未来气候变化对中国小麦产量影响的差异性研究——基于Meta回归分析的定量综述

对2017年以前预测未来气候变化对中国小麦产量影响的国内外相关研究进行了综述,并对其中26篇研究信息相对全面完整的文献进行Meta分析,总结了原始独立研究预测结果的差异,并讨论差异的可能来源,以期为本领域后续研究提供依据。结果表明：（1）未来气候变化对中国小麦产量的影响存在一定不确定性,但以负面影响为主;A2和B2主流气候情景下预测的小麦产量减产幅度较其它气候情景分别高18%和20%。（2）政策、技术、市场和投入等非气候性因素有助于适应气候变化,引入这些因素时小麦增产幅度预测结果增加10%;（3）研究数据和方法对预测结果有显著影响,预测时间间隔每延长一年,小麦产量增幅和减幅预测结果提高1%,进行产量分离、采用相应的气候模型和作物模型对预测增幅有显著的正向影响,增加水平分别为26%、22%和18%;（4）期刊文献比非期刊文献的产量增幅预测结果平均高5%。     

氮素营养对单作和间套作小麦氮素吸收、同化和籽粒蛋白质含量的影响

本研究通过在栗钙土上设置田间试验。研究结果表明:开花期小麦不同器官中氮的积累量随着施氮量的增加而增加,以叶片中积累的氮素量最高,其次为穗>茎>叶鞘,但当施氮量达到450kg/hm2时,单作小麦叶片和间套作小麦叶鞘、茎、穗氮的积累量减少,而且间套作小麦相同施氮量各器官的氮素积累量大于相应单作小麦各器官的氮素积累量。成熟时小麦各营养体氮积累量随着施氮量的增加而增加,颖壳+穗轴氮积累量最多,其次为茎>叶鞘>叶;成熟时籽粒氮素的吸收积累量随着施氮量的增加而增加,间套作小麦籽粒氮素的吸收积累量大于相同施氮量单作小麦氮素的吸收积累量。在同一施氮水平下,间套作小麦花前氮同化量和总氮同化量都大于相应单作小麦,而间套作小麦花后氮同化量却小于相应单作小麦;单作和间套作小麦总氮同化量与其蛋白质含量之间呈显著正相关(r分别为0.936 ,0.987 )。     

小麦籽粒蛋白质含量遥感监测研究进展

遥感是实现农田作物快速、无损监测的重要手段,利用遥感技术在小麦生长的中后期对籽粒蛋白质含量进行预测对于指导小麦后期氮素调控、实现分类收获和按质收购具有重要意义。该文概述了小麦籽粒蛋白质含量检测方法的发展过程,对国内外运用遥感技术监测小麦籽粒蛋白质含量提出的敏感波段、光谱特征参量、反演模型及分析方法进行了综述,通过分析研究中存在的问题,明确了今后在利用遥感技术监测小麦籽粒蛋白质含量方面应重点解决的问题,并展望了该技术的发展前景。     

水肥耦合对冬小麦籽粒蛋白质及氨基酸含量的影响

为了解不同水、肥条件下小麦籽粒氨基酸及蛋白质含量的变化, 2009~2010 年度在河南省洛阳市农业科学院以“洛旱2 号”小麦为材料, 采用防雨棚池栽种植方式, 研究了不同灌水量、施氮和施磷量及其互作对小麦籽粒蛋白质及氨基酸含量的影响。结果表明: 不同灌水量和施氮量对小麦籽粒蛋白质和氨基酸均有极显著影响(P≤0.01), 且灌水×施氮互作效应显著(P≤0.05 或P≤0.01); 而施磷对其影响不显著。小麦籽粒蛋白质和氨基酸含量均随施氮量增加而增加, 随灌水量增加而降低, 但当灌水量超过282.0 mm、施氮量超过179.2 kg·hm^-2 时, 各指标的变化不再明显,蛋白质含量在高施氮量下略有下降。而必需氨基酸占总氨基酸含量的比例呈随灌水量增加而增加,随施氮量增加而降低的趋势。从不同水肥处理组合看, 蛋白质和氨基酸含量以处理组合N₁₀₅P₄₂W₁₂₇[施氮量105 kg(N)·hm^-2、施磷量42 kg(P₂O₅)·hm^-2 和全生育期灌水量127 mm, 下同]最高, 必需氨基酸/总氨基酸以处理组合N_30.8P₁₂₆W₂₈₂ 最高。籽粒产量随灌水量的增加而增加, 且产量高的处理其水分利用效率也较高。综合从蛋白质及氨基酸产量看, 以处理组合N_179.2P₁₂₆W₂₈₂ 表现最好, 即施氮量为179.2 kg·hm^-2、施磷量为126 kg·hm^-2、灌水量为282 mm。     

