矿质胁迫一直是世界范围内困扰农业生产的环境难题之一,也是全球“隐形饥饿”问题的强力推手。在全球气候环境加速变化背景下,这一问题变得愈加复杂和难解。探究气候变化下的矿质胁迫问题直接关系到全球生态系统稳定、人类健康、粮食和食品安全,也是预测未来农业投入、推进农业改革的重要科学依据。目前,人类对这一环境科学问题尚缺乏深入认知。气温增加与CO₂浓度升高作为全球变暖的重要特征和驱动因子,将是解密这一问题的重要切入点。探析气温与CO₂浓度升高对作物矿质元素胁迫及富集动态的影响已成为人类应对气候环境变化的当务之急。因此,本文选取甘肃定西地区这一对全球气候变化响应比较敏感的半干旱区作为试验基地,利用人工智能气候环境室,通过联合升高温度和CO₂浓度（1℃+50ppm;2℃+100ppm;3℃+150ppm）模拟未来气候变暖情景,主要进行了3方面的试验研究:（1）采用无土栽培方法,研究了气温与CO₂浓度升高,对Cd、Zn单一及复合胁迫下小麦幼苗组织及其亚细胞组分（细胞壁、细胞器和细胞可溶性组分）中胁迫元素Cd、Zn及其它非胁迫元素Cu、Fe、Mn、K、Ca和Mg的富集和分布动态的影响,剖析了其可能的机制;（2）采用大田试验方式,研究了气温与CO₂浓度联合升高对马铃薯各组织矿质元素富集和分布动态的影响。（3）研究了气温与CO₂浓度联合升高对土壤农化特性、矿质元素迁移及其生物有效性的影响。主要研究结果如下:1.小麦幼苗无土栽培试验结果（1）单一Cd胁迫试验结果显示,随气温和CO₂浓度增加,小麦幼苗根、叶部Cd富集系数呈现显著的上升趋势,最高上升至对照组的3.37倍,而Zn、Cu、Fe、Mn、K、Ca、Mg等元素均呈现不同程度的下降趋势,最高分别下降至对照组的0.64、0.28、0.42、0.51和0.53倍。小麦幼苗根、叶部各亚细胞组分Cd浓度积累均呈增加趋势,其余元素则呈下降趋势,仅叶部Mn元素明显增加,其中Cd最大增幅出现在高Cd浓度胁迫下的叶部F3层（细胞可溶性组分）,相比对照组增幅达258.9%。气温与CO₂浓度联合升高对Cd胁迫下各亚细胞组分中包括Cd及其它矿质元素在内的分布影响存在不确定性,无明显规律性可循。随着气温与CO₂浓度升高,Cd自根向叶部的迁移呈现增加趋势,最高增加至对照组的1.8倍;微量元素Zn、Cu呈现波动趋势;Fe呈现先下降后增高趋势;Mn呈现增加趋势,常量元素K、Mg、Ca则保持相对稳定。（2）单一Zn胁迫下的试验结果显示,随气温与CO₂浓度的联合升高,小麦幼苗对包括Zn元素在内的绝大多数矿质元素的富集呈现下降趋势,Zn最大下降至对照组的0.50倍。各亚细胞内矿质元素的积累也呈现下降趋势,其中Zn最大降幅出现在高Zn浓度胁迫下的根部F2层（细胞器）,相比对照组降幅达66.6%。各亚细胞层的比例分布变化没有明显的规律性。气温与CO₂浓度联合升高对Zn胁迫下不同元素的迁移影响存在明显的元素种类间的差异,且因胁迫浓度的不同而有所变化,其中Zn、Fe自根向叶部的迁移呈现波动变化趋势;Cu呈现先降后回升趋势;Mn和K呈现增加趋势,最高分别增加至对照组的4.15和2.26倍;Ca在高浓度Zn胁迫下呈现降低趋势,在低浓度Zn胁迫下则呈现增加趋势;Mg基本保持稳定。（3）Cd、Zn四种浓度组合复合胁迫下的试验结果显示,随气温和CO₂浓度增加,小麦幼苗根、叶部Cd富集系数总体上呈现显著的增加趋势,最高增幅为对照组的10.24倍;Zn、K、Ca和Mg的富集系数总体呈现降低趋势,最高降幅分别为对照组的0.52、0.57、0.39和0.29倍;Cu、Fe的富集系数呈现先降后回升趋势,Mn在叶部呈现增加趋势,根部则呈现先降后升趋势。气温和CO₂浓度增加对小麦幼苗矿质元素自根向叶部的迁移影响存在显著的元素种类间差异,且受Cd、Zn组合浓度差及浓度水平的影响较大。2.大田土壤试验结果本研究在进行无土栽培试验的同时,开展了大田试验,并对马铃薯种植前与收获后的大田土壤进行了对比分析,结果显示,随气温和CO₂浓度的联合升高,供试土壤耕作层中各农化指标总体呈现不同程度的下降,但不具统计学意义。有机质、总氮、碱解氮、速效磷、速效钾和pH值相比对照组,最大降幅分别为11.97%、20%、16.63%、4.88%、3.15%和3.87%。气温和CO₂浓度的联合增加对土壤全量矿质元素含量影响相对较小。各矿质元素有效态含量,除K元素以外,均呈现一定幅度的增加,但TC3（3℃+150ppm）状态下,绝大多数元素的增幅出现一定回落,其中K最大降幅为3.15%;Zn、Cu、Fe、Mn、Ca、Mg、Cd、和Pb最大增幅分别为39.61%、19.01%、18.10%、23.35%、18.51%、20.98%、29.55和11.27%。3.大田马铃薯试验结果考虑到小麦单一作物无土栽培试验的局限性,本研究同步进行了大田马铃薯试验,结果显示,随气温与CO₂浓度联合升高,对人类健康最密切的马铃薯块茎部对Zn、Cu、Fe、K、Ca、Mg和Pb的富集呈现不同程度下降,最大降幅分别为21.63%、19.53%、16.57%、15.47、27.21%、20.16%和22.28%;对Cd和Mn的富集则出现一定程度的增加,最大增幅分别为48.48%和14.57%。马铃薯叶、茎部对绝大多数矿质元素的富集呈现不同程度的增加,仅K和Pb出现下降;根部对绝大多数矿质元素的富集呈现不同程度的下降,仅Zn、Mn和Cd出现增加;气温与CO₂浓度联合升高对矿质元素在作物各组织内部分布的影响具有不均衡性,且存在元素种类间的差异。随气温与CO₂浓度升高,各矿质元素自马铃薯根部向叶、茎和块茎的迁移呈现不同程度的变化,但多数情况下不具统计学意义。上述研究结果表明,气温与CO₂浓度联合升高可对小麦幼苗矿质胁迫下的元素富集、迁移及亚细胞内分布等产生不同程度的影响,最终导致其对毒性元素Cd的吸收增加,而对包括Zn在内的绝大多数必须营养元素吸收降低;对正常大田种植的马铃薯各组织部矿质元素的分布、迁移产生非对等影响,导致马铃薯块茎部营养元素含量降低,叶、茎部含量增加,同时可导致马铃薯种植土壤养分特性改变,其中有效态矿质元素含量有所增加。这都预示着未来气候环境变化将在一定程度上威胁到人类的食品安全,降低食品的营养品质,从而进一步加剧全球的“隐形饥饿”问题。