非对称性增温对江淮粳稻植株源库特征的影响

气候变暖存在明显的昼夜非对称性,夜间增温幅度大于白天增温幅度,但关于非对称性增温对水稻源库特征影响的研究尚少。为此,于2006-2008年,借助稻田开放式主动增温系统,在江苏南京开展了昼夜不同增温对水稻源库特征影响的研究。结果表明:全天增温(AW)、白天增温(DW)和夜间增温(NW)处理下,水稻地上部干物质和籽粒产量均呈下降趋势。与常温对照相比,AW、DW和NW使干物质分别降低9.3%、16.3%和6.1%,产量分别降低4.6%、12.0%和7.7%。AW、DW和NW分别使花后干物质积累降低23.9%、30.5%和13.9%,但花前干物质无显著影响。不同增温处理对水稻成熟期叶干重所占比例有增加趋势,但对叶干重无显著影响,对茎干重及其所占比例有降低趋势。增温对强势粒的灌浆不利,而有利于弱势粒的灌浆。与对照相比,AW、DW和NW处理使每穗库容量分别平均降低9.9%、7.4%和7.4%,使粒叶比分别平均下降4.1%、9.5%和8.1%。由此表明,在未来气候变暖背景下,江淮水稻植株的源下降和库不足是影响产量形成的主要原因。     

花后开放式增温对小麦产量及品质的影响

【目的】采用开放式红外增温技术,研究花后开放条件下温度升高对小麦产量及品质的影响,为评估未来气候变暖对江淮地区冬小麦的影响提供理论依据。【方法】以扬麦16为材料,采用开放式红外增温技术,于2009-2011年通过设计不同的增温时间（全天增温、白天增温、夜间增温）和不同的增温幅度（1.5、3℃）来模拟未来气候变暖不同情景和不同增温程度下气温升高对小麦产量及其构成因素和品质（主要是淀粉和蛋白质）的影响。【结果】该增温系统实际增温值低于设计值,在本试验条件下,花后不同增温处理的小麦产量、穗粒数和千粒重均呈现下降趋势,并随增温幅度提高下降的幅度增大,而且小麦产量在不同增温水平下,都以全天增温处理的产量损失最大,花后小麦冠层在全天、白天和夜间的平均温度分别为20.8、23.7和16.9℃的基础上升高1.8℃左右,产量损失可达22.3%;花后增温增加了小麦籽粒粗蛋白和湿面筋的含量,两年试验中粗蛋白和湿面筋含量均以处理6（夜间增温3℃）增加最多,增幅分别为7.9%和13.2%;蛋白组分方面,增温处理对蛋白组分的影响较为复杂,但两年结果显示谷蛋白显著提高,因此谷蛋白的合成和积累易受温度的控制;另外增温处理对淀粉及其组分的影响较小。【结论】在其它生育进程不变的情况下,花后增温将会导致小麦减产,同时小麦籽粒物质组成也将发生复杂的变化,从而影响到小麦的品质。     

夜间增温对麦田土壤呼吸速率的影响

全球气候变暖呈现明显的非对称性,夜间气温和冬、春季的增温趋势显著,采用田间开放式被动增温系统研究夜间增温对南京地区麦田土壤呼吸速率不同组分（根际呼吸速率和土壤基础呼吸速率）的影响机制。结果显示,夜间增温处理下麦田土壤总呼吸速率、根际呼吸速率的季节平均值分别为4.32、3.29 μmol·m-2·s-1,比对照小区分别增加了10.0%、15.4%,表明夜间增温显著促进了土壤总呼吸强度和根际呼吸。从不同生育期来看,增温处理下孕穗期（4月8日至4月18日）的根际呼吸速率增加了34.6%~44.2%,而生长后期（5月9日至5月17日）则降低了31.4%~40.4%。相反,夜间增温抑制了孕穗期的基础呼吸速率,而在一定程度上促进了冬小麦生长后期的基础呼吸速率。研究表明,夜间增温对麦田土壤根际呼吸速率具有促进作用,而在一定程度上对土壤基础呼吸速率具有抑制效应,可能是通过改变作物生物量、养分吸收等特性,从而影响到作物根系与土壤微生物之间的养分竞争所致。     