农业气象条件对小麦籽粒蛋白质形成的影响

关于小麦籽粒的营养品质,特别是蛋白质的形成,据大量报道认为环境影响,尤其是气候因素的影响很大.本文根据近年来国内外文献报道,从天气、气候条件,从光温水等单因素及综合因素对蛋白质形成的影响作了综述,提出了一些初步意见,以期进一步深入开展研究.     

基于APSIM的旱地小麦籽粒蛋白质含量模型精度检验及应用

:籽粒蛋白质积累过程的准确模拟对黄土丘陵区旱地小麦优质生产的有效调控有重要意义。利用甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年大田试验数据及定西市安定区1971—2017年气象资料,建立基于APSIM(agricultural production systems simulator)的旱地小麦籽粒蛋白质含量模型,采用相关性分析方法检验,并定量分析了耕作方式(传统耕作、传统耕作+秸秆覆盖、免耕及免耕+秸秆覆盖)和播期(正常播期、早播、晚播)对小麦籽粒蛋白质含量的影响。结果表明:3个播期处理和4种耕作方式下,产量和籽粒蛋白质含量模拟值和观测值之间的均方根误差(RMSE)分别为66.4～121.9 kg·hm-2和0.2%～1.1%;归一化均方根误差(NRMSE)分别为1.23%～9.66%和1.31%～9.94%,模型模拟精度较高。播期对旱地小麦籽粒蛋白质含量的影响显著,正常播期的蛋白质含量最高,晚播明显降低了蛋白质含量。4种耕作方式的小麦产量与籽粒蛋白质含量均呈开口向下的二次曲线关系,随着蛋白质含量的升高,产量呈先增加后减少的态势,经过秸秆覆盖的耕作方式(传统耕作+秸秆覆盖和免耕+秸秆覆盖)比不覆盖的耕作方式(传统耕作和免耕)更利于小麦籽粒蛋白质含量的提高。     

两地小麦籽粒蛋白质品质的特点表现

选取西藏主要小麦品种和内地优质小麦品种,分别在西藏和杨陵进行冬播和春播,收获后测定并分析其籽粒蛋白质及其组分。结果表明：不同来源品种蛋白质各组分含量均表现为北京品种＞西藏品种＞青海品种,其中北京品种和西藏品种间的差异较大,而西藏品种和青海品种间的差异较小,蛋白质各组分的变异大小为谷蛋白的变异最大,其次是醇溶蛋白、清蛋白、球蛋白及残余蛋白的变异较小,谷／醇比值在品种间的变异也较大;不同生态条件下各组分的变异的大小为醇溶蛋白＞谷蛋白＞残余蛋白＞球蛋白＞清蛋白,粗蛋白在4种生态条件下的变异系数为9.60%,谷／醇比值的变异系数为13.97%;谷蛋白、清蛋白、球蛋白及谷／醇比值在品种间的变异系数均大于在环境间的变异系数;而醇溶蛋白、残余蛋白及粗蛋白在环境间的变异系数大于在品种间的变异系数。     

