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.     

沟垄全覆盖种植方式对旱地玉米生长及水分利用效率的影响

2008-2010年在渭北旱塬区,以沟不覆盖为对照(CK),研究垄上覆地膜沟内分别覆普通地膜(PP)、生物降解膜(PB)、玉米秸秆(PS)和液体地膜(PL)4种沟垄全覆盖种植模式对土壤水温、玉米生长、产量及水分利用效率的影响.结果表明,在玉米生长前期,PP、PB和PS处理可明显提高0-200 cm土壤蓄水量;生育中期,PS处理蓄水保墒效果最为显著;生育后期,各沟垄全覆盖处理与对照的土壤蓄水量无显著差异;整个生育期PL处理与CK的土壤蓄水量差异不显著.PP和PB处理3a玉米生育期5-25 cm平均土壤温度分别较CK增高1.6℃和1.3℃,PS处理降低1.9℃,而PL处理与CK无显著差异.PP和PB的增温保水效应使玉米株高、叶面积及地上生物量均高于CK;PS处理的降温效应促进玉米中后期生长,其株高、叶面积及地上生物量均高于CK;PL处理对玉米各生长指标影响不显著.与CK相比,PP、PB和PS处理3a平均的籽粒产量分别提高13.0％、13.8％和15.0％,水分利用效率分别提高9.8％、10.2％和11.6％.可见,垄覆地膜沟覆地膜、生物降解膜或秸秆的沟垄全覆盖种植可明显改善土壤的水温状况,促进玉米生长,从而显著提高作物产量和水分利用效率,对渭北旱塬区春玉米丰产栽培具有重要指导意义.     

施硅对夜间增温下南方水稻生长、产量和品质的影响

气温增幅夜间大于白天是全球气候变暖的显著特征之一。夜间增温引起南方单季稻减产,而施硅可提高水稻产量。本研究通过田间模拟试验,分析了施硅对夜间增温下水稻主要生育期植株分蘖数、生物量等生长指标以及产量和品质的影响。增温设2水平：常温对照(CK)和夜间增温(NW),采用被动式夜间增温方法,即夜间(19:00—6:00)用铝箔膜覆盖植株冠层以模拟夜间增温;硅肥(钢渣)用量设2水平：不施硅(Si₀)和施硅(Si₁,200 kg SiO₂·hm^-2)。结果表明：与常温对照比,夜间增温使水稻生长期冠层和5 cm土层夜间平均温度分别升高0.51～0.58℃和0.28～0.41℃。夜间增温使分蘖数和叶绿素含量分别较CK降低2.5%～15.9%和0.2%～7.7%;而施硅使分蘖数和叶绿素含量较不施硅分别提高1.7%～16.2%和1.6%～16.6%。与CK相比,夜间增温下施硅显著提高了灌浆-成熟期地上部干重、全株干重和产量,增幅分别为64.1%、55.3%和7.1%;显著增加了精米率、整精米率和淀粉含量,增幅分别为2....     

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     

华北旱地覆膜春玉米田水温效应及增产限制因子

为探求覆膜栽培春玉米旱作田土壤水温变化特征及其对玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,设计垄作覆膜、垄作裸地、平作覆膜、平作裸地(对照)4个处理的田间试验,对春玉米田各生育时段的土壤温度、土层水分、耗水结构及玉米产量进行了监测.结果表明：自播种到抽雄的生育前期春玉米田覆膜较裸地增温1～3 ℃,土壤积温增加155.2～280.9 ℃;延长生育期约5.9～10.7 d.自播种到成苗期覆膜保水效应显著,WUE较裸地提高81.6%～136.4%.春玉米成苗到拔节期正值该区域稳定干旱期,覆膜处理土壤供水层深达80～100 cm,干旱胁迫使WUE较对照降低17.0%～21.6%,产生奢侈耗水.春玉米小喇叭口期后进入雨季,各处理土体复水,并产生过饱渗漏,最终使收获期土体水分与播期持平,贮水丰富.垄作覆膜较裸地增产9.5%;平作覆膜不利于降水入渗而导致渍水,减产5.0%;垄作裸地与平作裸地差异不显著.以雨季前气象干旱期的土壤枯水与雨季后的土壤库水为特征的春玉米田水分供求时序失衡,限制了春玉米的高产.     