气候变化对我国主要C3作物影响的研究进展

针对当前全球气候变暖的事实,未来大气CO_2浓度升高、气温增加对我国主要粮食作物的生长发育和产量品质等产生影响。从大气CO_2浓度升高、增温2个方面综述了气候变化对C3作物水稻、小麦和大豆的影响研究,并提出了未来的研究方向,为了解未来我国主要粮食作物C3作物的生产状况及保障我国粮食安全提供依据。     

夜间增温下施用生物炭和硅肥对稻田土壤养分含量的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的显著特征之一.为探明夜间增温下施用生物炭和硅肥对稻田土壤有机质、氮磷钾养分状况的影响,进行田间模拟试验.田间模拟试验于2019年在南京信息工程大学农业气象试验站进行.供试土壤为潴育型水稻土,供试水稻品种为南粳5055.田间试验采用3因素3水平正交试验设计,夜间增温设3个水平(常温对照、5 mm铝箔膜覆盖、11 mm铝箔膜覆盖),生物炭设3个水平(不施加、施7.5 t/hm2、施17.5 t/hm2),硅肥设3个水平(不施加、施200 kg/hm2钢渣粉、施200 kg/hm2矿粉).结果表明,夜间增温会降低稻田土壤平均有机质、速效钾含量及非根际土铵态氮含量,提高土壤有效磷含量;施生物炭和硅肥可整体上缓解夜间增温对土壤养分含量的不利影响,有利于保持稻田土壤养分肥力和水稻可持续生产.     

夜间增温对冬小麦生长和产量影响的实验研究

 【目的】探讨夜间增温对冬小麦生长及其产量的影响及其影响机制。【方法】以冬小麦超优-626(冬性)为试材,利用红外辐射器模拟大田条件下的夜间增温环境(增温从4月3日小麦起身开始,到6月15日小麦收割结束),研究夜间增温对冬小麦生长、产量及其构成的影响。【结果】红外辐射器增温设施增温稳定,使小麦冠层增温2.5℃。夜间增温导致冬小麦生育期缩短,各物候期提前,产量显著降低。夜间增温导致冬小麦乳熟期提前4 d,成熟期提前达5 d,其它各物候期提前1—2 d,灌浆过程缩短5 d;春季夜间冠层增温2.5℃导致冬小麦无效穗数显著增加,小穗数、穗粒数和千粒重显著减小,冬小麦减产达26.6%。【结论】春季夜间增温可导致冬小麦大幅度减产。从生长发育角度分析得出,物候期提前使生育期缩短、灌浆过程缩短使千粒重下降是夜间增温导致冬小麦减产的重要原因;从产量构成分析得出,生育期缩短相应产生的无效穗数大幅度增加、穗粒数大幅度减少是产量降低的最重要影响因子。同时,增温导致蒸散增加,土壤水分降低可能是导致产量下降的另一因子。建议在全球变暖背景下,采取适宜措施应对夜间气温升高,以确保冬小麦稳产高产。     

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

气候变暖对我国水稻生产的综合影响及其应对策略

气候变暖已是不争的事实,预计到21世纪末全球地表平均气温仍将上升1.5℃以上。水稻是我国最重要的口粮作物,全国80%以上的人口以稻米为主食,探明气候变暖对我国“口粮绝对安全”的潜在影响意义重大。作者依据多年的田间增温试验及长期观察,并结合国内外现有研究,阐明了我国粮食主产区气候变暖的基本态势,总结发现温度升高1.5℃对我国水稻生产的潜在影响正负参半,并取决于具体的稻作季节和地区。但是,随着水稻种植制度调整,尤其是南方双季稻种植面积下降,温度升高对我国水稻生产的负面影响将逐步递增。最后,作者提出了应对气候变暖的气候智慧型稻作技术创新建议,并展望了该研究领域的重点内容和方向。     

田间增温1.5℃对高纬度粳稻产量和品质的影响

[背景]水稻是我国最重要的口粮作物.东北稻区不仅是我国高纬度优质粳稻的重要产区,约占我国粳稻总产50％以上;也是我国气候变暖最明显区域,近半个世纪来该区年平均气温上升了1.1℃.[目的]研究气候变暖情境下东北稻区水稻产量和品质的变化,为保障我国优质粳稻生产提供参考依据.[方法]结合田间开放式远红外增温装置,设置全生育期...     

