适应气候变化和增加的CO₂在水稻

增加大气二氧化碳(CO₂)浓度将有助于这种作物适应变化的气候。Toshihiro Hasegawa博士是日本东北农业研究中心的植物生理学家，研究气候变化对水稻产量和质量的影响。FACE (free-air CO .₂浓缩)平台提供了露天条件下的实验设施，以模拟未来水稻生态系统如何应对气候变化造成的条件。还考虑到需要更适合的水稻品种以及改进水稻种植中氮投入和甲烷排放的管理。

米 （栽培稻L。它养活了世界上大约一半的人口，对它和其他主要作物的需求还在继续增长。然而，近几十年来，这些作物的产量增长速度一直在放缓，甚至趋于平稳。面对迅速变化和往往不利的气候条件，需要努力改进产量预测。

大气有限公司₂浓度([有限公司₂]）以前所未有的速度升起，以及其他温室气体，这导致环境变化，例如对包括米饭的重要作物的生产率产生负面影响的全球加热。此外，食用作物零件的营养价值和外观证明易受升高的降解[CO₂]．

然而,增加[有限公司₂]也有可能对作物的光合作用产生直接的积极影响，从而对粮食产量产生积极影响，这种现象被称为CO₂施肥。对稻米回应升高的生理理解[CO₂以及这可能会因基因以及温度、水和氮输入等因素而发生怎样的变化是至关重要的。

光合性能和产量与施氮量的关系
植物生长的好坏取决于其对原材料(固碳和矿物质吸收)的获取、对植物器官的分配以及对各种变化的环境胁迫的应对。光合作用有限₂固定是植物生物量生产中最重要的过程。此外，矿物质营养虽然对生物量的贡献较小，但对植物生长至关重要。

作物产量的历史增长依赖于氮肥的大量投入。在水稻方面，获得高产需要增加谷粒数和高比例的成熟谷粒，这两者都是通过施氮得到帮助的。相比之下，水稻单粒重在基因上是恒定的，与施氮量和生长环境无关。

一种植物从功能上可以分为“源”和“汇”，源指的是CO产生的部分₂固定（光合作用）发生并沉到存储或使用同化的站点。为了大大提高水稻产量，必须遗传地改善其源能力。提高源容量也可能有助于减少高产所需的添加N.

已知氮是一种介导植物反应的关键因素[CO₂]，在提高光合作用、生物量生产和产量方面往往是一个限制因素。与此同时，减少对肥料改良剂的需求是重要的，因为施氮会产生有害的环境影响，因为氮氧化物(N₂O)和地下水污染。

学习(有限公司₂水稻品种在田间的反应性
一种被称为Free-air CO₂浓缩(FACE)已被证明是一种可靠的比较方法₂]对不同水稻品种在空旷地的反应性。它最初于20世纪80年代末在美国开发，然后在20世纪90年代末在日本的稻田中进行了改良。例如，Hasegawa和他的同事使用FACE来证明，当暴露于[CO]时，8个品种的产量提高幅度从3%到36%不等₂]．

其他FACE实验发现，提高[CO₂]在施氮量较低(<80 kg/ hm2)时减少。为了设计不同水稻品种的未来氮素管理制度，Hasegawa和他的同事们开始比较田间水平对[CO₂]在不同施氮水平下。

免费航空公司₂浓缩(FACE)是比较[CO₂]对不同水稻品种在空旷地的反应性。

此外，提升[CO₂众所周知，这会降低大米的外观品质，而温度的升高会加剧这种情况。研究了高浓度[CO₂发现依赖于品种，依赖于依赖;但是，n和[co的综合影响₂]需要进一步调查。

Hasegawa和他的同事们研究了两个具有不同产量潜力和籽粒外观的品种。高产籼稻品种Takanari被确定为在提高产量条件下高产的候选品种₂]．为了进行比较，他们选择了粳稻品种越光，这是在日本种植了50多年的主要水稻品种。

Takanari在提升下有几个有利的特质[CO₂]，包括更大的光合能力，生物量和粮食产量和更好的粮食外观，与越光相比，水的使用几乎没有增加。为了充分利用高丽的优良性状，研究人员想要确定氮水平和温度如何影响该品种在大气[CO₂]．

他们在日本北部的Shizukuishi中进行了一系列的稻田实验，了解寒冷气候中的温带如何应对高度[CO₂]．结果表明，提高[CO₂]在寒冷气候下试验的基因型、N制度和年份。

然后，他们在Shizukuishi以南约430公里处建立了筑波的第二张脸部。这两个网站在温度条件下不同：筑珠省的平均增长季节空气温度比在谢库什氏岛更温暖。对许多生长季节和三种不同的N水平进行了面部实验，以确保在不同的条件下可以重复所需的变异性状。

两种品种的生物量升高了[CO₂]在所有n级。然而，收获指数（谷物产量与地上生物质的比率）升高下降[CO₂对越光的n限制治疗，但对高奈利却不是这样。即使不施氮，在研究的三年时间里，高田也平均增产18%，而越光却没有增产。

此外，越光的晶粒形貌受到[CO .]含量升高的严重影响₂，特别是在限制氮和炎热的条件下。同样，即使不施氮肥，这种情况也不会发生在高利。这些结果表明，在CO含量升高的条件下，Takanari可能是一种有效的提高氮素利用效率，即减少施氮量的遗传资源₂]．

高度大气[CO₂影响大米的营养价值
A meta-analysis (a statistical analysis that combines the results of many scientific studies) using data from 143 comparisons of six different food crops grown at seven different FACE experimental locations in Japan (by Hasegawa’s team) and in Australia and the United States found that elevated [CO₂也与锌、铁和蛋白质含量的显著降低有关。

高氮水稻是提高氮利用效率的有效遗传资源₂]．

升高的影响[CO₂[锌和铁含量实际上表现出不同水稻品种的巨大变异。这表明育种水稻品种的范围，其微量营养素水平不易增加[CO₂]．不幸的是，当育种以增加营养价值时，很可能会在产量和其他性能特性上进行权衡。

甲烷(CH₄)水稻种植排放
虽然稻田是大气和土地之间的碳循环界面，但它们也产生有害的温室气体甲烷(CH₄）.Hasegawa和他的同事使用FACE来研究高CO₂[CH上的土壤温度（热应力）升高₄在日本露天条件下的排放。

在两个生长季节中，他们发现CH₄由于CO含量升高的综合影响，排放量增加了约80%₂)和变暖。这似乎表明，更高的光合速率导致水稻根系向周围环境释放更多的有机化合物，这些化合物随后成为产生甲烷的基质。需要进一步评估这种有害影响的程度。

水稻产量模型对CO响应的变异₂
已经利用两种类型的实验设施来确定升高的影响[CO₂]:小规模生长箱或室内和(更现实的)使用FACE的大规模野外环境。实验观测到的CO₂FACE和封闭室对产量和植株性状的促进作用不同，这表明观察结果存在不确定性。

Hasegawa利用来自日本、中国和美国的数据进行的研究证实了产量预测的变化，以响应提高[CO₂]在水稻作物模型中，这比观察到的实验变异要大。在不同地点针对实验结果的多个来源测试多个模型仍然是可取的，而且仍然需要改进水稻模型。

由于可用于种植水稻的土地在未来可能会减少，通过各种手段提高水稻产量的努力仍然是紧迫的。此外，正在努力确定的性状，可以给予更好的适应性提高[CO₂]对于在具有挑战性的气候条件下进行水稻产量的遗传改良至关重要。