施硅对增温稻田CH4和N2O排放的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的显著特征。夜间增温影响水稻生产及CH4和N2O排放。硅是作物有益元素,施硅可提高产量,减少稻田CH4排放。增温或施硅单因子对稻田CH4和N2O排放影响已有报道,但二者耦合如何影响水稻生产及稻田CH4和N2O排放,尚不清楚。通过田间模拟试验,研究了夜间增温下施硅对水稻生长、产量及温室气体持续增温/冷却潜势和排放强度的影响。采用铝箔反光膜夜间(19:00-6:00)覆盖水稻冠层进行模拟夜间增温试验。增温设2水平,即常温对照(CK)和夜间增温(NW);施硅量设2水平,即Si0(不施硅)和Si1(钢渣硅肥,200 kgSiO2/ha)。结果表明,施硅可缓解夜间增温对水稻根系活力的抑制作用,降低夜间增温对水稻地上部、地下部干重和产量的抑制作用。夜间增温显著提高CH4累计排放量,而施硅显著降低CH4累计排放量。夜间增温下施硅处理稻田CH4累计排放量在分蘖期、拔节期、抽穗-扬花期和灌浆成熟期比未施硅处理分别低48.12%、49.16%、61.59%和39.13%。夜间增温或施硅均促进稻田N2O排放,夜间增温下施硅在上述生育期以及全生育期的累计排放量依次比对照高78.17%、51.45%、52.01%、26.14%和40.70%。研究认为,施硅可缓解夜间增温对稻田综合增温潜势和排放强度的促进作用。     

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.     

大田增温对夏玉米产量和品质的影响

研究了大田条件下增温（3 ℃）对夏玉米产量和品质的影响. 结果表明：增温条件下玉米的籽粒产量显著降低,农大108（ND108）和掖单13号（YD13）分别减产46.6%和45.1%.增温也显著影响了玉米的籽粒品质,与对照相比,ND108和YD13的粗蛋白含量分别提高了11.6%和2.02%;粗脂肪含量分别降低了38.9%和9.6%;淀粉含量分别降低了7.0%和8.4%,且主要降低了支链淀粉的含量;赖氨酸含量则分别降低了58.9%和51.2%.     

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。     

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.     

Climatic Warming Increases Winter Wheat Yield but Reduces Grain Nitrogen Concentration in East China

Climatic warming is often predicted to reduce wheat yield and grain quality in China. However, direct evidence is still lacking. We conducted a three-year experiment with a Free Air Temperature Increase (FATI) facility to examine the responses of winter wheat growth and plant N accumulation to a moderate temperature increase of 1.5°C predicted to prevail by 2050 in East China. Three warming treatments (AW: all-day warming; DW: daytime warming; NW: nighttime warming) were applied for an entire growth period. Consistent warming effects on wheat plant were recorded across the experimental years. An increase of ca. 1.5°C in daily, daytime and nighttime mean temperatures shortened the length of pre-anthesis period averagely by 12.7, 8.3 and 10.7 d (P<0.05), respectively, but had no significant impact on the length of the post-anthesis period. Warming did not significantly alter the aboveground biomass production, but the grain yield was 16.3, 18.1 and 19.6% (P<0.05) higher in the AW, DW and NW plots than the non-warmed plot, respectively. Warming also significantly increased plant N uptake and total biomass N accumulation. However, warming significantly reduced grain N concentrations while increased N concentrations in the leaves and stems. Together, our results demonstrate differential impacts of warming on the depositions of grain starch and protein, highlighting the needs to further understand the mechanisms that underlie warming impacts on plant C and N metabolism in wheat.     

Age‐mediation of tree‐growth responses to experimental warming in the northeastern Tibetan Plateau