夜间增温对南京地区冬小麦生产的影响

以扬麦13和徐麦31为试验材料,采用开放的田间增温系统对冬小麦进行全生育时期夜间增温处理,模拟气候变暖增温情景,探讨夜间增温对冬小麦生长发育过程和产量的影响机制。结果表明,夜间增温使冬小麦物候期提前,总生育时期天数缩短,且对偏暖年型的影响更为显著。夜间增温使冬小麦穗长、总小穗数和结实小穗数下降,不孕小穗数增加,不利于穗粒数形成,同时夜间增温使冬小麦有效穗数和千粒质量下降,最终导致产量的三要素共同下降,导致了冬小麦的减产,且在偏暖年型下,减产幅度更大。另外,夜间增温条件下,强筋冬小麦产量的减幅大于弱筋冬小麦。     

中国不同气候区小麦产量及发育期持续时间对田间增温的响应

【目的】气候变暖对小麦生长发育有重要影响。然而,中国不同气候区小麦生长发育对温度升高的响应程度仍未系统量化。因此,急需阐明不同气候区增温及不同时段增温对小麦产量及发育期持续时间的影响程度,揭示小麦产量及发育期对增温的响应规律。【方法】本文搜集了1990-2017年间已发表的关于中国小麦全生育期田间持续增温条件下小麦产量变化的21篇文献,运用整合分析（Meta-analysis）量化田间不同增温幅度及不同时段增温对中国小麦产量及生育期的影响程度,系统阐明其在不同气候区的差异及规律。【结果】（1）亚热带季风区增温（0-3℃）显著增加小麦产量、千粒重和穗粒数,其平均增幅分别为8.2%、6.3%和4.7%;温带季风区增温（0-3℃）显著增加小麦产量、穗粒数和穗数,其平均增幅分别为6.8%、3.9%和5.5%,而温带大陆性气候区增温（0-3℃）显著降低小麦产量、千粒重和穗粒数,其平均降幅分别为10.2%、5.9%和8.3%。其中,亚热带季风区增温0-2℃,小麦产量显著提高了8.5%,而增温2-3℃时,小麦并未增产;温带季风气候区小麦增产愈为明显,当增温2-3℃时小麦的增产幅度达14.5%;相反,在温带大陆性气候区增温0-2℃和2-3℃时,小麦分别显著减产10.1%和15.9%。（2）亚热带季风区和温带大陆性气候区增温（0-3℃）小麦全生育期持续时间分别缩短了3.3%和7.1%,相反,在温带季风区,增温并未明显改变小麦全生育期持续时间;与此同时温带大陆性气候区和温带季风气候区的生殖期持续时间并无明显变化,而亚热带季风区小麦生殖生长持续时间却显著增加（8.7%）。（3）总体来看（季风气候区所有独立研究结果）夜间增温0-2℃和2-3℃对小麦产量有显著影响,小麦分别增产10.5%和15.0%。【结论】田间增温会显著影响中国粮食主产区小麦产量以及发育期持续时间,但不同气候区及不同时段增温对小麦生长和发育的影响不同。本研究结果可为未来气候变化新态势下中国粮食主产区种植制度优化与合理布局提供科学依据。     

