農田開放式CO2濃度和溫度增高對冬小麥生長發(fā)育和產量的影響.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的重要環(huán)境因子，明確其對作物生長發(fā)育和產量的影響可以為準確預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)。小麥是世界上最重要的糧食作物之一，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（生育期、葉面積指數(shù)、葉片凈光合速率、干物質積累與分配）和產量指標（產量、千粒重、有效

3、穗、穗粒數(shù)）的影響。具體研究結果如下:
　　(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)到孕穗期飽和光強下小麥的凈光合速率，降低了抽穗到成熟期飽和光強下小麥的凈光合速率。FACE處理下小麥飽和光強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度和蒸騰速率;FACE+FATI處理增加了小麥的氣孔葉片導度和蒸騰速率;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度，但降低了抽穗到灌漿期小麥葉片氣孔導度。FACE處理小麥葉片氣孔導度在拔節(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的積累，F(xiàn)ACE+FATI對拔節(jié)到孕穗期的地上部干物質量有增加的趨勢、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分配比例;降低了小麥葉片和穗的干物質分配比例。FACE+FATI增加了小麥莖鞘和穗的干物質分配比例;降低了小麥葉片的干物質分配比例。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分配比例，降低開花到成熟期之間小麥葉片的干物質分配比例;增加了小麥穗的干物質分配比例。
　　(6)FACE處理增加了小麥的產量，F(xiàn)ACE+FATI、FATI處理均降低了小麥的產量。對于產量構成因素，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量，其產量介于對照與FATI處理之間。CO2濃度與溫度升高導致小麥產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程，嚴重減少了小麥光合產物的積累;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