夜间增温对江苏不同年代水稻主栽品种生育期和产量的影响

采用开放式主动增温系统,在江苏省丹阳市开展夜间增温试验,研究夜间温度升高对江苏1970s—2000s 8个主要推广水稻品种生育期和产量的影响.结果表明:不同年代水稻品种的主要生长特性对夜间增温的响应程度存在明显差异,但响应趋势基本一致.全生育期内水稻冠层夜间温度平均升高0.9℃,水稻始穗期平均提前1.1 d,全生育期缩短1.3 d.夜间增温下,花后总绿叶面积和剑叶面积呈下降趋势,成熟期生物学产量和籽粒产量分别平均降低了3.5%和5.1%,植株N含量也降低.产量构成分析发现,夜间增温主要通过降低水稻有效穗数和穗粒数使产量下降,单位面积总颖花数下降了12.6%.品种间并未随年代发展而出现明显的变化趋势,新老品种间差异不显著.     

增温对青藏高原冬小麦干物质积累转运及氮吸收利用的影响

青藏高原是气候变化的敏感区,该区域作物生产受气候变暖的影响较大,但至今仍缺乏相关的田间实证研究。探讨青藏高原作物生长发育对气候变暖的响应特征,对该区域作物生产技术的创新具有重要意义。该研究以高产优质冬小麦(Triticum aestivum)品种‘山冬6号’为试验材料,在拉萨市农业科学研究所科研基地进行田间远红外增温试验,研究了日平均气温升高1.1℃对冬小麦物质分配和转运的影响。研究表明:增温处理下,播种至开花阶段群体水平的干物质积累速率、籽粒干物质分配比例和开花前贮藏同化物转运量对籽粒产量的贡献率分别比对照提高了27.5%、5.6%和68.6%,但是开花至成熟期群体水平的干物质积累速率和籽粒干物质分配量无显著差异;增温提高了冬小麦的氮积累能力,成熟期氮向籽粒的分配比例及开花期营养器官中贮存的氮向籽粒的转运率均高于对照处理,分别高6.0%和5.5%;与对照相比,增温处理的收获指数无显著差异,但籽粒产量、氮吸收效率、氮肥偏生产力和氮收获指数均显著高于对照。该试验预期升温1.1℃将促进高海拔地区冬小麦干物质向籽粒分配和转运,有利于冬小麦高产和氮高效利用。     

夜间增温对冬小麦根系生长和土壤养分有效性的影响

气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间气温升高幅度显著高于白天.本研究采用夜间被动式增温系统,于2009-2010年在我国冬小麦主产区（石家庄、徐州、许昌和镇江）进行全生育期田间增温试验,研究了土壤pH值、速效养分和抽穗期冬小麦根系对夜间增温的响应.结果表明： 与不增温对照相比,夜间增温显著降低了土壤pH值和速效养分含量,并在一定程度上提高了根系干质量和根冠比.冬小麦整个生育期,夜间增温分别使石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤pH值平均降低0.4%、0.4%、0.7%和0.9%,碱解氮含量平均降低8.1%、8.1%、7.1%和6.0%,速效磷含量平均降低15.7%、12.1%、19.6%和25.8%;速效钾含量平均降低11.5%、7.6%、7.6%和10.1%.增温处理下,石家庄、徐州和镇江试验点抽穗期冬小麦根系干质量分别平均增加31.5%、27.0%和14.5%;石家庄、许昌和镇江试验点抽穗期冬小麦根冠比分别平均提高23.8%、13.7%和9.7%.夜间增温可能通过改变土壤化学特性影响土壤养分供应和冬小麦生长     