拔节期和开花期不同土层深度测墒补灌对北方小麦 旗叶叶绿体超微结构和荧光特性的影响

【目的】研究拔节期和开花期土层深度测墒补灌对北方小麦旗叶叶绿体超微结构和叶绿素荧光特性的影响,为小麦节水高产栽培提供理论依据和技术参考。【方法】以济麦22小麦品种为试验材料,于2011-2012年和2012-2013年小麦生长季,在大田条件下设置4个测墒补灌土层深度（0-20 cm、0-40 cm、0-60 cm和0-140 cm,各处理土壤相对含水量均补灌至75%,以生育期不灌水为对照）,用透射电镜观察旗叶叶绿体超微结构、乙醇提取法测定叶绿素含量、叶绿素荧光仪测定叶绿素荧光参数,研究不同处理对小麦旗叶叶绿素含量、叶绿体超微结构、叶绿素荧光特性及籽粒产量、水分利用效率和经济效益的影响。【结果】（1）依据0-40 cm土层测墒补灌,开花后22 d旗叶叶绿体呈椭圆形,沿细胞膜紧密排列,叶绿体膜和细胞膜完整,基粒片层清晰且沿叶绿体长轴方向排列,基粒片层间由清晰的基质片层连接;依据0-20 cm土层测墒补灌和生育期不补灌的处理旗叶叶绿体超微结构均有损伤,不补灌的处理损伤最重,叶绿体变为圆形,在细胞内排列紊乱,叶绿体膜和细胞膜溶解,细胞壁断裂。依据0-60 cm土层测墒补灌与依据0-40 cm土层测墒补灌叶绿体超微结构无显著差异,测墒补灌土层加深至0-140 cm,叶绿体膜完整,细胞膜部分损伤,基粒片层间出现缝隙。（2）相关分析表明,旗叶叶肉细胞叶绿体数、叶绿体基粒数和基粒片层数均与叶绿素含量呈极显著正相关（r＝0.99**,0.99**,0.96**）。依据0-40 cm土层测墒补灌,开花后22 d旗叶叶肉细胞叶绿体数、叶绿体基粒数和基粒片层数比依据0-20 cm土层测墒补灌和生育期不补灌的处理显著增加,是其叶绿素含量较高的主要原因;测墒补灌土层加深至0-60 cm和0-140 cm,旗叶叶肉细胞叶绿体数、叶绿体基粒数和基粒片层数无显著增加,叶绿素含量亦无显著增加。（3）依据0-40 cm土层测墒补灌,灌浆中后期旗叶最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、表观光合电子传递速率（ETR）和千粒重、籽粒产量及经济效益均比依据0-20 cm土层测墒补灌和生育期不补灌的处理显著增加,水分利用效率比依据0-20 cm土层测墒补灌的处理显著增加。测墒补灌土层加深至0-60 cm或0-140 cm,Fv/Fm、ΦPSⅡ和ETR均无显著增加,千粒重、籽粒产量、水分利用效率和经济效益亦无显著提高。【结论】依据0-40 cm土层测墒补灌,旗叶叶绿体超微结构保持良好,叶肉细胞叶绿体数、叶绿体基粒数和基粒片层数较多,小麦灌浆中后期叶绿素含量和荧光参数较高,是其千粒重和籽粒产量较高的主要原因。综合籽粒产量、水分利用效率和经济效益,依据0-40 cm土层测墒补灌的处理为本试验条件下的最优处理。     

调亏灌溉下小麦产量与品质协调统一的可能性分析

调亏灌溉在影响产量的同时,也会对收获物的品质产生影响。笔者在讨论小麦品质及形成规律的基础上,重点分析调亏灌溉情况下小麦籽粒产量和品质的协调统一,实现小麦稳产(甚至高产)、优质的可能性,并提出了相应的土壤水分管理措施。     

