空氣CO2濃度升高對玉米產量的影響

[摘要]玉米作為我國主要的農作物，其產量直接關系到種植戶的利益與國家糧食安全，因此加強對玉米增產措施的研究具備現實操作的實際意義。本文以“鄭單958”為研究對象，通過設置自然大氣（CK）和大氣CO2濃度升高（OTC）分別與水肥管理雨養不施氮、雨養施氮以及覆膜與不覆膜四種模式相結合的辦法測試。在深入分析結果的基礎上，對種植戶種植農作物提出了具體參考建議。

[關鍵詞]玉米產量;CO2濃度;實驗

中圖分類號：S513 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202002

1 研究背景、目的和意義

玉米作為我國主要的農作物，不僅承擔著滿足人們對飲食需要的任務，而且在畜牧業生產中和農產品加工中比如飼料加工、糧油加工以及釀酒等產業發展中也發揮了重要作用，因此加強玉米產量的研究意義重大。近年來隨著農業產業結構的不斷調整，優質高產玉米品種得到了有效的推廣，玉米產量也發生了翻天覆地的變化。在新中國成立初期，玉米的平均產量為961.5kg/hm2[1]，而2018年李登海培育的春玉米年產量突破13 500kg/hm2，夏玉米產量達12 345kg/hm2[2]，產量較新中國成立初期增加了13倍之多，玉米產量現在高居我國主要農作物產量之首。

隨著農業生產技術的不斷改進，許多傳統的種植方法逐漸被淘汰或改進，隨之產生的新的種植方法在作物增產提效方面發揮了重要作用，其中影響較為顯著的便是氮肥和地膜覆蓋措施的使用[3]。隨著地球溫室效應的不斷增加，在CO2濃度逐漸升高的情況下，研究氮肥和地膜覆蓋對玉米產量的影響成為農業專家和學者研究的重點。

在19世紀中期也就是工業革命初期，空氣中CO2的濃度約為270μmol·mol，但是隨著工業生產的不斷發展，現在大氣中CO2的濃度約為400μmol·mol，濃度增長了48.1%。現在每年仍在以2μmol·mol的速度在增加，預計到21世紀末，濃度將會達到700μmol·mol左右。CO2濃度的變化會引起空氣中碳循環的較大改變，會對全球氣候產生重大影響，而較多依賴光合作用的農作物在此大環境下必然會受其影響。但是，造成產量的升高還是降低，或者是否會產生影響，學者有著不同的解讀：有相關學者認為CO2濃度升高對玉米產量極為不利[4];而也有學者認為濃度變化會尤其是濃度升高會在較大程度上提升玉米產量[5];還有學者認為CO2濃度的變化對農作物產量不會產生影響[6]。

基于上述爭論，本文將重點研究CO2濃度增加是否會對玉米產量產生影響，該研究主要通過實驗測試的方式進行。

2 實驗材料及研究方法

本實驗將春玉米“鄭單958”作為田間玉米的研究對象，該品種具有抗逆性、植株矮小、莖稈粗壯等優點，生命力較強。試驗田種植的該品種行寬分別為40cm和60cm，對應的壟高分別為15cm和5cm。玉米采用溝播壟作的方式種植，平均密度為7萬株/hm2。本研究通過設置自然大氣（CK）和大氣CO2濃度升高（OTC）分別與水肥管理雨養不施氮、雨養施氮以及覆膜與不覆膜四種模式相結合的辦法測試。大氣CO2濃度升高采用開頂式氣室控制，CO2濃度為700μmol·mol。

3 旱作玉米產量的測定及方法

在玉米成熟期內，在氣室內外分別采集6m2的玉米穗，取出完整玉米后按照采集區域的不同分別稱重，并分別從中挑選出15個籽粒飽滿、形狀規整，色澤較好，且具有代表性的玉米，脫粒后放于烘烤箱中烘烤至重量穩定，再稱重，并計算產量。

4 研究結果及其分析

經過測量，在OTC模式下雨養不施氮和雨養施氮以及覆膜和不覆膜分別比CK同種情況下玉米的產量增加了42%、37%、98%和12%（P<0.05）。并且經過實驗的相關性分析，玉米產量與葉面積指數呈正向相關聯，葉面積越大，玉米產量越高。

其中雨養不施氮和雨養施氮情況下產量不增反降，這種結果的出現與氮肥的使用能有效增加產量的共識有一定的矛盾性。雖然氮肥能夠較大地增加農作物產量，但氮肥的使用要控制在一等范圍，如果使用量超過280kg/hm2，作物產量不升反降，因此在日常田間種植時，控制好氮肥的使用量不僅會增加產量還會節約成本。

在本實驗中在CK模式下雨養不施氮CO2濃度升高玉米產量并沒有增加。這說明如果不添加任何肥料，僅增加空氣中CO2的濃度，并不能直接提升農作物產量。即使會產生影響，也會在作物的生長過程中被作物自身的生長機制自行消化，從而無法產生顯性影響。

