棉花是重要的经济作物,也是纺织工业的主要原料,在我国乃至世界经济中占重要地位。近年来由于气候变化、人口增长、种植成本增加等方面的影响,对未来棉花产量变化的研究变得至关重要。模型预测表明全球日平均温度在本世纪将上升1.8-4℃,同时研究发现夜间温度增幅大于白天温度增长幅度,且相对于白天温度升高,作物对夜间增温表现出更高的敏感性。温度对植物生长发育有调节作用,增温能够通过影响植物的光合和呼吸作用调控植物体内有机物的积累,从而影响植物生物量和产量。随着全球温度的增加,水文循环也会加强,进一步导致降水格局发生改变。水分也是植物生长周期中至关重要的环境因子。研究作物对未来气候变化的响应趋势有助于人们制定有效的作物种植方案并规避气候变化可能带来的不利影响。模型模拟未来我国温度及降雨变化趋势,预测结果认为我国各地区温度都呈现上升趋势,而降雨则随地区变化而表现出不同的增减趋势,其中未来华北平原的降雨将呈现增加趋势。黄河中下游地区华北平原是我国重要的粮食生产基地,同时也是我国重要经济作物——棉花主要种植地之一,其种植面积仅次于东北平原。因此,研究华北平原棉花产量在增雨和夜间增温情况下的变化,对我国农业生产及经济的可持续发展具有重要意义。但目前为止,关于该地区棉花产量对气候变化的响应及其机制尚未明确。本实验设立在河南省开封市河南大学科研与教学农场,采取拉丁方设计,实验设有对照、被动式夜间增温、增加30%降雨和被动式夜间增温结合增加30%降雨共四种处理。本实验研究增雨和夜间增温对华北平原不同品种棉花的光合速率、物候、生物量、产量和收获指数的影响,通过数据分析得出结论,为探究未来气候变化情景下棉花的响应机制提供理论支持和依据。通过对五年实验数据进行分析,结果表明:(1)夜间增温分别提高了夜间土壤温度和全天土壤温度0.58℃和0.57℃,增雨对土壤温度没有产生影响。(2)增雨和夜间增温处理都不影响棉花叶片光合速率,但夜间增温显著提高棉花叶片水分利用效率。(3)分析2016年物候数据发现夜间增温使棉花蕾期和花铃期分别提前6.04天和3.70天,生育阶段棉花植株内干物质积累的减少可能导致更多的干物质被分配到生殖阶段。(4)夜间增温分别降低了棉花地上生物量和根生物量2.46%和19.60%,但是增雨对二者均无影响。通过数据分析,结果显示增雨和夜间增温分别提高棉花产量13.92%和16.65%,棉花收获指数在夜间增温影响下增加22.09%。(5)与两对棉花亲本相比,两个棉花杂交子代CT-2和CT-5在增雨和夜间增温下保持产量上的优势。数据分析表明棉花两对亲子代对增雨和夜间增温表现出不同的敏感性。夜间增温处理下第一对棉花亲子代中亲代棉花CT-1和子代棉花CT-2产量分别提高21.75%和27.73%,第二对棉花亲子代没有明显变化。增雨增加第二对棉花亲子代中子代CT-5产量17.38%,但是增雨对第一对棉花亲子代的产量变化均没有产生影响。(6)相关分析结果显示棉花的地上生物量与根生物量分别都随着植物叶片水分利用效率增加而增加,棉花叶片水分利用效率分别解释地上生物量与根生物量的变化83%和79%。棉花产量随夜间土壤温度的增加而升高,CT-2棉花产量随夜间土壤温度的增加而升高,CT-5棉花产量则随棉花叶片气孔导度的增加而提高。棉花收获指数随棉花地上生物量和根生物量的增加而降低,随棉花产量的升高而增加。通过多元逐步回归分析结果发现,棉花根生物量贡献棉花收获指数变化的90%。本实验结果表明在夜间增温处理下,棉花地上生物量和根生物量降低,棉花有机物积累量可能更多的分配给生殖部分,即有利于果实生长从而提高收获产量,最终提高棉花收获指数。同时研究发现不同品种的棉花对增雨和夜间增温表现出不同的敏感性,本实验通过揭示增雨和夜间增温对棉花产量的影响,加强了未来气候变化与农业生产间反馈机制的进一步理解与认识,重点说明开发能够适应未来气候变化的作物新品种的重要性,为以后农业生产制定政策提供基础数据和理论支持。