夜间增温对冬小麦根系生长和土壤养分有效性的影响

气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间气温升高幅度显著高于白天.本研究采用夜间被动式增温系统,于2009-2010年在我国冬小麦主产区（石家庄、徐州、许昌和镇江）进行全生育期田间增温试验,研究了土壤pH值、速效养分和抽穗期冬小麦根系对夜间增温的响应.结果表明： 与不增温对照相比,夜间增温显著降低了土壤pH值和速效养分含量,并在一定程度上提高了根系干质量和根冠比.冬小麦整个生育期,夜间增温分别使石家庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤pH值平均降低0.4%、0.4%、0.7%和0.9%,碱解氮含量平均降低8.1%、8.1%、7.1%和6.0%,速效磷含量平均降低15.7%、12.1%、19.6%和25.8%;速效钾含量平均降低11.5%、7.6%、7.6%和10.1%.增温处理下,石家庄、徐州和镇江试验点抽穗期冬小麦根系干质量分别平均增加31.5%、27.0%和14.5%;石家庄、许昌和镇江试验点抽穗期冬小麦根冠比分别平均提高23.8%、13.7%和9.7%.夜间增温可能通过改变土壤化学特性影响土壤养分供应和冬小麦生长     

开放式增温下非对称性增温对冬小麦生长特征及产量构成的影响

在江苏南京(2007-2009年)设置了全天增温(AW)、白天增温(DW)和夜间增温(NW)3种处理,研究冬小麦生长及产量构成的响应差异.结果表明:非对称性增温条件下,冬小麦的无效分蘖减少,有效分蘖增加.对照(CK)处理的无效分蘖分别是AW、DW和NW处理的2.6、1.7和3.5倍,但有效分蘖却比3个增温处理分别减少13.7%、3.2%和0.5%.AW、DW和NW处理小麦株高分别较CK提高了5.6%、4.5%和1.3%.旗叶面积分别提高了45.7%、39.4%和26.1%,开花期总绿叶面积分别提高了25.1%、29.8%和17.3%,同期绿叶比分别提高了37.7%、43.3%和38.7%.穗部性状中,AW、DW和NW处理的每穗颖花数平均比CK提高了4.1%、5.7%和1.7%,每穗实粒数分别提高了2.2%、5.3%和2.6%.AW、DW和NW处理冬小麦的粒叶比平均分别较CK降低了15.3%、8.5%和11.3%,但千粒重平均分别提高了6.9%、6.2%和11.8%,单位面积产量平均分别提高了27.0%、40.1%和18.3%.表明预期增温条件下华东地区冬小麦生产力将可能进一步提高.     

被动式夜间增温设施设计及其增温效果

为了建立一套简便节能的野外夜间增温设施,参照国际上夜间被动式增温系统（passive nighttime warming, PNW）,在江苏丹阳设计了稻麦系统夜间被动式增温设施.结果表明：该系统可以保证15.75 m²的有效采样区域,温度增幅均匀,水稻冠层全生育期夜间平均温度升高1.1 ℃,冬小麦冠层和5 cm土层全生育期夜间平均温度分别提高1.3 ℃和0.8 ℃;该增温系统在运行期间,水稻和冬小麦全生育期的冠层和土壤温度的日变化趋势与非增温对照区基本一致.该系统使麦田土壤含水量略微降低,但对小麦生长的影响不明显.将该系统在我国水稻和冬小麦主要产区应用时发现,该夜间增温系统可以使水稻和冬小麦始花期分别平均提前3 d和5 d.该系统的增温效果在不同区域和季节存在一定的差异,但综合考虑该系统的增温均匀性和增温区域有效性,及其对稻麦生育期的影响效果,该设施不仅节能,而且可以满足野外增温试验研究的基本要求.     

施氮水平对2种穗型冬小麦品种产量及氮素吸收利用的影响

在大田高产栽培条件下,以大穗型小麦品种‘兰考矮早八’和多穗型品种‘豫麦49-198’为材料,研究了4个施氮水平下2种穗型冬小麦品种的籽粒产量、氮素吸收和氮肥利用效率。结果显示:随着施氮水平的提高,2种穗型小麦植株地上部生物量(返青期、拔节期除外)、籽粒产量和籽粒蛋白质产量均呈先增加后降低的趋势并都显著高于对照(不施氮),且均以180 kg.hm-2施氮处理最高,而2品种小麦各生育期植株氮素积累量和成熟期籽粒蛋白质含量却逐渐增加,且大都显著高于对照;2品种小麦的氮肥利用率、土壤氮贡献率以及氮收获指数均表现出180 kg.hm-2>90 kg.hm-2>360 kg.hm-2的趋势,且不同氮肥处理间均存在极显著差异(P<0.01)。研究表明,2种穗型冬小麦品种在试验条件下施用纯氮180 kg.hm-2可获得较高籽粒产量、蛋白质产量和氮收获指数。     

