冬小麥生產力對氣候變暖的響應與適應及其區(qū)域差異.pdf

1、過去100年全球平均氣溫已經上升0.74℃，且未來100年全球氣溫仍將上升1.8-4.0℃。就中國而言，2000-2050年平均氣溫將升高1.2-2.0℃，冬春季即冬小麥生育期內氣溫上升尤為顯著。溫度是影響小麥生長發(fā)育的最關鍵因子之一，探明氣候變暖對冬小麥生產的影響，對我國冬小麥生產應對氣候變化和中長期糧食安全戰(zhàn)略決策具有重要意義。至今已有的相關研究多基于模型模擬和歷史資料的分析，部分試驗研究也多在人工控制環(huán)境下進行，很難真實全面的反映

2、田間實際氣溫升高對冬小麥的影響。為此，本文以我國冬小麥主產區(qū)為研究對象，采用歷史資料挖掘和田間增溫試驗相結合的方法，就氣候變暖對冬小麥生產的影響進行系統(tǒng)研究。重點分析區(qū)域內氣候變化特征，產量變化特征及其與氣候變化的關系，探明冬小麥生長對氣候變暖的實際響應和適應特征及其生物學機制，擬為氣候變暖背景下冬小麥品種改良和種植區(qū)域調整提供理論與技術支撐。本文主要結論如下:
　　(1)1989-2009年區(qū)域內冬小麥生長季日平均氣溫、日最高氣

3、溫和日最低氣溫分別以0.67℃decade-1、0.55℃decade-1和0.52℃decade-1的速度升高(P＜0.05)，且升溫幅度呈現(xiàn)顯著的區(qū)域差異。根據積溫法理論推算，1989-2009年間，全區(qū)域冬小麥播種期以0.8ddecade-1(P＜0.01)的速度推遲，但開花期和成熟期分別以4.1ddecade-1和5.1ddecade-1(P＜0.01)的速度提前。全區(qū)域內冬小麥光溫生產潛力以71.7kghm-2year-1的速

4、度極顯著增加(P＜0.01)，其增幅呈現(xiàn)由東向西遞增趨勢，以西北部增幅最高，達150kghm-2year-1。
　　(2)依據1989-2009年地市級農業(yè)統(tǒng)計數(shù)據和氣象數(shù)據，分析地市級實際產量、滑動平均法去趨勢產量和一次回歸法去趨勢產量變率與氣象因子的變率的關系，發(fā)現(xiàn)氣候變暖顯著影響冬小麥產量，但產量對不同的氣象因子的響應不一致。其中，以日最低氣溫與產量變化相關性最高。在地級市尺度上，根據實際產量、滑動平均法去趨勢產量和一次回歸

5、法去趨勢產量變率估算，在未來的氣候變暖背景下，日最低溫升高1℃，冬小麥產量分別以538.0kghm-2a-1、21.7kghm-2a-1和33.5kghm-2a-1的速率增加。同時，通過分析16個中長期定位試驗點產量與氣象因子的關系也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律。
　　(3)三年的夜間增溫試驗結果表明，鎮(zhèn)江、河南、徐州和石家莊冬小麥開花期分別平均提前了3d、5d、6d和7d，成熟期分別提前了1d、2d、1d和2d，但花后生育期長度分別延長了2

6、d、3d、5d和5d。同時，夜間增溫下，鎮(zhèn)江、河南、徐州和石家莊冬小麥地上部總生物量較對照3年平均分別增加了20.8％、19.6％、12.3％、18.5％，產量3年平均分別提高了8.9％、13.9％、11.8％和11.7％，均達到統(tǒng)計顯著水平（P＜0.05）。分析產量構成發(fā)現(xiàn)，冬小麥產量提高主要歸功于千粒重和每穗粒數(shù)的增加，其中，夜間增溫處理下鎮(zhèn)江、河南、徐州和石家莊冬小麥千粒重3年平均分別增加了4.7％、6.0％、6.7％和7.1％(

7、P＜0.05)。區(qū)域分析表明，夜間增溫下，生育期長度變化和冬小麥生產力變化與背景氣溫負相關，背景溫度越低，變化幅度越大。
　　(4)試驗發(fā)現(xiàn)，夜間增溫顯著提高旗葉與花后總綠葉面積，其增加幅度分別為38.3％和12.6％(P＜0.05)。與此同時，旗葉的凈光合速率和呼吸速率也分別提高了2.8μmolCO2m-2s-1和0.6μmolCO2m-2s-1。夜間溫度升高，冬小麥葉片可溶性糖和淀粉含量在夜間較對照下降幅度更大，但白天增加幅度

8、亦更大，且白天增加幅度高于夜間下降幅度，說明在夜間溫度升高條件下，冬小麥葉片由于夜間呼吸的增加，存在光合過補償現(xiàn)象。
　　(5)夜間增溫下，4個試驗點冬小麥總淀粉和直鏈淀粉含量變化趨勢一致。鎮(zhèn)江和河南冬小麥總淀粉含量較對照分別平均降低了5.6％和1.4％，直鏈淀粉分別降低了9.3％和23.4％;但徐州和石家莊冬小麥總淀粉含量分別增加了7.7％和6.4％，直鏈淀粉增加了11.6％和9.3％。夜間溫度升高趨向于降低籽粒蛋白質含量，但單

9、位面積蛋白質總產量呈現(xiàn)遞增趨勢。在2008-2009生長季，夜間增溫使鎮(zhèn)江、河南、徐州和石家莊冬小麥籽粒蛋白質含量較對照分別下降了0.7％、0.7％、8.4％和7.67％,但籽粒蛋白質產量較對照分別增加了10.3％、4.7％、1.5％和5.5％。
　　(6)近60年我國育成并推廣的冬小麥新品種生育期和春化過程呈縮短趨勢，抗寒性下降。北部冬麥區(qū)育成品種生育期長度以1.00ddecade-1縮短，冬性小麥品種比例下降，弱冬性小麥品種比

10、例增加;黃淮麥區(qū)育成品種生育期基本穩(wěn)定，但冬性和偏春性小麥品種比例下降，弱冬性和春性小麥品種比例增加;長江中下游冬麥區(qū)育成品種生育期長度以0.41ddecade-1的速度縮短，春性小麥品種比例增加，弱冬性和偏春性小麥品種比例下降。根據1992-2009年田間觀察數(shù)據分析，區(qū)域內冬小麥播種-抽穗和全生育期天數(shù)以0.66ddecade-1和0.42ddecade-1的速度縮短，但抽穗-成熟天數(shù)以0.28ddecade-1的速度延長，且播種-