组新近建成的自然光智能气候室，以典型的杂交水稻为供试材料，首次在相同地点、相同土壤、相同品种和相同栽培技术条件下开展大气CO2和O3不同熏蒸方法对水稻产量影响的比较研究，并阐明CO2与O3的互作对水稻生产力的影响及其生理生态学机制。本项目对大气变化背景下中国粮食安全的预测和相应适应措施的制订，促进我国大气变化背景下稻作生产的可持续发展、保障国家的粮食安全均具有重要意义。

水稻是我国最重要的粮食作物，大气中二氧化碳和臭氧浓度迅速上升将极大地改变水稻未来的生长环境。依托稻田开放式空气中气体浓度增高系统（FACE）和自然光气体熏蒸平台，模拟本世纪中叶大气二氧化碳（比空气背景浓度高200 ppm）和地表臭氧浓度（比空气背景浓度大60%），以典型杂交稻为供试材料，研究大气二氧化碳浓度、地表臭氧浓度以及两者交互作用对水稻产量形成的影响，并比较不同气体熏蒸方法对产量响应的影响。主要结论有：臭氧胁迫下杂交稻产量大幅下降，减产幅度主要与每穗颖花数显著减少有关，而后者又与水稻生育中期氮素吸收和光合生产受到抑制有关。臭氧与秧苗素质间没有互作效应，但臭氧与密度互作对产量的影响达显著水平。高浓度二氧化碳环境下杂交水稻因库容量增大导致产量大幅增加，调整施氮水平和移栽密度可在一定程度上改变这种肥料效应。大气二氧化碳和臭氧浓度同时升高可部分缓减臭氧胁迫对杂交稻生长和产量的负效应。在相同地点、相同土壤、相同品种和相同栽培技术条件下，FACE研究中杂交稻产量对高浓度二氧化碳或臭氧的响应略小于气室研究。以上结果对未来大气组份变化情形下我国稻作生产适应策略的制订有参考价值。项目实施期间发表标注基金资助的期刊论文10篇（其中SCI收录2篇）、会议论文1篇、博士学位论文1篇、硕士学位论文5篇。培养青年教师2名、博士研究生3名、硕士研究生5名。