田间增温对半干旱区春小麦生长发育和产量的影响

在中国气象局兰州干旱气象研究所定西气象和生态环境试验站,利用开放式红外增温系统设置增加0 ℃(对照)、1 ℃、2 ℃3个温度梯度,模拟田间增温对春小麦生长发育、产量及产量构成因素的影响.结果表明: 冠层温度增加1～2 ℃,春小麦的全生育期比对照缩短7～11 d.生育前期增温使株高增高,叶面积指数增大;从拔节期开始增温使株高和叶面积指数降低,且增温2 ℃处理的效应大于增温1 ℃处理.温度升高导致叶绿素含量降低,尤其是灌浆后期到乳熟期.增温1～2 ℃,产量较对照降低25.4%～45.5%,主要是由于穗粒数和穗粒质量显著减少.增温处理明显降低了春小麦田间土壤贮水量,0～100 cm土壤贮水消耗量随温度的增加呈逐渐增加趋势,而在100 cm以下深层土壤变化趋势不明显.     

开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究

全球变暖趋势日益明朗,且存在明显的季节性差异和昼夜不对称性。水稻是我国最重要的粮食作物,研究水稻生产力对昼夜不同增温的响应与适应对我国未来粮食安全战略决策至关重要。为此,作者在江苏南京设计我国首个稻田开放式增温（FATI：Free Air Temperature Increased) 系统,在2007—2008年对水稻进行昼夜不同增温（全天增温、白天增温和夜间增温）的试验研究。结果表明,该增温系统可以形成4 m2均匀且稳定的增温范围,全天、白天和夜间增温处理平均分别可以使水稻全生育期冠层日均温升高2.0℃、0.6℃和0.9℃。白天增温使水稻全生育期冠层白天温度平均升高1.1℃,夜间增温使夜间温度平均升高1.8℃,与未来的升温幅度相似。全天、白天和夜间增温处理下,水稻冠层温度日较差变化分别为0.1℃、0.6℃和-0.9℃。同时,在该系统的3种增温情景下,水稻分蘖期、孕穗期和灌浆期的田间冠层温度日变化趋势基本与常规对照区一致,全生育期的日平均温度变化趋势也基本一致。两年的增温试验表明,不同增温情景均对水稻的生育进程、成熟期地上生物量和产量产生了明显的影响。其中全天、白天和夜间增温分别使水稻从移栽到始穗平均的日期缩短3.5 d、2 d和2.5 d,但对始穗至成熟期的影响不明显;全天、白天和夜间增温分别使水稻地上生物量降低7.7%、6.6%和2.8%,但差异均不显著;白天和夜间增温分别使水稻产量下降8.9%和4.5%,而全天增温下水稻产量略有上升,但均未达到显著水平。从产量构成来看,增温下有效穗数和结实率呈现递增趋势,每穗粒数和千粒重呈现下降趋势。增温对水稻株高的影响不明显。上述结果表明,该稻田开放式增温系统能满足水稻系统生产力对未来气候变暖响应与适应的试验研究要求,气候变暖对水稻生产力影响的相关模型分析结果也尚需进一步的田间实际增温试验验证,模型所需的相关参数也需要进一步完善。     

不同类型保水剂对冬小麦水分利用效率和根系形态的影响

采用田间小区试验,研究5种不同类型保水剂及2个施用水平对冬小麦产量、水分利用效率、根形态的影响.结果表明: 冬小麦茎蘖数、旗叶面积、产量和水分利用效率在不同类型保水剂及施用量处理之间存在显著差异.与对照相比,5种保水剂处理冬小麦产量增加1.3%～7.9%,水分利用效率由对照的17.1 kg·hm^-2·mm^-1提高到18.0～20.7 kg·hm^-2·mm^-1.保水剂对冬小麦根系的平均直径、总根长和总表面积的影响均达到显著水平,在0～20和20～40 cm土层,总根长分别增加3.7%～19.1%和6.3%～27.3%,总表面积分别增加6.5%～21.7%和2.9%～18.5%.冬小麦根系形态特征与冬小麦产量和水分利用效率均呈显著正相关.丙烯酰胺/无机矿物复合型保水剂对提高冬小麦水分利用效率和促进根系生长效果最为明显.     

