空气CO2浓度升高对玉米产量的影响

[摘要]玉米作为我国主要的农作物，其产量直接关系到种植户的利益与国家粮食安全，因此加强对玉米增产措施的研究具备现实操作的实际意义。本文以“郑单958”为研究对象，通过设置自然大气（CK）和大气CO2浓度升高（OTC）分别与水肥管理雨养不施氮、雨养施氮以及覆膜与不覆膜四种模式相结合的办法测试。在深入分析结果的基础上，对种植户种植农作物提出了具体参考建议。

[关键词]玉米产量;CO2浓度;实验

中图分类号：S513 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202002

1 研究背景、目的和意义

玉米作为我国主要的农作物，不仅承担着满足人们对饮食需要的任务，而且在畜牧业生产中和农产品加工中比如饲料加工、粮油加工以及酿酒等产业发展中也发挥了重要作用，因此加强玉米产量的研究意义重大。近年来随着农业产业结构的不断调整，优质高产玉米品种得到了有效的推广，玉米产量也发生了翻天覆地的变化。在新中国成立初期，玉米的平均产量为961.5kg/hm2[1]，而2018年李登海培育的春玉米年产量突破13 500kg/hm2，夏玉米产量达12 345kg/hm2[2]，产量较新中国成立初期增加了13倍之多，玉米产量现在高居我国主要农作物产量之首。

随着农业生产技术的不断改进，许多传统的种植方法逐渐被淘汰或改进，随之产生的新的种植方法在作物增产提效方面发挥了重要作用，其中影响较为显著的便是氮肥和地膜覆盖措施的使用[3]。随着地球温室效应的不断增加，在CO2浓度逐渐升高的情况下，研究氮肥和地膜覆盖对玉米产量的影响成为农业专家和学者研究的重点。

在19世纪中期也就是工业革命初期，空气中CO2的浓度约为270μmol·mol，但是随着工业生产的不断发展，现在大气中CO2的浓度约为400μmol·mol，浓度增长了48.1%。现在每年仍在以2μmol·mol的速度在增加，预计到21世纪末，浓度将会达到700μmol·mol左右。CO2濃度的变化会引起空气中碳循环的较大改变，会对全球气候产生重大影响，而较多依赖光合作用的农作物在此大环境下必然会受其影响。但是，造成产量的升高还是降低，或者是否会产生影响，学者有着不同的解读：有相关学者认为CO2浓度升高对玉米产量极为不利[4];而也有学者认为浓度变化会尤其是浓度升高会在较大程度上提升玉米产量[5];还有学者认为CO2浓度的变化对农作物产量不会产生影响[6]。

基于上述争论，本文将重点研究CO2浓度增加是否会对玉米产量产生影响，该研究主要通过实验测试的方式进行。

2 实验材料及研究方法

本实验将春玉米“郑单958”作为田间玉米的研究对象，该品种具有抗逆性、植株矮小、茎秆粗壮等优点，生命力较强。试验田种植的该品种行宽分别为40cm和60cm，对应的垄高分别为15cm和5cm。玉米采用沟播垄作的方式种植，平均密度为7万株/hm2。本研究通过设置自然大气（CK）和大气CO2浓度升高（OTC）分别与水肥管理雨养不施氮、雨养施氮以及覆膜与不覆膜四种模式相结合的办法测试。大气CO2浓度升高采用开顶式气室控制，CO2浓度为700μmol·mol。

3 旱作玉米产量的测定及方法

在玉米成熟期内，在气室内外分别采集6m2的玉米穗，取出完整玉米后按照采集区域的不同分别称重，并分别从中挑选出15个籽粒饱满、形状规整，色泽较好，且具有代表性的玉米，脱粒后放于烘烤箱中烘烤至重量稳定，再称重，并计算产量。

4 研究结果及其分析

经过测量，在OTC模式下雨养不施氮和雨养施氮以及覆膜和不覆膜分别比CK同种情况下玉米的产量增加了42%、37%、98%和12%（P<0.05）。并且经过实验的相关性分析，玉米产量与叶面积指数呈正向相关联，叶面积越大，玉米产量越高。

其中雨养不施氮和雨养施氮情况下产量不增反降，这种结果的出现与氮肥的使用能有效增加产量的共识有一定的矛盾性。虽然氮肥能够较大地增加农作物产量，但氮肥的使用要控制在一等范围，如果使用量超过280kg/hm2，作物产量不升反降，因此在日常田间种植时，控制好氮肥的使用量不仅会增加产量还会节约成本。

在本实验中在CK模式下雨养不施氮CO2浓度升高玉米产量并没有增加。这说明如果不添加任何肥料，仅增加空气中CO2的浓度，并不能直接提升农作物产量。即使会产生影响，也会在作物的生长过程中被作物自身的生长机制自行消化，从而无法产生显性影响。

