農(nóng)田開放式CO2濃度和溫度增高對冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響.pdf

1、氣候變化的顯著特征是大氣CO2濃度和溫度升高。大氣CO2濃度和溫度是影響作物生產(chǎn)的重要環(huán)境因子，明確其對作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響可以為準(zhǔn)確預(yù)測和評估氣候變化對糧食安全影響提供重要的理論依據(jù)。小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾募Z食作物之一，CO2濃度和溫度的變化勢必引起小麥生長發(fā)育等生理生態(tài)過程及生產(chǎn)力的變化。本研究利用我國在常熟(31°35′N，120°55′E)的稻麥輪作農(nóng)田開放式CO2濃度增高(FACE，F(xiàn)reeAirCO2Enrichment)

2、和溫度增高(FATI，F(xiàn)reeAirTemperatureIncreased)田間試驗研究平臺，以優(yōu)良中筋小麥揚(yáng)麥14號為試驗材料，于2011年11月-2013年5月開展了不同處理:對照(CK)、FACE(F)、FATI(T)、FATI+FACE(T+F)的栽培試驗。利用不同處理的試驗數(shù)據(jù)資料，定量分析了大氣CO2濃度和溫度升高對小麥的各項生長發(fā)育指標(biāo)（生育期、葉面積指數(shù)、葉片凈光合速率、干物質(zhì)積累與分配）和產(chǎn)量指標(biāo)（產(chǎn)量、千粒重、有效

3、穗、穗粒數(shù)）的影響。具體研究結(jié)果如下:
　　(1)CK、FACE、FACE+FATI、FATI處理小麥全生育期分別為190d、188d、179d、180d。FACE、FACE+FATI、FATI處理分別使小麥全生育期天數(shù)縮短2d、11d、10d;其中播種至抽穗期分別縮短1d、9d和8d;抽穗期至成熟期分別縮短1d、2d、2d。
　　(2)FACE、FACE+FATI處理顯著增加了飽和光強(qiáng)下(2000μmol·m-2·s-1)

4、小麥的凈光合速率，F(xiàn)ATI增加了拔節(jié)到孕穗期飽和光強(qiáng)下小麥的凈光合速率，降低了抽穗到成熟期飽和光強(qiáng)下小麥的凈光合速率。FACE處理下小麥飽和光強(qiáng)下凈光合速率在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照增加了20.03％、23.48％、22.40％、23.55％，F(xiàn)ACE+FATI處理在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照增加了29.92％、31.33％、27.28％、17.41％;FATI處理在拔節(jié)期、孕穗期分別比對照增高了2.38％

5、、0.72％，在抽穗期和灌漿期卻比對照減少了8.49％、12.97％。
　　(3)FACE處理降低了小麥的葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率;FACE+FATI處理增加了小麥的氣孔葉片導(dǎo)度和蒸騰速率;FATI增加了小麥葉片蒸騰速率與拔節(jié)到孕穗期小麥葉片氣孔導(dǎo)度，但降低了抽穗到灌漿期小麥葉片氣孔導(dǎo)度。FACE處理小麥葉片氣孔導(dǎo)度在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照低了18.77％、7.97％、20.36％、2.36％;FACE+FATI處

6、理小麥葉片氣孔導(dǎo)度在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照高了7.34％、2.34％、0.53％、16.78％;FATI處理小麥葉片氣孔導(dǎo)度在拔節(jié)與孕穗期分別比對照提高11.43％和7.83％，抽穗期和灌漿期比對照降低15.14％和5.09％。FACE處理小麥葉片蒸騰速率在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照低了8.20％、13.24％、15.49％、5.75％;FACE+FATI處理小麥葉片蒸騰速率在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿

7、期分別比對照增加了9.82％、4.03％、8.71％、47.70％;FATI處理小麥葉片蒸騰速率在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照提高20.67％、63.63％、5.26％、28.13％。
　　(3)FACE、FATI處理均使小麥葉片葉綠素（SPAD值）含量降低，F(xiàn)ACE+FATI使拔節(jié)到孕穗期小麥葉片SPAD值升高，降低了抽穗到成熟期小麥葉片SPAD。FACE處理小麥葉片SPAD值拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照