大田增温对夏玉米光合特性的影响

在大田条件下研究了增温对两个夏玉米品种农大108(ND108)和掖单13号(YD13)光合特性及产量的影响.结果表明:大喇叭口期到成熟期增温显著降低了夏玉米籽粒产量,ND108和YD13的籽粒产量分别较对照降低了46.6%和45.1%;叶面积指数平均值分别降低了15.4%和11.5%;穗位叶叶片光合速率平均值分别降低了22.85%和18.14%;两个玉米品种叶片的叶绿素a和叶绿素b含量显著降低,但对叶绿素a的影响更显著.增温后玉米叶片的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)和核酮糖二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性都显著降低,ND108、YD13叶片的PEPCase和RuBPCase活性分别较对照降低了51.1%、32.4%和29.5%、7.7%.     

气候变化对黄淮海平原冬小麦产量和耗水的影响及品种适应性评估

基于IPCC5 3种代表性温室气体浓度排放路径(RCP)的情景集成数据,采用VIP生态水文模型,模拟分析了黄淮海平原未来冬小麦产量、蒸散量的气候变化响应.模拟结果表明:未考虑CO2肥效时,3种典型排放路径下,冬小麦生育期都将因气温上升而缩短,其产量和蒸散量将呈下降趋势.CO2浓度增加对作物生长的有利影响强于气候变化带来的不利影响,是未来情景下冬小麦产量增加的主要原因.以RCP4.5为例,2050s黄淮海地区冬小麦平均产量将增加14.8%(无CO2肥效时产量下降2.5%),蒸散量降低2.1%.采用积温需求更高的品种将有利于冬小麦利用CO2肥效提高其产量,但耗水量将有所增加.因此,培育适应气候变化的作物品种、发展节水农业和管理技术是应对气候变化的关键.     

马铃薯/大豆套作对3个大豆品种光合指标和产量的影响

以大豆品种中黄30(早熟)、冀豆17(中熟)和齐黄34(晚熟)单作为对照,在大田条件下,研究马铃薯/大豆套作模式中3个品种生育期叶面积指数的变化及干物质积累的特征,分析套作马铃薯收获前后对大豆光合指标、产量及其构成因素的影响.结果表明： 生育前期阴蔽导致套作大豆叶面积指数(LAI)降低,干物质积累变缓,营养生长期相对延长,不同品种套作大豆光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(g_s)均低于单作.生育后期套作大豆生长加快,尤其是马铃薯收获后晚熟品种增幅显著提高.此时,套作大豆受光条件得到较大改善,表现出较强的补偿效应,LAI、干物质积累、P_n和g_s相对于单作上升幅度加大,接近于单作大豆,但不同品种补偿能力不同.与单作相比,套作模式下不同大豆品种的有效荚数、单株粒数及每荚粒数均有所降低,其中早熟品种分别显著下降22.0%、36.0%、17.6%,中熟品种下降5.1%、13.1%、8.9%,晚熟品种下降5.7%、7.6%、2.1%.套作模式下,中、晚熟大豆品种的产量较早熟品种分别高92.4%和163.4%,总土地当量比(LER)分别达到1.81和1.84.表明中、晚熟大豆品种与马铃薯组合套作优势更强,有利于马铃薯收获后大豆的补偿生长,促进套作大豆产量提高,充分发挥了复合群体的产量优势.     

