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.     

长江三角洲主要超级稻CH4排放特征及其与植株生长特性的关系

采用盆栽试验研究了长江三角洲14个主要超级稻品种(6个粳型超级稻和8个籼型杂交超级稻)CH₄排放特征及其与植株生长特性之间的关系.结果表明: 粳型和籼型超级稻全生育期CH₄排放均呈双峰模式,排放峰值分别出现在分蘖盛期和孕穗期.粳型超级稻的平均CH₄排放总量比籼型超级稻高37.6%(P<0.01),品种间排放差异主要出现在生长后期.虽然两种类型超级稻的CH₄排放总量均与最大叶面积呈显著正相关,但CH₄排放与其他生长特性的关系因品种类型而异.在株高上,粳型超级稻CH₄排放总量与株高呈显著正相关,而籼型超级稻的相关不显著.在生产力上,籼型超级稻CH₄排放总量与其总生物量、籽粒产量和收获指数呈显著负相关,而粳型超级稻的相关不显著.籼型超级稻CH₄排放量低主要是由于其根系生物量显著高于粳型超级稻.     

抽穗期不同灌水深度下水稻群体与大气的温度差异

于2005年选用3个水稻品种(扬稻6号、扬粳9538和武香粳14)在抽穗开花期设置无水(0 cm)、浅水(2～4 cm)和深水(10 cm以上)3个水分处理,研究水分管理对水稻不同部位温度的影响.结果表明,在10:30-15:00,田间灌水深度显著影响水稻植株不同部位的温度.田间水位越高,水稻各部位的温度越低,大气温度与植株不同部位的温度的差值越高.深水管理下,3个品种大气与水稻穗部、植株中部和田面温差的平均值分别比无水管理高1.37、2.98和4.12 ℃,比浅水管理高0.67、1.59和2.17 ℃;而浅水管理大气与下穗部、植株中部和田面温差的平均值分别比无水管理高0.71、1.39和1.95 ℃.不同品种大气与水稻各部位的温度差值也存在差异.对田面-植株中部-穗部温度传递特性的分析表明,不同水深管理下的水稻群体内部温度的变化梯度符合热学传递原理,说明在抽穗期高温来临之前提高田间水深对降低或缓解水稻高温热害具有明显作用.     

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。     

长江三角洲主要超级稻CH4排放特征及其与植株生长特性的关系

采用盆栽试验研究了长江三角洲14个主要超级稻品种(6个粳型超级稻和8个籼型杂交超级稻)CH₄排放特征及其与植株生长特性之间的关系.结果表明: 粳型和籼型超级稻全生育期CH₄排放均呈双峰模式,排放峰值分别出现在分蘖盛期和孕穗期.粳型超级稻的平均CH₄排放总量比籼型超级稻高37.6%(P<0.01),品种间排放差异主要出现在生长后期.虽然两种类型超级稻的CH₄排放总量均与最大叶面积呈显著正相关,但CH₄排放与其他生长特性的关系因品种类型而异.在株高上,粳型超级稻CH₄排放总量与株高呈显著正相关,而籼型超级稻的相关不显著.在生产力上,籼型超级稻CH₄排放总量与其总生物量、籽粒产量和收获指数呈显著负相关,而粳型超级稻的相关不显著.籼型超级稻CH₄排放量低主要是由于其根系生物量显著高于粳型超级稻.     

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