8、降低了3.31％、5.33％、6.18％、7.35％。FACE+FATI處理SPAD值在拔節(jié)期、孕穗期分別比對照增高了3.23％、2.42％，但在抽穗期與灌漿期其SPAD值比對照減少了0.06％、5.89％。FATI處理SPAD值在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期分別比對照降低了1.05％、2.46％、2.99％、10.18％。
　　(4)FACE處理增加了拔節(jié)期到開花期小麥葉面積指數(shù)(LAI)，降低了灌漿到成熟期小麥LAI，F(xiàn)AC

9、E+FATI、FATI處理均增加了拔節(jié)期前小麥的LAI，降低了孕穗到成熟期小麥LAI。FACE處理小麥LAI在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期分別比對照增加6.17％、4.25％、5.16％、3.92％，在灌漿期降低13.58％。FACE+FATI處理小麥LAI在拔節(jié)期比對照增高了11.56％，在孕穗期、抽穗期、開花期和灌漿期比對照減少了10.54％、13.27％、32.29％和36.72％。FATI處理小麥LAI在拔節(jié)期比對照增高2.0

10、3％，在孕穗期、抽穗期、開花期和灌漿期比對照減少了20.71％、18.32％、28.88％、28.11％。
　　(5)FACE增加了小麥地上部干物質(zhì)的積累，F(xiàn)ACE+FATI對拔節(jié)到孕穗期的地上部干物質(zhì)量有增加的趨勢、對抽穗到成熟期有降低的趨勢，F(xiàn)ATI有降低小麥地上部干物質(zhì)積累的影響。FACE處理在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期分別使小麥地上部干物質(zhì)積累比對照增加了5.83％、16.96％、14.83％、14.3

11、8％、12.02％、5.47％;FACE+FATI處理在拔節(jié)期與孕穗期分別比對照顯著增加了18.59％、12.55％，在抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期分別比對照減少了4.17％、5.84％、7.83％、7.29％;FATI處理在拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期使小麥地上部干物質(zhì)積累分別比對照減少了0.13％、6.19％、12.17％、16.01％、18.17％、21.52％。對于地上部各器官的干物質(zhì)分配比例，F(xiàn)ACE處理大

12、體上增加了對小麥莖鞘的干物質(zhì)分配比例;降低了小麥葉片和穗的干物質(zhì)分配比例。FACE+FATI增加了小麥莖鞘和穗的干物質(zhì)分配比例;降低了小麥葉片的干物質(zhì)分配比例。FATI處理降低了小麥莖鞘的分配比例;增加了拔節(jié)到抽穗期小麥葉片的干物質(zhì)分配比例，降低開花到成熟期之間小麥葉片的干物質(zhì)分配比例;增加了小麥穗的干物質(zhì)分配比例。
　　(6)FACE處理增加了小麥的產(chǎn)量，F(xiàn)ACE+FATI、FATI處理均降低了小麥的產(chǎn)量。對于產(chǎn)量構(gòu)成因素，F(xiàn)A

13、CE處理顯著增加了小麥有效穗數(shù)、明顯增加了穗粒數(shù)，而顯著降低了小麥的千粒重;FACE+FATI處理降低了小麥的有效穗數(shù)，增加了穗粒數(shù)和千粒重，但影響均不顯著;FATI處理明顯降低了小麥的有效穗數(shù)，顯著降低了穗粒數(shù)，增加了小麥千粒重。本研究中，F(xiàn)ACE處理有效穗數(shù)比對照增加了8.17％，F(xiàn)ACE+FATI、FATI分別降低6.98％、8.27％;FACE和FACE+FATI處理每穗實粒數(shù)分別比對照增加了6.73％、0.91％，F(xiàn)ATI降低

14、了12.10％;FACE處理小麥千粒重比對照降低了6.11％，F(xiàn)ACE+FATI、FATI分別增加2.23％、3.90％。
　　(7)本研究表明CO2濃度和溫度升高的互作降低了小麥的理論產(chǎn)量，其產(chǎn)量介于對照與FATI處理之間。CO2濃度與溫度升高導(dǎo)致小麥產(chǎn)量降低的主要原因有以下幾個方面:1、CO2濃度與溫度升高顯著縮短了小麥的生育進(jìn)程，嚴(yán)重減少了小麥光合產(chǎn)物的積累;2、CO2濃度與溫度升高使小麥葉片衰老加速，抽穗期之后小麥LAI與