夜间增温对冬小麦生长及产量的影响

论文总字数：13411字

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

引言 1

1 材料与方法 2

1.1 研究区概况 2

1.2 试验材料和设计 2

1.3 测定项目及方法 2

1.3.1 冬小麦生育期调查 2

1.3.2 冬小麦株高、SPAD和叶面积指数测定 2

1.3.3 冬小麦地上部生物量测定 3

1.3.4 冬小麦产量与产量构成要素测定 3

1.4 数据处理 3

2 结果与分析 3

2.1 夜间增温处理对冬小麦生长特征的影响 3

2.1.1 夜间增温处理对冬小麦株高的影响 3

2.1.2夜间增温处理对冬小麦SPAD的影响 3

2.1.3 夜间增温处理对冬小麦LAI的影响 4

2.1.3 夜间增温处理对冬小麦地上部生物量的影响 5

2.2 夜间增温处理对冬小麦产量构成的影响 6

3 结论与讨论 6

参考文献 10

致谢..........................................................................................................12

夜间增温对冬小麦生长和产量的影响

王本鹏

,China

Abstract: Wheat is one of the main food crops in China. Changes in the night temperature will have a certain impact on its growth and yield. A field experiment with winter wheat (Ningmai 13 varieties) was conducted to investigate the effect of nighttime warming on plant growth and yield in winter wheat. The passively enhanced warming method was used with aluminum foil reflective film covering wheat canopy during nighttime. The results showed that, under nighttime warming conditions, winter wheat plant height and leaf area index (LAI) index decreased at the stages of jointing, booting, heading and flowering and grain filling. Nighttime warming increased the SPAD index at jointing stage and filling, but decreased at booting, heading and flowering stages. Nighttime warming also makes winter wheat dry matter weight to the ear transport. Temperature rise during the night led to the decrease of the final yield of winter wheat.

Key words:nighttime warming；winter wheat；growth situation；yields

引言

政府间气候变化专门委员会第五次评估报告表明^[1]：全球气温正在逐步升高。造成这一现象的主要原因在于人类活动的日益加剧。从1880到2012年全球平均温度已升高0.85℃(0.65-1.06℃范围间)。工业污染、污染气体的排放、森林中树木的过度砍伐等，这些都直接或间接的使大气中温室气体的浓度日益升高。对于我国而言，近50年来地表平均温度上升了1.1℃。预计到2050年升温幅度达到1.2℃~2.0℃，而到2100年则会达到2.2℃~4.2℃^[3]。我国三江平原地区1978~2000年的最高温度升幅也比最低温度升幅低0.7℃^[4]。

IPCC第3次评估报告指出，温度变化在全球气候系统变暖的形势下呈现出3种情况^[5]：①夜间增温幅度高于白天，进而导致气温日较差减小；②夏季的增温幅度低于冬季；③不同纬度的增温效果也不同，高纬度要大于低纬度地区^[5]。这可以看出自工业革命以来，目前人类活动所导致的气温升高存在非对称性，例如一天当中日最低温度的升温幅度比日最高温度的升温幅度要大，并且夜间最低气温上升的幅度是白天最高气温上升幅度的2~3倍^[6~7]。虽然非对称增温引起日较差减小的显著性仍有待进一步的探究^[8]，但是这一特征却在大气环流模式和1950年以来的气温观测中得到了证实^[9]。温度作为农作物生长发育的一个重要影响因子，气候的变暖势必会改变植物生长发育环境的温度，进而影响作物生长和其产量构成。

有研究发现^10]：导致作物产量下降的原因有很多，例如作物品种，种植灌溉方式和植物所处的生长环境，这其中夜间温度的变化改变了作物的生长环境，从而对产量构成了一定影响。

在全球变暖趋势下，夜温升高对农作物的影响日益突出。但是就目前而言，由于受条件限制，关于夜间升温对作物生产的影响研究还存在较大的不确定性。例如夜温每升高1℃，菲律宾地区水稻产量将下降10%左右^[13]，美国不同地区小麦产量则将下降1%-20%^[14]。可见大多数试验分析都表明，夜间温度升高对农作物产量有着负面作用^[13~14]。在作物的生长方面，通过分析长期的气象数据与单产的关系后。就我国目前对冬小麦夜间增温的研究来看，田云录等发现夜间增温处理下南京地区冬小麦单位面积产量不同于有些研究所得出的减产，其最终结果会增产18%^[18]；而房世波等报道春季夜间增温可导致冬小麦产量下降27%^[19]。也有研究认为，不同区域内夜间增温对冬小麦的影响也不同，不能简单的推论^[20]。在春冬两季，冬小麦都有着明显的生长发育，在这两个温度变化明显的季节内非对称性的增温对冬小麦的影响也等到了放大，从而改变了整个麦田内的生态系统碳循环^[21]。

