全文总字数：13018字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近50余年，大气中co₂浓度持续上升，从1960年的317ppm增加到2014年的398ppm(http://co₂now.org/)。最近10年，大气co₂浓度上升速度加快，年均增速达2.1ppm(wmo，2014)，在温室气体排放中等稳定化情景下，2100年大气co₂浓度估计达到538-670ppm(ipcc，2013)。

伴随大气co₂浓度升高和全球温暖化趋势加剧，各国科学家广泛关注co₂的“施肥效应”，即大气co₂浓度增加对植物生长或生产力的促进作用，以期co₂的“施肥效应”能在一定程度上补偿由于气候变化导致的粮食减产（long，2012）。但是短时间供给高浓度co₂可促进植物光合作用，而长时间生长在高浓度co₂下会导致一些植物的光合能力下降，出现光合作用的适应或下调（adam等，2000；rogersa等,1998）。

研究大气co₂施肥效应一般采用两种方法，控制试验和模型模拟，前者是后者的基础。控制试验以背景大气co₂浓度为对照，设置并控制co₂浓度升高水平，通过测定对照和co₂浓度升高处理下的植物生理生态过程研究co₂的施肥效应。控制试验研究的目标之一是评估未来co₂浓度升高对陆地生态系统的影响，并为模型模拟提供实验依据和相关参数（luo和reynolds，1999）。全球大部分控制试验研究都是建立在一个骤增（abrupt increase）的co₂浓度水平下（如，比背景大气增加200ppm）。但自然状态下大气co₂浓度升高是一个渐增（gradual increase）的过程，即便在温室气体排放非常高的情景下，至2100年大气co₂浓度估计为936ppm(ipcc，2013)，年均增加量也不超过6.5ppm。有研究指出，当植物长期处于高浓度co₂下时，叶片光合作用对高浓度的co₂产生适应或下调（leakey等，2012），控制试验的研究结果高估了co₂的施肥效应（luo和reynolds，1999；klironomos等，2005；leakey等，2009）。无疑，客观评价生态系统对co₂浓度升高的响应，并在此基础上量化未来大气co₂的施肥效应及其对粮食减产的补偿作用是个巨大的挑战。

2. 研究的基本内容

采用开顶式气室，以背景大气co₂浓度为对照（ck），设置co₂浓度渐增和骤増两个处理c1、c2（c1：co₂浓度骤增；c2：co₂浓度渐增）。试验中co₂浓度均为背景大气co₂浓度 200ppm，但骤增和渐增的处理设计方案不同：(1)骤增处理， 200ppm；(2)渐增处理，从第1至第2个粳稻种植季，每年依次递增40ppm，即 40ppm、 80ppm。研究粳稻生长对不同co₂浓度的响应及机制。

基于上述不同的co₂浓度设计，对粳稻开展如下研究：

1）不同co₂浓度对粳稻叶片叶绿素荧光诱导动力学曲线的影响；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

1 实施方案：

采用otc 系统开展水稻生长对大气co₂浓度渐增和骤增响应试验。在南京信息工程大学农业气象与生态试验站开展田间试验，试验站有农田100 亩。试验选取稻-麦轮作的种植制度。

1）实验平台

4. 参考文献

1. adachi, m. et al., 2014. soil and water warming accelerates phenology and down-regulationof leaf photosynthesis of rice plants grown under free-air co₂ enrichment (face). plantcell physiology, 55(2): 370–380.

2. ainsworth, e.a. long, s.p. 2005. what have we learned from 15 years of free-air co₂ enrichment (face) a meta-analytic review of the responses of photosynthesis, canopyproperties and plant production to rising co₂. new phytologist, 165: 351–372.

3.ainsworth, e.a. rogers, a. 2007. the response of photosynthesis and stomatalconductance to rising [co₂]: mechanisms and environmental interactions. plant, cell andenvironment, 30: 258–270.