本實驗中OTC模式下大氣CO2濃度升高時玉米產量都有了顯著增長，但雨養不施氮的效果明顯高于雨養施氮的效果。這說明雨養情況下，再施以氮肥并不能增加作物產量，從而間接證明在OTC模式下，如果能夠保持農作物豐富的水分同樣可以增加作物產量。

在OTC模式中，覆膜和不覆膜玉米產量出現了較大差異，這也與人們的日常認識有一定差異。通過實驗結果可知，在增加空氣CO2濃度的情況下，農作物保持充裕的水分，其產量會出現較大幅度的增加，并且壟作覆蓋地膜是所有模式下產量最高的，因此本實驗結果意義重大，是耕作中應該注意的有效增產措施。

玉米產量與葉面積指數呈正向相關聯，葉面積越大，玉米產量越高。這種結果的出現與農作物對光合作用的依賴是密切相關的。光合作用下，葉面積越大，所產生的光合效果就越充分，因此產量會相應增加，兩者之間呈正相關性。然而，葉面積并不是越大越好，因為面積增大到一定程度時，植株上面的葉片會擋住植株下部的葉片，從而使光合作用發揮得不充分，因此葉面積還要與植株密度相關聯，這樣才能有效保證農作物的產量。

5 研究結果應用

上述實驗結果為田間玉米種植提供了重要的啟示意義和參考價值，基于此應該將實驗結果與作物種植有效結合，并在不斷的種植實踐中驗證實驗結果的可行性。

5.1 作物種植中氮肥的使用要適量

雨養不施氮和雨養施氮玉米產量并沒有增加，但并不是說氮肥對于農作物的增產沒有效果。實際上，眾多研究表明氮、磷、鉀是莊稼三寶，但是使用的量一定要適中，如氮肥的使用要控制在280kg/hm2以內，超出該范圍不但不會使作物增產反而會降低產量，同時還會因為施用氮肥過多增加投入成本[7]。

5.2 作物種植要與覆膜相結合

在經濟條件具備的情況下，作物種植要與覆膜相結合。實驗中在OTC模式下覆膜后玉米的產量增加的最為明顯，達到了98%，這也充分說明了CO2與覆膜相結合會較大增加農作物產量。其主要原因是，覆膜會較好地保持水分與溫度，而CO2的增加又較大程度地提高了光合作用的轉化率，兩者的有效結合大大提高了作物產量。目前，我國北方地區對玉米覆膜的種植推廣并不廣泛，在山東的推廣率更是偏低，因此建議在試驗基地進行多次實驗，在確保實驗效果的基礎上可以通過逐步推廣的方式，引導種植戶使用。

5.3 作物種植要注意植株密度

植株密度會在較大程度上影響作物的產量[8]。由于目前種植戶多是憑借耕作經驗對植株密度進行目測，難免會出現疏密不一的情況。因此，建議農業專家在作物種植季節經常走入田間地頭，針對不同的作物進行密度中的指導與普及，只有這樣才能逐漸在種植戶心中形成普遍性的認知，提高作物產量。

5.4 將CO2濃度的控制與作物覆膜種植相結合

在條件具備的基礎上，尤其是在現代化農場中要將CO2濃度的控制與作物覆膜種植相結合。現代農業是未來農業發展的方向與出路，機械化操作、大農業與規范化種植相結合是農業轉型升級的必然趨勢。加強農業種植當中的科學技術指導，尤其是專業知識的指導與運用必然會較大的提高產出效益。因此，建議在實驗基礎上加強對實驗結果的測試，在確認結果無誤的基礎上，用現代化設備在適度范圍內提高單位空間內的CO2濃度，并與覆膜種植技術相結合，從而大大提高作物產量。

參考文獻

[1] 宋建軍.淺析玉米高產施肥技術[J]農業開發與裝備，2020， 2（1）：46.

[2] 劉亞娟.高產栽培技術在玉米種植中的應用[J]種子科技， 2020（1）：21.

[3] 翁玉飛.河南地區玉米種植新技術及病蟲害防治[J]種子科技， 2019（6）：31.

[4] 房世波，沈斌，譚凱炎，等.大氣[CO2]和溫度升高對農作物生理及生產的影響[J].中國生態農業學報，2010，18（5）：1116-1124.

[5] 郭艷亮，王曉琳，張曉媛，等.田間條件下模擬CO2濃度升高開頂式氣室的改進及其效果[J].農業環境科學學報，2017， 36（6）：1034-1043.

[6] 李長霞，李忠青，李洪，等.播種和主要氣象因子對長治地區玉米產量的影響[J].安徽農業科學，2019（3）：44.

[7] 王玉紅，周新，沈東風，等.播期對河南不同熟期夏玉米生長發育與產量的影響[J].耕作與栽培，2019（4）：56.

[8] 朱永斌，白冰，劉昌新，等.氣候變化對我國農作物產量影響及氣候損失估算[J].統計與決策，2019（6）：33.

收稿日期：2019-12-24

作者簡介：卜現美，女，農藝師，研究方向為農業。