滇西北高原典型湿地湖滨带优势植物种子繁殖对增温的响应

基于IPCC对未来大气增温的预测,采用开顶式生长室(OTC)增温技术,以不增温为对照,研究滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带优势植物水葱和黑三棱在大气增温2.0和3.5℃处理下种子的繁殖特征.结果表明:大气增温对植物结实率影响显著,但存在种间差异.其中,增温对水葱的结实率有促进作用;黑三棱结实率在增温2.0℃处理下显著下降,但在增温3.5℃处理下又恢复到对照水平.增温促进了2种植物穗的生长,在增温2.0、3.5℃处理下水葱的穗长分别增加82.9%、89.0%,小穗数分别增加133.3%、150.0%,每株穗生物量分别增加了10.1%、89.6%,每株穗生物量占总生物量的比例分别增加79.5%、409.3%;在增温2.0、3.5℃处理下,黑三棱穗长分别增加66.1%、95.2%,每株穗生物量占总生物量的比例分别增加878.8%、1052.6%.增温显著增加了水葱和黑三棱每穗种子产量,在增温2.0、3.5℃处理下,水葱每穗种子产量分别增加33.7%、58.3%,黑三棱每穗种子产量分别显著增加3.4%、69.5%.在增温2.0、3.5℃处理下水葱种子长分别增加5.4%、6.9%,种子长宽比分别增大9.1%、5.3%;而增温对黑三棱的种子形态无显著影响.最高温和最低温是影响2种植物种子繁殖的主要温度因子.温度增高引起的生长季提前、营养生长期延长以及有机物积累量增加,为植物繁殖扩散提供了充足的物质和能量积累,可能是2种植物在增温条件下繁殖能力提高的原因.     

开放式空气二氧化碳浓度增高对小麦产量形成的影响

利用农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,以弱筋小麦宁麦9号为供试品种,研究大气CO₂浓度增高和不同施氮水平对小麦生育期、株高、产量和产量构成因素的影响.结果表明：FACE处理的小麦播种至抽穗期、抽穗至成熟期及全生育期天数分别比对照缩短1.3、1.3和2.6 d,但均未达到显著水平;FACE处理的小麦穗长、穗下第1和第2节间长度显著变长,成熟期株高显著增加,比对照增加4.0%;低、中、高氮条件下,FACE处理小麦的籽粒产量分别比对照提高15.2%、21.4%和35.4%,平均增产24.6%,均达极显著水平;FACE处理小麦的单位面积穗数极显著增加,比对照增加17.8%,使穗粒数和粒重显著增加,分别比对照增加了2.9%和4.8%.FACE处理使小麦显著增产主要是由于单位面积穗数显著增加,而单位面积穗数的增加主要是由于小麦的分蘖能力明显增强所致.     

环境增温对稻麦轮作生态系统中作物产量的影响

为了揭示气候变暖与生态系统之间的反馈机制,自2007年12月至2010年6月间,依托上海市青浦区农田水利技术推广站实验基地开展了野外红外增温试验,以期预测未来长三角地区稻麦轮作生态系统中作物产量对气候变暖的响应.试验结果表明,在土壤温度升高一定值且保持现有农业管理方式不变的情景下,第1年度水稻地上部生物量和产量分别下降3.47%、5.84%,冬小麦地上部生物量和产量则分别上升6.55%、5.19%;第2年度,水稻生物量下降19.53%,根系生物量增加8.69%,产量下降22.57%,冬小麦地上部生物量和产量分别上升6.27%和5.00%;第3年度冬小麦地上部生物量、根系生物量及产量分别上升6.24%、43.73%、5.17%.另外,在增温条件下,水稻主要性状指标变化不显著,但冬小麦性状变化显著.     

UV—B辐射对大豆生长、产量和稳定碳同位素组成的影响

大田条件下,模拟20%的平流层臭氧层衰减时辐射到地表的紫外线B（UV-B,280-320nm)的增强。研究了10个大豆（Glycine max(L.)Merr.)品种根、茎、叶和种子的稳定碳同位素组成（δ^13C)、生物量、产量和收获指数的变化。UV-B辐射增加使所有品种的总生物量和产量分别平均下降24.2%和23.3%,10个品种的收获指数平均提高1.39%,其中6个品种的收获指数增加,4个减少。与对照相比,UV-B作用下9个品种叶、茎、根和种子中稳定碳同位素（δ^13C值）组成降低,一个品种“8907-32”各器官稳定碳同位素组成增加。δ^13C值存在器官差异。10个品种的对照组和处理组的δ^13C平均值由大到小的顺序是根、茎、种子和叶。结果表明,UV-B可能导致大豆代谢过程及代谢产物的分配发生变化。     