施硫对小麦籽粒形成过程中蛋白质与巯基、二硫键的含量及加工品质的影响

在土壤耕层有效硫含量为728 mg/kg的条件下,选用不同冬小麦品种济麦20、淄麦12、鲁麦21和山农1391为试验材料,研究了施用硫肥对小麦不同穗位和不同粒位子粒蛋白质与巯基、二硫键含量及加工品质的影响。结果表明,施用硫肥对上部穗位粒的蛋白质含量的提高作用大于其他穗位粒; 增加了高蛋白含量品种济麦20和淄麦12 的弱势粒子粒蛋白质含量,增加了上部小穗位子粒和中部穗位强势粒的巯基含量,提高了不同穗位子粒二硫键含量; 而对不同粒位子粒二硫键含量的影响则因品种而异。施用硫肥使小麦面粉湿面筋含量、面团形成时间、稳定时间和粉质评价值均有一定提高,但不同品质指标对施用硫肥的反应存在差异。与子粒形成过程中蛋白质含量的变化相反,巯基的含量变化呈先升后降的规律; 二硫键的含量变化趋势与蛋白质含量的变化相似,但最小值出现时间略有延迟。     

施磷对小麦旗叶氮代谢关键酶活性和子粒蛋白质含量的影响

在田间试验条件下,以强筋品种济麦20和弱筋品种山农1391为材料,研究了不同施磷水平对2类型品种小麦旗叶氮代谢关键酶活性和子粒蛋白质积累的效应。结果表明,在P2O5 0～135 kg /hm2范围内,施磷明显提高济麦20灌浆前期旗叶硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性;但却降低山农1391旗叶NR、GS活性。强筋品种济麦20在灌浆中、后期旗叶内肽酶（EP）、羧肽酶（CP）活性和蛋白质含量因施磷而提高;而弱筋品种山农1391的EP、CP活性和子粒蛋白质含量则降低。施磷使济麦20子粒清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量提高,球蛋白含量有所降低;但弱筋品种山农1391子粒球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量因施磷而降低,清蛋白含量未见显著变化。说明小麦施磷应考虑不同品质类型品种氮代谢及子粒蛋白质含量对施磷的反应。     

间作和施氮对小麦和蚕豆籽粒淀粉及蛋白质含量的影响

  【目的】  探明小麦/蚕豆间作下作物籽粒淀粉和蛋白质含量的变化特征及其对氮肥施用的响应。  【方法】  小麦/蚕豆间作田间试验于2019和2020年在云南昆明进行,供试小麦品种为云麦52 (Triticum aestivum L.),蚕豆品种为玉溪大粒豆(Vicia faba L.)。种植模式包括小麦单作、蚕豆单作、小麦蚕豆间作。每个种植模式均设4个施氮水平,小麦分别为N 0、90、180、270 kg/hm2,蚕豆分别为N 0、45、90、135 kg/hm2。成熟期测定了小麦和蚕豆籽粒淀粉和蛋白质含量。  【结果】  随着氮肥施用量的增加,单作、间作小麦籽粒的淀粉含量均显著降低。在4个施氮水平下,2019和2020年间作小麦较单作小麦籽粒总淀粉含量分别提高了10%和22%,支链淀粉含量分别提高了5%和18%,直链淀粉含量分别提高了18%和28%。间作蚕豆相较于单作蚕豆显著降低了籽粒支链、直链和总淀粉含量,且年际间变异较大。2019和2020年间作小麦籽粒总蛋白含量较单作小麦分别提高了5%和6%,醇溶蛋白含量分别提高了9%和15%;蚕豆间作也较单作提高了两年的蚕豆籽粒球蛋白含量和2019年的醇溶蛋白含量,但对蚕豆籽粒总蛋白及其它蛋白组分含量无明显影响。  【结论】  小麦蚕豆间作有利于提高小麦籽粒蛋白质和淀粉含量,而对蚕豆籽粒蛋白质含量几乎无影响,因此,间作是一种具有品质优势的种植模式。     

