冬小麥生產(chǎn)力對(duì)晝夜不同增溫的響應(yīng)研究.pdf

1、由于人類對(duì)地球的干擾加劇，20世紀(jì)全球平均氣溫已經(jīng)上升0.74℃，而且預(yù)計(jì)到2100年全球氣溫仍將上升1.8℃-4.0℃，相關(guān)預(yù)測(cè)認(rèn)為2000-2050年我國(guó)平均氣溫將升高1.2℃-2.0℃。目前，就陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)增溫響應(yīng)的試驗(yàn)研究主要集中在自然生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究較少。已有研究表明全球變暖將對(duì)我國(guó)糧食產(chǎn)量的持續(xù)提高構(gòu)成嚴(yán)重威脅。但這些研究多基于歷史資料的模型分析，僅有的少量試驗(yàn)研究也多是在非田間條件下進(jìn)行的，且很少對(duì)晝夜不同

2、增溫的差異展開(kāi)深入研究。同時(shí)，學(xué)術(shù)界和政界普遍認(rèn)為，今后中國(guó)全球變化研究必須把重點(diǎn)放在與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)、具有顯著區(qū)域特色和國(guó)際影響力的重大科學(xué)問(wèn)題上。因此，研究全球變暖背景下小麥生產(chǎn)力對(duì)晝夜不同增溫的響應(yīng)，符合我國(guó)中長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)科技發(fā)展和糧食安全戰(zhàn)略要求，具有重要的意義。小麥?zhǔn)俏覈?guó)最重要的糧食作物之一，全球變暖以冬春影響最大，冬小麥?zhǔn)芏涸鰷氐挠绊憣⒏鼮轱@著，冬小麥能否持續(xù)增產(chǎn)及其響應(yīng)特征一直受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。為此，筆者參考國(guó)際相關(guān)

3、增溫系統(tǒng)，于2007-2009年在江蘇南京設(shè)計(jì)并運(yùn)行了我國(guó)首個(gè)農(nóng)田開(kāi)放式主動(dòng)增溫系統(tǒng)(FATI，F(xiàn)ree Air TemperatureIncreased)，研究了晝夜不同增溫下江淮地區(qū)冬小麥生物學(xué)性狀、光合及呼吸速率、灌漿速率、灌漿關(guān)鍵酶、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成、物質(zhì)生產(chǎn)效率，獲得主要結(jié)論如下：
　　 開(kāi)放式主動(dòng)增溫系統(tǒng)可以在4m2有效面積內(nèi)顯著增溫，且不會(huì)影響田間溫度的變化趨勢(shì)。晝夜不同增溫略微降低了土壤水分含量，但未達(dá)

4、到差異顯著水平。3種增溫處理顯著縮短了小麥播種至始穗和成熟的天數(shù)。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)放式主動(dòng)增溫系統(tǒng)符合氣候變暖的機(jī)制，基本能滿足小麥所代表的典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)晝夜不同增溫響應(yīng)與適應(yīng)的試驗(yàn)研究要求。
　　 晝夜不同增溫條件下，冬小麥的無(wú)效分蘗減少，有效分蘗增加。對(duì)照(CK)的無(wú)效分蘗分別是全天增溫(AW)、白天增溫(DW)和夜間增溫(NW)處理的2.6、1.7和3.5倍，但有效分蘗卻比3個(gè)增溫處理分別減少13.7％、3.2％和0.5

5、％。同時(shí)，相對(duì)于不增溫對(duì)照，AW、DW和NW處理小麥株高分別提高了5.6％、4.5％和1.3％，旗葉面積分別提高了45.7％、39.4％和26.1％，開(kāi)花期總綠葉面積分別提高了25.1％、29.8％和17.3％，同期綠葉比分別提高了37.7％、43.3％和38.7％，也使冬小麥從播種至抽穗期年均分別縮短14 d、9.5 d和11.5 d，灌漿成熟期延長(zhǎng)3 d、3 d和2.5 d。另外，AW、DW和NW處理的每穗穎花數(shù)平均比CK提高了4.

