温度、CO2与灌溉水平交互作用对花生产量和品质的影响机制研究

本研究针对气候变化下CO2浓度(eCO2)与温度(eTa)升高对花生生长的复合影响，通过模拟CC420、PC570和PC780三种气候场景，结合两种灌溉水平(FC100/FC50)，揭示了高温虽促进生物量却导致产量下降67.2%的矛盾现象，为耐热品种选育和精准灌溉提供了科学依据。

　　

随着大气CO₂浓度突破426 ppm（2024年数据）且持续攀升，全球变暖正对农作物生产构成双重挑战：一方面，CO₂浓度升高可能通过"CO₂施肥效应"促进C3作物光合作用；另一方面，伴随的温度上升又会抑制植物生理过程。花生作为重要油料作物，其产量和品质如何响应这种气候悖论，特别是在灌溉水资源日益紧缺的背景下，成为亟待解决的科学问题。美国农业部作物生产系统研究单元（USDA-ARS CPSRU）的研究人员通过气候控制生长室实验，首次系统量化了eCO₂与eT_a对花生生长全过程的影响，相关成果发表在《Plant Stress》上。

研究采用CONVIRON PGR15生长室精确控制CO₂(420-780 ppm)和温度(3-5°C增幅)，设置CC₄₂₀、PC₅₇₀和PC₇₈₀三种气候场景，结合NuMex-01与Olin两个品种及FC₁₀₀/FC₅₀灌溉梯度。通过LI-6800光合仪测定气体交换参数，WinRhizo根系扫描分析形态特征，并结合脂肪酸气相色谱分析，系统评估了花生生理生态响应机制。

3.1 气候极端效应
PC₇₈₀处理使生育期缩短10天，虽提高生物量49-94%，但导致籽粒产量、油产量骤降67.2%和87.4%。高温抑制了荚果发育期光合速率，PSII量子产量(ΦPS2)下降36%，表明光系统受损。脂肪酸组成中棕榈酸含量显著增加8.52%，而亚油酸降低，可能影响油脂营养价值。

3.2 品种差异
NuMex-01表现出更强的气候适应性，其籽粒产量、收获指数比Olin高35%和51%，且在高温下维持较高光合速率(37.4 μmol m^-2 s^-1)，证实了品种间耐热性遗传差异。

3.3 灌溉调控
充分灌溉(FC₁₀₀)使产量提高24.6 g/株，但FC₅₀处理下蛋白质含量升高21.7%，揭示了水分管理对产量-品质权衡的影响。

3.4 交互作用
PC₅₇₀×NuMex-01×FC₁₀₀组合获得最高籽粒产量(35.2 g)，而PC₇₈₀下即使充分灌溉也仅产6.2 g，凸显温度阈值的关键作用。

这项研究首次阐明花生对气候变化的非线性响应：适度eCO₂(570 ppm)配合3°C增温可提升产量，但5°C增温将导致灾难性减产。该成果为：（1）筛选高温敏感生育期（荚果发育阶段）；（2）优化灌溉策略（维持FC₁₀₀）；（3）培育高耐热品种（如NuMex-01）提供了理论依据。研究者特别指出，未来育种需重点关注高温下光合产物从源到库的转运效率，这对保障气候变化下的粮食安全具有重要战略意义。