冬小麥生產力對晝夜不同增溫的響應研究.pdf

1、由于人類對地球的干擾加劇，20世紀全球平均氣溫已經上升0.74℃，而且預計到2100年全球氣溫仍將上升1.8℃-4.0℃，相關預測認為2000-2050年我國平均氣溫將升高1.2℃-2.0℃。目前，就陸地生態(tài)系統(tǒng)對增溫響應的試驗研究主要集中在自然生態(tài)系統(tǒng)，對農田生態(tài)系統(tǒng)的研究較少。已有研究表明全球變暖將對我國糧食產量的持續(xù)提高構成嚴重威脅。但這些研究多基于歷史資料的模型分析，僅有的少量試驗研究也多是在非田間條件下進行的，且很少對晝夜不同

2、增溫的差異展開深入研究。同時，學術界和政界普遍認為，今后中國全球變化研究必須把重點放在與國計民生息息相關、具有顯著區(qū)域特色和國際影響力的重大科學問題上。因此，研究全球變暖背景下小麥生產力對晝夜不同增溫的響應，符合我國中長期農業(yè)科技發(fā)展和糧食安全戰(zhàn)略要求，具有重要的意義。小麥是我國最重要的糧食作物之一，全球變暖以冬春影響最大，冬小麥受冬春增溫的影響將更為顯著，冬小麥能否持續(xù)增產及其響應特征一直受到國際社會的廣泛關注。為此，筆者參考國際相關

3、增溫系統(tǒng)，于2007-2009年在江蘇南京設計并運行了我國首個農田開放式主動增溫系統(tǒng)(FATI，Free Air TemperatureIncreased)，研究了晝夜不同增溫下江淮地區(qū)冬小麥生物學性狀、光合及呼吸速率、灌漿速率、灌漿關鍵酶、干物質積累、產量及產量構成、物質生產效率，獲得主要結論如下：
　　 開放式主動增溫系統(tǒng)可以在4m2有效面積內顯著增溫，且不會影響田間溫度的變化趨勢。晝夜不同增溫略微降低了土壤水分含量，但未達

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。本試驗設計的開放式主動增溫系統(tǒng)符合氣候變暖的機制，基本能滿足小麥所代表的典型農田生態(tài)系統(tǒng)對晝夜不同增溫響應與適應的試驗研究要求。
　　 晝夜不同增溫條件下，冬小麥的無效分蘗減少，有效分蘗增加。對照(CK)的無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個增溫處理分別減少13.7％、3.2％和0.5

5、％。同時，相對于不增溫對照，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3 d、3 d和2.5 d。另外，AW、DW和NW處理的每穗穎花數平均比CK提高了4.

6、1％、5.7％和1.7％，每穗實粒數分別提高了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％。結果表明3種增溫處理對江淮地區(qū)冬小麥生長發(fā)育的影響均傾向有利于產量形成的方向，在預期的增溫幅度下冬小麥生產力將可能進一步提高。
　　 在AW、DW和NW3種增溫處理條件下，干物質積累量兩年平均分別較CK提高了6.3％、7.9％和7.2％，產量提高了8.5％、16.6％和21.3％，有效穗數提高了

7、7.5％、3.8％和6.9％，每穗粒數提高了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含量顯著降低，并呈現CK>DW>NW>Aw的趨勢。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?？梢姡瑲夂蜃兣瘜吹貐^(qū)冬小麥的生產有利，

8、但對籽粒品質會有一定影響，在未來氣候變暖的背景下，可以利用冬小麥自身對氣候變暖的響應與適應能力，通過加強肥水運籌來促進冬小麥的高產、優(yōu)質栽培。
　　 晝夜不同增溫會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、干物質轉運率、收獲指數、氮素利用效率和氮素生產效率。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％，干物質轉運率提高了32.3％、12.6％和23.9％，收獲指數提高了10.2％、15.2％和14.8％，氮肥生產效率提高了13.0％、19.3％和24.0％。可見，氣候變暖將提高江淮地區(qū)冬小麥的物質生產效率。
　　 氣溫升高會顯著改變葉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。晝夜不同增溫對旗葉凈光合速率的影響不顯著，但旗葉光合產物卻顯著提高，提高幅度在15.5％-37.0％之間。夜間呼吸速率和呼吸產物在增溫后會顯著升高，呼吸速率升高幅度在18.4％-119.8％之間，呼吸產物升高幅度在52.6％-160.2％之間。氣孔導度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率對增溫的響應基本呈

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

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