土壤和叶面施锌对小麦农艺性状、籽粒产量和对锌、铁及硒微量元素浓度的影响

锌(Zn)是动植物和人体必需的微量元素,能预防肺炎等疾病和提高人体免疫功能。小麦作为中国主要粮食作物,为满足人体对锌的营养需求,提高小麦籽粒锌含量十分必要。为给优质富锌小麦生产提供理论依据和技术支撑,通过在田间条件下进行土壤和叶面施锌试验,研究其对小麦农艺性状和籽粒产量的影响,尤其是对籽粒锌浓度的生物强化效果,以及对籽粒中其他2种有益微量元素（铁和硒）的影响规律。结果表明：土施锌肥使小麦穗数从447.0万穗/hm²增加到511.5万穗/hm²,增幅14.4%。土壤和叶面施Zn使得小麦籽粒产量从5419.5~6250.5 kg/hm²增加到6372.0~6811.5 kg/hm²,增幅5.2%~17.6%,对籽粒铁和硒浓度均无显著影响,有效提升籽粒Zn浓度,从34.0~39.6 mg/kg提高到44.6~46.6 mg/kg,增幅17.7%~32.9%,达到世界卫生组织等机构和科学家所推荐的生物强化目标值(40~50 mg/kg)。因此,土壤和叶面施Zn提高小麦产量的同时,可以提升籽粒锌营养品质,是实现小麦提质增效的有效途径,建议大面积推广应用。     

黄淮小麦农艺性状进化及对产量性状调控机理的分析

【目的】气候变化对小麦生产的影响已经受到广泛关注。在气候变化背景下,小麦育种必须重新定位。文章对黄淮地区小麦进化材料的农艺性状进化以及对单株产量性状调控机理进行分析,为未来小麦适应气候变化和高产育种目标提供理论依据。【方法】对30个不同染色体倍数的小麦进化材料的12个农艺性状进行进化趋势分析。并对小麦进化材料的农艺性状进行相关分析、通径分析、逐步回归分析、主成分分析和聚类分析,探讨小麦进化育种中各农艺性状对单株产量的调控规律。【结果】通过对农艺性状的进化趋势分析和多重统计分析获得如下结果：①黄淮小麦进化过程中其抽穗期、生育期、株高、单株穗数等有减少的趋势,但生殖生长期占全生育期比例、收获指数、千粒重和单株粒重等有不同程度的增加趋势。②相关分析表明,单株粒重与穗粒数、千粒重、收获指数和单株生物学产量均呈极显著正相关,与生殖生长期占全生育期比例呈显著正相关,与抽穗期、生育期和单株穗数均呈极显著负相关。③多元逐步回归分析结果表明,收获指数、单株生物学产量和生育期是决定单株粒重的3个主要因子,共同决定了单株粒重96%的变异。其中,收获指数、单株生物学产量对小麦单株粒重有大的正效应调控作用,生育期对小麦单株粒重有较大的负效应调控作用。④通径分析表明,11个农艺性状对单株粒重直接贡献大小依次为收获指数＞单株生物学产量＞穗粒数＞穗长＞单株穗数＞每穗小穗数＞生殖生长期占全生育期比例＞抽穗期＞株高＞千粒重＞生育期。其中,收获指数、单株生物学产量、千粒重和穗粒数对单株粒重有较大的正效应。⑤主成分分析结果显示,3个主成分累积贡献率达81.873%,表明3个主成分已覆盖所有性状的主要信息。⑥根据综合值的聚类分析和对不同年代的种质资源农艺性状的特征比较,将30个小麦进化材料分为了早熟矮秆低产型、晚熟高秆低产型、晚熟高秆中产型、早熟高秆中产型和早熟矮秆高产型五大类小麦资源。【结论】通过对30个小麦进化材料农艺性状的多重统计分析,得出每个小麦进化材料的相关信息。小麦由二倍体到六倍体进化过程中,收获指数、单株生物学产量和穗粒数对小麦单株粒重有明显正效应,而生育期对其有显著负效应。这是在气候变暖背景下,人工选育高产品种和自然选择共同作用的结果。     

模拟增温对春小麦生长发育、根区土壤呼吸速率及酶活性的影响

采用开顶式生长室连续2 a小尺度的模拟增温,同步监测模拟增温对春小麦生长发育、根区土壤呼吸速率及酶活性的影响,以期揭示春小麦对全球气候变化的响应机制,为实现全球气候变化背景下春小麦高产优质栽培提供科学依据和理论基础。结果表明:成熟期春小麦株高、茎粗、叶面积指数、比叶重、穗粒数和千粒质量均表现为模拟增温处理未增温处理,并且模拟增温提高了成熟期叶片叶绿素a、叶绿素b、碳水化合物、蛋白质及粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、无氮浸出物含量。模拟增温增加了生长期春小麦根区土壤呼吸速率和酶活性,土壤呼吸速率和酶活性均与土壤温度呈极显著的指数关系。综上,模拟增温促进了小麦的生长发育,而且提高了根区土壤呼吸速率和酶活性。     

