二氧化碳（CO2）浓度升高是全球气候变化的主要特征之一。CO2是最重要的人为排放的温室气体之一。在1970—2004年，全球CO2的排放量增加了大约80%，全球大气中CO2浓度已由工业化时代前的280cm3/m3增加到2011年的390cm3/m3。
CO2是植物光合作用的原料。光合作用是指绿色植物叶片吸收太阳辐射中的可见光（太阳辐射波谱中人的肉眼可以看见的波段），通过光化学反应将进入叶片中的CO2固定转化成葡萄糖的过程。葡萄糖是植物生长（干物质生产）和产量形成的物质基础和能量来源。大气CO2浓度升高，一方面可以提高作物的光合作用速率，从而提高作物产量。另一方面，大气CO2浓度升高会降低植物叶片的气孔导度，减少植物蒸腾消耗的水量，从而提高作物生产的水分利用效率。作物水分利用效率是指植物每消耗单位水量（千克或吨）所生产的总干物质量（或产量）。作物水分利用效率的提高意味着作物需水量减少，使得原来不适宜种植这些作物的较干旱地区未来也有可能种植这些作物，从而导致作物分布区域向较干旱的地区推移。
但是，大气CO2浓度升高导致的植物叶片光合速率的提高，使得植物体内碳水化合物积累的速率大于氮素积累的速率，往往导致植物体内碳/氮值升高。另一方面，大气CO2浓度升高导致的叶片气孔导度下降、植物蒸腾减少，则会使植物体温度升高。植物体内碳/氮值升高以及植物体温度升高，都会加速作物植株的衰老，使生育期特别是生殖生长期缩短，即植株早衰，这对作物产量会有负面影响。因此，大气CO2浓度升高对作物产量的提高程度可能会低于其对作物光合作用速率的提高程度，作物谷物产量并不见得会增产。
（罗卫红）