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由于化石燃料及土地利用的变化,全球CO2浓度日益增加,预计2050年大气CO2浓度将达到550μmol mol-1。由于作物对CO2浓度升高的响应会因氮素甚至其他养分不足受到限制,亟需重新审视未来更高CO2浓度条件下的施肥增产管理策略,在保障粮食安全的同时实现农业可持续发展。此外夜间植物根系和土壤呼吸使田间大气CO2浓度夜间高于白天,为获得CO2浓度升高与施肥水平互作对作物产量刺激的准确估计,应重视对CO2浓度的夜间控制。小麦属于C3禾本科作物,是全球种植面积最大,总产量最高的粮食作物,也是我国第三大粮食作物,其对CO2浓度升高的响应备受关注。本文利用仿野外环境全自动CO2检控系统,探究2050年预期大气CO2浓度下冬小麦（川麦58）光合生理特性、小麦干物质和养分累积分配规律及土壤养分和碳氮关键酶活性变化规律,以期为未来高产、高效、生态安全的冬小麦生产提供理论依据。试验设置两个CO2浓度(对照,Ambient CO2即ACO2,白天/夜晚=400±30/450±30μmol mol-1或ppm和高CO2浓度,Elevated CO2即ECO2,白天/夜晚=550±30/600±30μmol mol-1)和四个施肥处理（不施肥,CK;常规施肥减量20%,F1;常规施肥,F2;常规施肥加量20%,F3）。主要研究结果如下:（1）大气CO2浓度升高和施肥促进了小麦旗叶净光合速率,开花期出现明显的光合适应。乳熟期CO2浓度升高使冬小麦的净光合速率降低,相对叶绿素含量的变化趋势与光合速率变化一致,说明CO2升高处理使小麦旗叶衰老较快,抑制其光合速率。增加或减少20%常规施肥量对成熟期小麦旗叶的净光合速率无显著影响。（2）高CO2浓度使冬小麦地上部的生物量在抽穗期、开花期和成熟期分别增加48.2%、35.82%和32.11%,使成熟期叶、茎鞘、籽粒的干物质分配比例分别下降1.60,0.70和2.10个百分点;而颖壳+穗轴增加了4.40个百分点;干物质转运率和转运贡献率分别增加7.42和19.75个百分点。高CO2浓度下增加或减少20%常规施肥量对冬小麦地上部干重和各器官分配比例均无显著影响。CO2浓度升高下冬小麦叶片、茎鞘、颖壳+穗轴的转运量分别增加了43.48%,64.18%和40.00%。与不施肥处理相比,施肥显著提高了冬小麦营养器官的干物质转运量;但地上部干物质转运率在施肥处理间无显著差异。（3）CO2浓度升高和施肥对冬小麦产量有正向的促进作用。不施肥时,CO2浓度升高下冬小麦籽粒产量降低19.22%;施肥时,CO2浓度升高下籽粒产量平均增加42.48%。不考虑施肥的影响,CO2浓度升高下冬小麦穗长、穗粒数和每株穗数分别增加12.16%、40.61%和18.18%。CO2浓度升高使冬小麦增产的原因是穗粒数和每株穗数的增加。高CO2浓度下增加或减少20%常规施肥量对冬小麦产量、穗长、穗粒数、千粒重和收获指数均无显著影响,CO2升高和施肥处理间无明显交互效应。CO2浓度和施肥量对冬小麦产量及构成因素均无明显的交互效应。（4）CO2浓度升高下冬小麦植株碳累积规律与生物量变化一致,碳素在抽穗期和开花期更倾向于在根和茎叶中累积,成熟期更倾向于向穗和籽粒中分配。冬小麦各器官的碳含量对高CO2的响应不同。CO2浓度升高使叶、茎、穗的碳含量增加,根的碳含量降低,地上部各器官的碳含量在施肥处理间均无显著差异。CO2浓度升高使抽穗期、开花期和成熟期叶、茎、穗、根中氮含量均降低,使冬小麦地上部氮素累积量在抽穗期、开花期和成熟期分别增加49.16%、40.42%和18.12%。CO2浓度升高使成熟期冬小麦籽粒氮含量降低12.97%,对籽粒磷、钾含量无显著影响;使籽粒氮、磷、钾素累积量分别增加22.04%、38.11%和36.93%。无论对照CO2浓度还是CO2升高处理,增加或减少20%常规施肥量对成熟期籽粒氮含量、籽粒和植株氮累积量、籽粒钾含量及磷、钾累积量均无显著影响。稀释效应并不能完全解释养分含量变化。（5）CO2升高使开花期土壤p H降低4.37%,对抽穗期和成熟期土壤p H无显著影响,土壤有机质含量略微增加。土壤p H和成熟期土壤有机质含量在各施肥处理间无显著差异。高CO2下冬小麦对氮、磷和钾养分的吸收增加与土壤有效态氮（包括铵态氮和硝态氮）、磷和钾含量降低相对应,表明CO2升高植株倾向于吸收更多的氮、磷和钾,从而能降低土壤中氮、磷和钾的有效性。CO2升高使土壤碱解氮含量在抽穗期、开花期和成熟期分别降低35.46%、7.52%和17.04%,土壤铵态氮含量降低42.88%、25.05%和17.28%,土壤硝态氮含量降低67.81%、83.77%和84.30%,土壤速效磷含量分别降低0.51%、14.24%和34.78%,土壤速效钾含量分别降低15.36%、4.12%和7.38%。增加或减少20%常规施肥量不影响土壤碱解氮和速效钾含量。（6）CO2浓度升高使土壤蔗糖酶活性在抽穗期、开花期和成熟期分别增加22.31%、13.04%和4.56%,土壤β-葡萄糖苷酶活性分别增加17.54%、11.55%和8.63%,土壤蛋白酶活性分别增加13.18%、16.70%和19.96%,土壤脲酶活性在抽穗期和成熟期分别增加12.5%和13.6%。与不施肥处理相比,施肥使土壤蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶和蛋白酶活性均显著增加,脲酶活性显著降低。综上所述,在未来CO2浓度升高条件下减少20%施肥量不影响冬小麦的产量及籽粒氮、磷、钾累积量。CO2浓度升高使冬小麦抽穗期和开花期净光合速率增加,促进冬小麦花前各器官光合产物累积和花后干物质转运,增加穗粒数和每株穗数,从而增加小麦产量。同时CO2浓度升高土壤酶活性增加,更有利于小麦吸收养分。CO2浓度和施肥量对冬小麦产量及构成因素均无明显的交互效应,在供试CO2浓度下,降低20%施肥量能够维持目前小麦产量,但增加20%施肥量不能进一步提高小麦产量。