气候变暖对玉米生长及其土壤微生物数量的影响

[目的]初步研究气侯变暖对农业生产及根际微生物的影响。[方法]利用7月中旬至9月中旬玻璃温室的高温环境模拟变暖的气候条件,测定温度升高时玉米生长速率、生物量、菌根侵染率及主要根际微生物的变化情况。[结果]温度升高极显著地促进了玉米的生长,使玉米的株高和地径均增加了1.1倍,但其根长和叶绿素含量与温室外对照玉米无显著变化;地上、地下部生物量分别增加了1.3和1.5倍;抽雄期提前6d,生长发育期缩短;玉米菌根侵染率降低了1.1倍;根际土壤细菌、真菌及放线菌数量分别降低了1.8、1.6和1.7倍。玉米各生长指标与菌根侵染率、土壤细菌、真菌及放线菌数量之间无相关性。[结论]该研究为针对气候变暖给农业生产带来的影响而尽早制定应变措施提供参考依据。     

气温变化背景下中国黄淮旱地冬小麦农艺性状的变化特征 ——以山西临汾为例

【目的】作物品种选育是在气候变化背景下的自然选择和人工选择的结果。黄淮麦区是中国最大的麦区,在保障中国小麦生产和粮食安全中有重要作用。研究过去30年黄淮旱地冬小麦品种农艺性状和气温要素变化规律,为旱地小麦育种适应未来气候变化提供理论依据和技术支撑。【方法】利用近30年来国家黄淮旱地冬小麦区域试验典型代表临汾点的对照品种农艺性状及该市的气温资料,研究对照品种农艺性状、生育期平均气温和≥0℃积温的变化规律,并进行农艺性状和气象要素的相关、多元回归和通径分析。【结果】小麦生育期的平均气温、≥0℃积温、最低和最高温度在逐年呈缓慢增加。小麦生育期平均气温平均每年上升0.05℃,≥0℃积温平均每年上升21.9℃,且二者呈正相关关系。≥0℃积温变化更能深入反映小麦生育期的温度变化情况。小麦生育期最高气温平均每年上升0.02℃、最低气温平均每年上升0.16℃。播种至越冬前的平均气温和≥0℃积温增加最多,营养生长阶段平均气温和≥0℃积温增加明显,生殖生长阶段平均气温增加较少且≥0℃积温有下降趋势。随着气候变暖,分蘖多的强冬性品种逐渐被分蘖适中的冬性和弱冬性品种替代。1986-1996年对照品种农艺性状变化幅度不大,1997-2007年期间变化较大,2007-2014年变化幅度最大;这和小麦生育期平均气温变化趋势基本相同。黄淮旱地对照品种千粒重和穗粒数逐年缓慢上升,分别每年平均增加1.57%和3.39%。有效穗数和产量及株高缓慢下降,分别每年平均下降0.16%和1.29%。产量与株高（0.684^**）、有效穗（0.531^**）和千粒重（0.541^**）均极显著正相关。株高、起身至拔节期≥0℃积温和平均气温是决定小麦产量的3个主要因子,分别决定了小麦产量的46.73%、26.17和3.26%的变异。在黄淮旱地小麦适应气候变化中,起身至拔节期≥0℃积温和株高对产量贡献较大且为正效应;起身至拔节期平均气温为负效应。【结论】气候变暖对黄淮旱地冬小麦农艺性状变化趋势有较强的影响,选育株高和有效穗数适中、穗粒数较多、千粒重较大的中高产抗旱品种是黄淮旱地小麦适应未来气候变化的育种改良方向。