寒地不同熟性品种水稻产量对CO_2浓度和温度升高响应的模拟

选择黑龙江省作为研究区域,根据主栽水稻生育期内所需积温选取3个代表性品种,重点分析增温和大气CO_2肥效作用对不同熟性品种水稻产量的影响.采用2013年的逐日气象资料及开顶式气室(OTC)(3个CO_2浓度:390、450和550μmol·mol~(-1))试验资料对品种的遗传参数进行调试;然后采用经验证的CERES-Rice作物模型分别模拟了3个CO_2浓度水平下,伴随温度升高1、2、3和4℃时早、中、晚熟品种水稻产量.结果表明:随CO_2浓度升高,不同品种水稻产量均上升;随温度升高,早熟品种产量持续下降,中、晚熟品种产量先上升再下降.若不考虑CO_2肥效作用,除了中熟和晚熟品种在增温1℃时会有3.1%和0.27%的小幅增产外,其余均表现为减产,其中早熟品种减产幅度最大,增温4℃时减产高达57.7%,而中熟和晚熟品种减产10%左右.若考虑CO_2肥效作用,450μmol·mol~(-1)CO_2浓度下,中熟和晚熟品种在增温2℃时仍增产0.75%和3.2%;550μmol·mol~(-1)CO_2浓度下,中熟品种在增温3℃时仍增产4.5%,晚熟品种在增温4℃时仍增产0.39%.而无论是否考虑CO_2肥效作用,早熟品种在增温作用下均表现大幅度减产.与不考虑CO_2肥效相比,大气CO_2肥效作用有效提高了水稻产量,但CO_2肥效对增产的贡献率在不同品种间差异不明显,且贡献率均小于10%.     

不同冬小麦品种不同叶位叶片在个体产量形成中的作用

以黄土高原南部半湿润区土垫旱耕人为土为供试土壤进行大田试验,在不同施氮水平基础上,以NR 9405、9430、偃师9号、小偃6号、陕229号、西农2208、矮丰3号和商188等8个冬小麦品种为供试材料,研究不同年度、不同农艺性状冬小麦不同叶位叶片在个体产量形成中的作用.结果表明,冬小麦旗叶和倒二叶长度、宽度及其叶面积同时受品种和施氮控制,施氮后显著增加.旗叶和旗叶以下余叶对冬小麦籽粒产量形成起着重要作用.与不去叶处理相比,开花期去旗叶、留旗叶去其余叶、去所有叶对单穗粒数影响不大,各处理粒数变化在32.91~34.95粒/穗之间.但去旗叶后穗粒重有一定程度下降,比对照植株下降8.7%;留旗叶去其余叶和去所有叶处理,分别比对照植株减少18.2%和29.3%;去叶处理对单粒体积的影响与对单穗粒重的影响相一致;去旗叶、留旗叶去其余叶和去所有叶处理单粒重极显著降低,分别比对照下降7.0%、13.3%和25.1%.花后单株叶对产量的贡献大体上在1/4~1/3之间.     

不同年代冬小麦品种旗叶光合特性和产量的演变特征

选用20世纪50年代的望水白（WSB）和碧玛1号(BM1)、70年代的郑引1号(ZY1)和扬麦1号(Y1)及90年代的豫麦34(Y34)和宁麦9号(N9)冬小麦品种为材料,采用大田试验研究了小麦旗叶光合特性和籽粒产量的演变特征.结果表明：与其他年代品种相比,90年代品种灌浆期旗叶具有较高的叶绿素含量、净光合速率（P_n）、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m) 和实际光量子效率（Φ_PSⅡ）,以及较高的光化学淬灭(q_P)和非光化学淬灭(q_N),并且其光合叶面积功能期长,衰老较慢.90年代品种收获指数高于50和70年代品种,平均群体产量分别比50和70年代品种提高了25.90%和11.29%.因此,在小麦品种改良过程中,花后光合能力的提高及光合持续期的延长是小麦产量增长的重要生理基础.