中文摘要：

气候变暖和CO2浓度升高已是不争的事实，然而气候变暖并非地表温度的平均升高，而是呈现地区、季节和昼夜间差异的不对称性变暖。冬小麦是华北地区主要作物，干旱缺水是本地区主要特征，冬小麦生长期又处于干旱少雨期，因此水分利用一直是该区冬小麦研究的重点内容。本项立题将利用6个独立、自控且跟踪环境变量的温室系统，实现温室内温度与环境温度一致、平均温度升高2℃、不对称性温度升高（夜间升高2.5℃日间温度升高1.5℃，冬春季升高2.5℃夏秋季升高1.5℃）；实现温室内CO2浓度与周围环境一致、比周围环境高380 μ mol mol-1；以及两因子的6种组合，研究升高CO2浓度与温度平均升高和不对称性气候变暖对冬小麦生产和水分利用的影响。两种升温模式效应的差异、它们与CO2浓度交互作用的差异以及两因子的效应在冬小麦世代间的传递和积累将被强化研究。

结论摘要：

自工业革命以来的CO2浓度升高和气候变暖已为许多观测所证实。然而1990年以来，科学家们逐渐意识到气候变暖并非昼夜气温的普遍升高，而呈现出夜间升温多白天升温少的特征，即不对称升温。过去30年里，研究人员普遍关注了温度和CO2浓度升高对冬小麦产量和水分利用的影响，然而这些研究都是基于昼夜温度均匀升高进行的，均未进行CO2浓度与不对称升温的交互作用研究。冬小麦和大豆是重要的粮食作物，研究这两种作物对气候变化的响应有助于适应和应对未来的气候变化形势。 自项目立项以来，共开展了7个试验研究，处理因子涉及CO2浓度、对称性升温、不对称性升温、土壤水分和氮供应，测定项目涵盖了作物生长、生产、水分吸收、利用等方面，主要研究结果① 在试验地区，升高CO2浓度可以显著提高冬小麦产量20%-30%，其中水分充足和氮肥供应充足条件下促进作用大于缺水或少肥条件下。升高CO2浓度显著减少作物耗水量10%-20%，是由于水分利用效率的提高，生理上表现为蒸腾速率和气孔导度的下降。② 在试验地区，昼夜平均升温3oC，冬小麦减产10%左右，但不会造成大豆的显著减产。升温对作物耗水量的影响与试验条件密切相关，在野外较为开放的生长室系统中进行升温实验，作物耗水量显著增加；在室内封闭的植物生长箱中进行升温实验，耗水量显著减少。一方面是由于高温下叶片气孔关闭，一方面是由于空气水分密度过大，抑制了作物蒸腾。③ 两种升温模式比较，对称性升温与不对称性升温对作物的影响具有显著差异。不对称升温条件下作物产量显著低于对称升温条件下，对耗水量的影响则小于对称升温的影响。最终表现为不对称升温条件下，水分利用效率显著降低。④ 不对称升温条件下升高CO2浓度的作用小于对称升温条件下的作用；升温 (≤ 3℃)对华北地区小麦生产有利，尤其是伴随着CO2浓度同时升高的情景下。本试验区以及我国东北地区的升温实验结果表明，在常年温度较低的华北、东北地区，特别是寒冷的冬季，适度升温促进返青期期提前，利于冬小麦的增产。 本研究表明，与正在和即将真实发生的不对称升温情景想比较，过去30年的对称升温研究，低估了气候变暖对冬小麦、大豆生产的影响，高估了对水分消耗的影响。未来气候条件下，保证充足的水肥供应，可以充分发挥大气CO2浓度升高对作物生产的施肥效应。种植区域北移、作物耐高温育种是应对气候变暖的有效途径。