在气候变暖背景下，昼夜非对称性升温和大气CO₂浓度升高成为气候变化的重要特征与驱动因素。气候变化影响水热资源分布，驱动三大粮食作物（小麦、玉米、水稻）的种植结构、种植界限等发生改变，研究主要粮食作物对气候变暖的响应，对保障粮食安全具有重要意义。基于高密度气象台站资料，采用统计方法分析1990年前、后30 a热量资源变化及其对中国三大粮食作物潜在种植区的可能影响；同时，汇总“大田条件下的自由空气增温实验（Free Air Temperature Increase， FATI）”和“控温控CO₂的开顶箱实验（Open-Top Chamber， OTC）”多站点试验结果，结合文献荟萃方法，探讨气候变暖对三大作物生育期和产量的影响。 结果表明：1）中国农业热量资源总体在增加，农耕期持续天数和积温显著上升，无霜期延长；极端高温日数普遍增多，部分地区（如陕甘宁）农耕期极端低温日数亦有所增加，极端气象灾害风险加剧。2）三大作物种植北界发生了程度不一的北移，潜在适宜种植面积增加。3）气候变暖初期利于冬小麦生长，过度升温将致发育提前、霜冻风险上升，春小麦生育期缩短、产量受限；CO₂浓度升高虽有增产效应，但难以抵消高温带来的不利影响。4）气候变暖通过缩短玉米生育期、减少穗粒数和千粒重，抑制产量形成，夜间增温加剧产量下降；CO₂浓度升高对玉米生长与产量的作用有限，增温为主导因子。5）单纯增温对早稻产量有抑制作用，对晚稻则有促进作用；早稻增温削弱CO₂的增产效应，晚稻则表现为协同促进，提升产量。

选用南北方冬小麦品种作试验材料，通过地理分期播种试验，采用方差分析、主成分分析、聚类分析等方法对冬小麦籽粒氨基酸品质等进行评价，利用典型相关和回归分析等方法分析冬小麦氨基酸品质与气候生态因子的相关程度，并选择相关性显著的气候生态因子构建冬小麦氨基酸含量预测模型。结果表明，各冬小麦氨基酸成分中，非必需氨基酸中的谷氨酸平均含量最高，必需氨基酸中的蛋氨酸平均含量最低；必需氨基酸和非必需氨基酸环境适应性相对较强，而半必需氨基酸在进行优质育种时选择潜势较大；冬小麦氨基酸成分含量呈现出北方品种高于南方品种的区域分布特征，苏氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和甘氨酸含量地域性差异显著。氨基酸品质可由累计贡献率达97.796%的3个主成分解释，其综合品质评价为固城郯麦98表现最优，泰安山农18表现较好，而荆州郑麦9023、宿州皖麦52、徐州徐麦33表现较差；聚类分析中类群排列与冬小麦氨基酸成分含量及其地域分布关系密切，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类依次为华北麦区郯麦98、黄淮北部麦区山农18、黄淮南部麦区皖麦52、黄淮南部麦区徐麦33和江淮麦区郑麦9023，与主成分分析中的综合评价排序有一致性；冬小麦氨基酸含量与气候生态因子相关密切，其中必需氨基酸含量与温湿条件相关最显著，大部分氨基酸成分均可以通过调节小气候环境或土壤湿度的方式提高其含量品质。