增温对保护性耕作下冬小麦籽粒蛋白质含量的影响

冬小麦是世界主要粮食作物之一,气候变暖可能显著影响冬小麦籽粒蛋白质含量,但其影响机制还不明确。针对该问题,该研究在中国冬小麦主产区华北平原开展连续3 a（2017-2019）免耕（No Tillage,NT）和常规耕作（Conventional Tillage,CT）下的田间增温试验。结果表明,增温提前了冬小麦返青期,延长了冬小麦营养生长阶段时长,提高了冬小麦叶面积指数和群体净光合速率。2019年增温处理下冬小麦开花期茎叶氮素积累量提升了20.17%（CT）、99.21%（NT）,花后茎叶氮素转移量提升了24.62%（CT）、134.21%（NT）,茎叶氮素对籽粒的贡献率提升了2.43%（CT）、46.10%（NT）。增温影响了冬小麦产量构成,增温下冬小麦有效小穗数略减,部分年限千粒质量略增。NT处理增温增产,CT处理增温增产不明显,总的趋势为NT处理连续3 a平均产量低于CT处理。增温还显著提升了冬小麦籽粒蛋白质含量（P<0.05）,连续3 a平均籽粒蛋白质含量提升了14.28%（CT）、17.39%（NT）。综上,研究表明增温会通过改变冬小麦生理特征显著促进氮素向籽粒转化,并且增温下冬小麦有效小穗数减少使得原本将进入更多籽粒中去的氮素都进入到最终有效籽粒中去,进而显著增加籽粒蛋白质含量。研究结果可为气候变化对冬小麦籽粒蛋白质含量的影响提供科学依据。     

基于氮素营养指数的冬小麦籽粒蛋白质含量遥感反演

基于遥感实现小麦籽粒蛋白质含量提早估测对农业生产具有重要意义。为提高预测小麦籽粒蛋白质含量的准确度,该研究引入能更好反映作物氮素营养状况的农学参数－氮素营养指数,作为衔接遥感信息与产终籽粒蛋白质含量的桥梁。在田间试验的基础上,探讨氮素营养指数与其他农学参数在诊断籽粒蛋白质含量上的优劣,并基于“遥感参数－氮素营养指数－籽粒蛋白质含量”间关系,利用主成分回归算法构建估测籽粒蛋白质含量的遥感反演模型。结果表明,相比于其他参数,冬小麦旗叶期氮素营养指数能更好的反映产终籽粒蛋白质含量;以氮素营养指数为中间变量,所建遥感反演模型能准确预测小麦籽粒蛋白质含量,模型的预测决定系数为0.48,预测标准误差为0.38%,相对误差为2.32%。     

施氮量和花后土壤含水量对小麦氮代谢特性和子粒蛋白质含量的影响

在池栽条件下,研究了施氮量和花后土壤相对含水量对小麦氮代谢特性和籽粒蛋白质含量的影响。结果表明,在同一施氮量下,旗叶和子粒硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性表现为花后土壤相对含水量（Soil relative water content , SRWC）以60%～70%最高,过低（40%～50%）或过高(80%～90%)均降低NR和GS活性。旗叶蛋白酶活性随土壤相对含水量增加而降低;花后土壤相对含水量过低不利于叶片游离氨基酸含量的提高,过高则前期氨基酸合成少,后期向子粒转运不彻底。子粒游离氨基酸和蛋白质含量也随土壤相对含水量增加而降低;子粒蛋白质积累量以花后土壤相对含水量为60%～70% 时最高,过高和过低均不利于子粒蛋白质积累。在同一土壤含水量下,旗叶和子粒NR和GS活性表现为随着施氮量的增加而升高,蛋白酶活性随着施氮量增加而降低;旗叶和子粒游离氨基酸含量、子粒蛋白质含量和积累量随施氮量增加而提高,但施氮量过多,蛋白质积累量增加幅度减小。试验表明,小麦生产中可以通过施用氮肥和控制花后土壤水分含量技术,调节植株氮代谢,提高子粒蛋白质含量。     