本实验中OTC模式下大气CO2浓度升高时玉米产量都有了显著增长，但雨养不施氮的效果明显高于雨养施氮的效果。这说明雨养情况下，再施以氮肥并不能增加作物产量，从而间接证明在OTC模式下，如果能够保持农作物丰富的水分同样可以增加作物产量。

在OTC模式中，覆膜和不覆膜玉米产量出现了较大差异，这也与人们的日常认识有一定差异。通过实验结果可知，在增加空气CO2浓度的情况下，农作物保持充裕的水分，其产量会出现较大幅度的增加，并且垄作覆盖地膜是所有模式下产量最高的，因此本实验结果意义重大，是耕作中应该注意的有效增产措施。

玉米产量与叶面积指数呈正向相关联，叶面积越大，玉米产量越高。这种结果的出现与农作物对光合作用的依赖是密切相关的。光合作用下，叶面积越大，所产生的光合效果就越充分，因此产量会相应增加，两者之间呈正相关性。然而，叶面积并不是越大越好，因为面积增大到一定程度时，植株上面的叶片会挡住植株下部的叶片，从而使光合作用发挥得不充分，因此叶面积还要与植株密度相关联，这样才能有效保证农作物的产量。

5 研究结果应用

上述实验结果为田间玉米种植提供了重要的启示意义和参考价值，基于此应该将实验结果与作物种植有效结合，并在不断的种植实践中验证实验结果的可行性。

5.1 作物种植中氮肥的使用要适量

雨养不施氮和雨养施氮玉米产量并没有增加，但并不是说氮肥对于农作物的增产没有效果。实际上，众多研究表明氮、磷、钾是庄稼三宝，但是使用的量一定要适中，如氮肥的使用要控制在280kg/hm2以内，超出该范围不但不会使作物增产反而会降低产量，同时还会因为施用氮肥过多增加投入成本[7]。

5.2 作物种植要与覆膜相结合

在经济条件具备的情况下，作物种植要与覆膜相结合。实验中在OTC模式下覆膜后玉米的产量增加的最为明显，达到了98%，这也充分说明了CO2与覆膜相结合会较大增加农作物产量。其主要原因是，覆膜会较好地保持水分与温度，而CO2的增加又较大程度地提高了光合作用的转化率，两者的有效结合大大提高了作物产量。目前，我国北方地区对玉米覆膜的种植推广并不广泛，在山东的推广率更是偏低，因此建议在试验基地进行多次实验，在确保实验效果的基础上可以通过逐步推广的方式，引导种植户使用。

5.3 作物种植要注意植株密度

植株密度会在较大程度上影响作物的产量[8]。由于目前种植户多是凭借耕作经验对植株密度進行目测，难免会出现疏密不一的情况。因此，建议农业专家在作物种植季节经常走入田间地头，针对不同的作物进行密度中的指导与普及，只有这样才能逐渐在种植户心中形成普遍性的认知，提高作物产量。

5.4 将CO2浓度的控制与作物覆膜种植相结合

在条件具备的基础上，尤其是在现代化农场中要将CO2浓度的控制与作物覆膜种植相结合。现代农业是未来农业发展的方向与出路，机械化操作、大农业与规范化种植相结合是农业转型升级的必然趋势。加强农业种植当中的科学技术指导，尤其是专业知识的指导与运用必然会较大的提高产出效益。因此，建议在实验基础上加强对实验结果的测试，在确认结果无误的基础上，用现代化设备在适度范围内提高单位空间内的CO2浓度，并与覆膜种植技术相结合，从而大大提高作物产量。

参考文献

[1] 宋建军.浅析玉米高产施肥技术[J]农业开发与装备，2020， 2（1）：46.

[2] 刘亚娟.高产栽培技术在玉米种植中的应用[J]种子科技， 2020（1）：21.

[3] 翁玉飞.河南地区玉米种植新技术及病虫害防治[J]种子科技， 2019（6）：31.

[4] 房世波，沈斌，谭凯炎，等.大气[CO2]和温度升高对农作物生理及生产的影响[J].中国生态农业学报，2010，18（5）：1116-1124.

[5] 郭艳亮，王晓琳，张晓媛，等.田间条件下模拟CO2浓度升高开顶式气室的改进及其效果[J].农业环境科学学报，2017， 36（6）：1034-1043.

[6] 李长霞，李忠青，李洪，等.播种和主要气象因子对长治地区玉米产量的影响[J].安徽农业科学，2019（3）：44.

[7] 王玉红，周新，沈东风，等.播期对河南不同熟期夏玉米生长发育与产量的影响[J].耕作与栽培，2019（4）：56.

[8] 朱永斌，白冰，刘昌新，等.气候变化对我国农作物产量影响及气候损失估算[J].统计与决策，2019（6）：33.

收稿日期：2019-12-24

作者简介：卜现美，女，农艺师，研究方向为农业。