小麦是我国主要的粮食作物。因此研究夜间增温对冬小麦的生长和产量的影响对于保证粮食安全具有重要意义。在对于农作物系统对气候变暖的实际响应研究方面，国际上也有了很多的田间增温实验来弥补相关模型和人工改变环境所造成的研究上的不足。目前已经经过实验的开放式增温系统有开顶箱、土壤加热管道或电缆（此方法会导致植被上部分冠层与下部分温度不均衡，地上部与地下部存在明显的差异）和红外线反射或辐射（该方法会在一定范围内影响植被周围的小气候）等方法。这些方法虽然适用，但缺点也明显。因此能稳定准确模拟气候变暖条件的田间敞开式增温实验（FATI，Free Air Temperature Increased）得到了广泛的认可，该试验可以得到系统水平上对作物在温度升高条件下的适应于响应。并且国内外在田间开放式增温试验上已经有了大量的研究，也为目前气候变暖条件下植物的生态环境变化积累了丰富的经验。鉴于敞开式田间主动式增温设施(free air temperature in-creased, FATI)运行成本高、电能消耗大、对田间基础条件要求也较高，本文将参考国际上已有的夜间被动式增温系统对冬小麦进行夜间增温。通过增温组与对照组的比较，从而研究冬小麦在夜间增温的环境下生长特征和产量构成要素的变化，为气候变化条件下冬小麦的生长和产量的估测提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

本试验于2015年11月至2016年5月期间在的农业气象实验站 (118°42′34″N,32°12′17″E) 进行，该实验站位于我国的亚热带湿润气候区，春季与秋季凉爽；夏季炎热；冬季干燥寒冷，每年梅雨时节则阴雨绵绵。年平均气温约为15.6℃，年平均降水量约1100mm，平均日照时数达到1900h，无霜期为237d。

1.2 试验材料和设计

本次试验的材料为宁麦13，冬小麦品种，生育期为210天左右，于2015年11月29日播种。增温实验设2水平，即对照（CK）和增温(NW)。每个水平分别设置3个小区，小区面积=2*2=4 m²。小区总数=2*3=6个。

对小麦进行增温处理时，在小麦整个生育期，夜间（19:00-6:00）用铝箔反光膜覆盖小麦冠层，根据小麦生长进程对铝箔膜的高度进行调整，使铝箔膜与水稻冠层距离保持0.3m左右。由于白天地表接受了太阳的热辐射，从而通过夜间铝箔膜的覆盖来阻挡向大气的逆辐射，这种方法使得夜间小麦冠层处于温度增高的情况下。

本实验小麦冠层在白天（早6点-晚7点）与对照组相比，增温幅度在0.1℃-0.6℃左右；夜间的增温幅度在0.9℃-1.2℃左右。增温效过稳定且显著。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 冬小麦生育期调查

观察六块冬小麦样本播种后出苗、三叶、分蘖、越冬、返青、起身、拔节、孕穗、抽穗、开花、灌浆、成熟的具体时期并做相关记录。

1.3.2 冬小麦株高、SPAD和LAI的测定

冬小麦从出苗期开始，每隔10天在每块样本内选取生长较整齐一致的植株（3株）测量株高，未抽穗之前量取植株基部到最上部展开叶的叶尖的距离，抽穗后量取从植株基部（量到穗顶（不包括芒）的距离。

测定SPAD时，首先进行反复的校准，直到屏幕显示N为0。然后用探头对准叶片中脉和边缘的中心点，确定叶片完全覆盖接受窗后关闭测量头。测定时要选取最顶端的叶片并且避免日光的直接照射。

测定LAI指标时，运用LAI2000在使用一个探头的方式下进行测量。首先保证在天气晴朗，光照充分的情况下调整好仪器后进行测量，数据存储分两部分：上冠层（A）与下冠层（B）。最终两者相除得到LAI指数。

1.3.5 冬小麦地上部生物量测定

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