The trajectory of tree‐growth response to climate warming may be related to attributes like tree age. However, age‐mediation of temperature sensitivity of tree growth has received little attention. This study aimed to determine how age affects tree growth in a future warmer world. In a 2‐year ecosystem warming experiment in the northeastern Tibetan Plateau of China, we explored the response of Qinghai spruce saplings at two life stages to two warming levels. Our results indicated a significant interaction between warming and age for sapling growth of Qinghai spruce. In high‐level warming scenario, the experiment increased growing season air temperatures by approximately 1.0°C and annual growing degree‐days by 38%. In response, warmed saplings lengthened the growing season by 10 days on average and increased the final shoot length to a maximum of 104% compared to control groups. Comparison of age classes revealed that old saplings exhibited significantly higher temperature sensitivity than young saplings. This performance may be caused by the differences in adaptive strategy to the asymmetric warming occurring during the whole day. Increased daytime temperature was expected to significantly enhance leaf photosynthesis, whereas lack of obvious nighttime warming would effectively restrict autotrophic respiration, thus resulting in the higher growth rate of old saplings compared with young saplings. Moreover, lack of nighttime warming rendered young saplings to be still in high stresses of freezing injury at low temperatures. These findings highlight the need for additional research on the effects of further climate anomalies on tree species during their ontogenetic processes.     

Nighttime Warming Will Increase Winter Wheat Yield Through Improving Plant Development and Grain Growth in North China

A better understanding of the actual impacts of nighttime warming on winter wheat growth will assist in breeding new varieties and agronomic innovation for food security under future climates. A 3-year experiment was conducted over an entire growth period of winter wheat using a passive warming facility in North China. An increase of 1.1 °C in mean nighttime temperature promoted wheat development, causing a 6-day reduction of the preanthesis period but a 5-day extension of the postanthesis period. This warming significantly stimulated the rate of leaf respiration at nighttime, resulting in higher carbohydrate depletion compared to that of the unwarmed control. However, stimulation of nighttime respiration and carbohydrate depletion could be compensated for by warming-led promotion of daytime photosynthesis and carbohydrate assimilation. Meanwhile, the flag leaf area per plant and the total green leaves area were significantly higher in the warmed plots than in the unwarmed plots. Besides extending the duration of grain filling, nighttime warming significantly promoted the filling rates of the superior and inferior grains, resulting in a significant increase in the 1,000-grain weight by 6.3 %. Consequently, this moderate increase in nighttime air temperature significantly increased wheat aboveground biomass and grain yield by 12.3 and 12.0 % (p < 0.05), respectively. A moderate warming at nighttime can improve the sink-source balance of winter wheat for higher yield. Our results suggest that climatic warming may benefit winter wheat production through improvement of plant development and grain growth in North China.     

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.     

中国北方气候暖干化对粮食作物的影响及应对措施

东北、华北和西北50a来的平均气温增幅高于全国平均水平,气候变暖明显,尤其冬季增温最显著。区域增暖的极端最低气温远比极端最高气温的贡献大。东北、华北大部、西北东部降水量明显减少,平均每10a减少20—40mm,尤其春夏季减少最明显。这种趋势一直延续到20世纪90年代以后,干旱化趋势非常突出。在综述我国北方现代气候变化基本特征是暖干化的基础上,重点阐述了喜凉作物冬小麦、春小麦、马铃薯和喜温作物水稻、玉米、谷子、糜子等7种主要粮食作物的生长发育、品种熟性、种植区域与面积、产量与品质等对气候暖干化的响应特征。揭示了气候暖干化使春播作物播期提早,苗期生长发育速度加快,营养生长期提前,生殖生长期和全生育期延长;秋作物发育期推迟,生殖生长期和全生长期延长;越冬作物播期推迟,越冬死亡率降低,种植风险减少,春初提前返青,生殖生长期提早,全生育期缩短。使作物适宜种植区域向高纬度高海拔扩展;品种熟性向偏中晚熟高产品种发展;喜温作物和越冬作物以及冷凉气候区的作物种植面积迅速扩大;在旱作区种植不较耐旱的玉米、春小麦等作物种植面积受到制约。对雨养农业区的作物气候产量影响严重,尤其对不够耐旱的小麦和玉米的气候产量受影响最大;对较耐旱的谷子、糜子、马铃薯等影响较轻。从作物属性而言,对喜温作物水稻、玉米和越冬作物冬小麦有利于气候产量提高;对喜凉作物春小麦和马铃薯的气候产量将产生不利影响。同时,提出了从5个方面应对气候暖干化的技术措施,调整作物种植结构,确保粮食生产安全;根据不同气候年型调整各种作物种植比例;针对不同气候区域发展优势作物和配置作物种植格局;采取不同栽培技术和管理模式应对气候变化;采取综合配套技术提髙抵御灾害能力。为粮食作物安全生产和种植结构调整与布局提供科学依据。