6、1％、5.7％和1.7％，每穗實(shí)粒數(shù)分別提高了2.2％、5.3％和2.6％，但冬小麥的粒葉比年均降低了15.3％、8.5％和11.3％。結(jié)果表明3種增溫處理對(duì)江淮地區(qū)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響均傾向有利于產(chǎn)量形成的方向，在預(yù)期的增溫幅度下冬小麥生產(chǎn)力將可能進(jìn)一步提高。
　　 在AW、DW和NW3種增溫處理?xiàng)l件下，干物質(zhì)積累量?jī)赡昶骄謩e較CK提高了6.3％、7.9％和7.2％，產(chǎn)量提高了8.5％、16.6％和21.3％，有效穗數(shù)提高了

7、7.5％、3.8％和6.9％，每穗粒數(shù)提高了2.3％、6.5％和3.3％，千粒重提高了7.8％、9.2％和18.1％(P<0.05)。籽粒中淀粉組分、蛋白質(zhì)含量及組分發(fā)生明顯變化。3種增溫處理下，冬小麥總淀粉含量差異不顯著，但均顯著提高了籽粒中直/支淀粉的比例。增溫處理使籽粒中總蛋白質(zhì)含量顯著降低，并呈現(xiàn)CK>DW>NW>Aw的趨勢(shì)。白天增溫條件下，清蛋白含量最低，球蛋白含量最高，谷/醇比最低?？梢?jiàn)，氣候變暖對(duì)江淮地區(qū)冬小麥的生產(chǎn)有利，

8、但對(duì)籽粒品質(zhì)會(huì)有一定影響，在未來(lái)氣候變暖的背景下，可以利用冬小麥自身對(duì)氣候變暖的響應(yīng)與適應(yīng)能力，通過(guò)加強(qiáng)肥水運(yùn)籌來(lái)促進(jìn)冬小麥的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)栽培。
　　 晝夜不同增溫會(huì)提高葉片和莖鞘中的氮含量，而降低了穗部的氮含量。AW、DW和NW處理兩年分別使成熟期葉片中氮含量較CK提高了8.4％、15.9％和28.3％，莖鞘中氮含量提高了29.6％、21.0％和45.1％，而穗部氮含量下降了11.7％、5.2％和8.3％。晝夜不同增溫還提高了冬

9、小麥的成穗率、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率、收獲指數(shù)、氮素利用效率和氮素生產(chǎn)效率。AW、DW和NW處理兩年分別使成穗率較CK提高了55.2％、29.4％和71.2％，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率提高了32.3％、12.6％和23.9％，收獲指數(shù)提高了10.2％、15.2％和14.8％，氮肥生產(chǎn)效率提高了13.0％、19.3％和24.0％?？梢?jiàn)，氣候變暖將提高江淮地區(qū)冬小麥的物質(zhì)生產(chǎn)效率。
　　 氣溫升高會(huì)顯著改變?nèi)~片的葉綠素含量及組成。拔節(jié)期DW處理區(qū)旗葉葉綠

10、素a提高了18.8％，NW處理區(qū)旗葉葉綠素a卻降低了21.8％；葉綠素b在拔節(jié)期和花后20 d顯著提高，提高幅度在21.4％-48.9％之間。晝夜不同增溫對(duì)旗葉凈光合速率的影響不顯著，但旗葉光合產(chǎn)物卻顯著提高，提高幅度在15.5％-37.0％之間。夜間呼吸速率和呼吸產(chǎn)物在增溫后會(huì)顯著升高，呼吸速率升高幅度在18.4％-119.8％之間，呼吸產(chǎn)物升高幅度在52.6％-160.2％之間。氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率對(duì)增溫的響應(yīng)基本呈

11、一致降低的趨勢(shì)，這種反饋機(jī)制可能是冬小麥的一種有效響應(yīng)與適應(yīng)對(duì)策。從以上冬小麥旗葉光合及呼吸特性對(duì)增溫的響應(yīng)趨勢(shì)來(lái)看，在水分不缺乏的條件下，氣候變暖可能會(huì)對(duì)江淮地區(qū)冬小麥的生產(chǎn)有利。
　　 不增溫條件下，冬小麥強(qiáng)勢(shì)粒中蔗糖合酶(SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)和淀粉分支酶(SBE)的活性較弱勢(shì)粒高，而且三者白天的活性均比夜間高。不增溫條件下，整個(gè)灌漿期強(qiáng)勢(shì)粒中SS、AGPase和SBE的活性平均分別比弱勢(shì)粒高7

12、2.9％、111.4％和7.8％。全天、白天和夜間增溫條件下，強(qiáng)勢(shì)粒SS白天的活性比常溫對(duì)照的高8.4％～31.2％，夜間的活性比對(duì)照高11.1％～20.3％；弱勢(shì)粒SS白天的活性比對(duì)照高9.7％～20.3％之間，夜間的活性比對(duì)照高6.1％～32.0％。弱勢(shì)粒中AGPase活性在不同增溫處理下也顯著提高，其白天的活性比對(duì)照高54.2％～124.4％，夜間的活性比CK高20.7％～99.3％。增溫對(duì)SBE活性的影響較小，強(qiáng)勢(shì)粒和弱勢(shì)粒在增