气候变化对甘肃农牧交错带春小麦种植区划的影响

为探索气候变化对甘肃农牧交错带春小麦种植区划的影响,科学合理地调整春小麦种植格局。该研究以甘肃农牧交错带30个气象站点1971—2020年的气温和降水时序数据为基础,用BP神经网络对异常和缺失数据进行了插补,依据春小麦生长关键期和整个生育期对光、热和水的需求选取了年均温（温度因子）、年均降水量（水分因子）和≥0 ℃积温（热量因子）作为春小麦种植适宜性区划指标。采用线性倾向率法、累计距平法及Mann-Kendall突变检验法对3个区划指标进行了时间变化特征分析及突变检验,运用ArcGIS技术对区划指标进行了空间分析。结果表明：研究区多年年均温为6.84 ℃,年均温以0.56 ℃/10 a的速率增加,增温趋势明显,于1998年发生突变;年降水量以6.10 mm/10 a的速率呈略微增加趋势,1980年发生突变;≥0 ℃积温以155.41 ℃/10 a的速率呈显著升温趋势,≥0 ℃积温没有发生突变现象。从空间分布来看,年均温和≥0 ℃积温呈现出西部地区气温低,其他地区气温高的空间格局,而年均温倾向率和≥0 ℃积温倾向率则呈现出由西向东、由北向南逐步递增的变化趋势;年降水量表现为由南向北逐步递减的空间分布格局,而年降水量倾向率则呈现出自南向北逐步递增的趋势。气候变化导致甘肃农牧交错带春小麦可种植区海拔提升了565 m,使适宜春小麦种植的范围显著扩大,空间上向南、西扩展,总面积增加到1.66×10⁶ hm²,比1998年前增加了0.80×10⁵ hm²,占总耕地面积的5.06%,其中最适宜区范围扩大最为显著,增加了24.44个百分点。同时,春小麦种植适宜程度区划的区域分配呈现出明显的差异性,1998年后甘肃农牧交错带春小麦种植最适宜区耕地面积较1998年前增加了4.18×10⁵ hm²,适宜区缩小了2.20×10⁵ hm²,次适宜区缩小了1.17×10⁵ hm²,不适宜区缩小了0.68×10⁵ hm²。研究结果可为气候变化背景下甘肃农牧交错带春小麦种植结构的优化调整提供科学依据,有助于区域决策,制定合理利用气候资源的策略,以促进甘肃农牧交错带农业可持续发展和春小麦高产优质。     

气候变化下干旱对中国玉米产量的影响

了解干旱的时空变化特征及其对农业生产的影响对于维护农业可持续发展具有重要意义。该研究以中国五大主要玉米种植区中241个地级行政单元作为研究对象,采用AquaCrop作物模型分别对rcp2.6、rcp4.5、rcp8.5,3种代表性浓度路径情景中玉米在不同灌溉条件下的受到的水分胁迫及相应产量进行模拟,在此基础上通过建立回归模型评估干旱强度对玉米产量损失的影响。结果表明,1）未来中国的干旱强度分布及玉米产量损失在空间上均呈现由西北至东南递减的趋势;2）未来时期全国大部分地区干旱水平相比于历史时期有所上升;3）玉米干旱损失率随干旱指数的变化特征符合Logistic曲线,回归结果的R2为0.96。4）未来北方春播玉米区和黄淮海夏播玉米区的玉米产量对干旱强度反应最敏感,应当引起格外重视。     

Prediction of grain protein content in winter wheat through leaf color measurements using a chlorophyll meter

A field trial was conducted over a 3-year period at the Hokkaido Kitami Agricultural Experiment Station to examine whether the grain protein content (GPC) of a winter wheat cultivar (Triticum aestivum L. cv. Chihokukomugi) suitable for Japanese noodle-making could be predicted before harvest. The prediction of the GPC was accurate based on the color of the second leaf (just below the flag leaf) at the end of the emergence of the inflorescence, when nitrogen application was graded. In order to evaluate the reliability of this test, a survey of 95 wheat fields in the eastern part of Hokkaido was also carried out during a 3-year period. The prediction of the GPC for this cultivar based on the color of the second leaf was less accurate across many sites. The results of this survey, however, suggested that the leaf color could be used as an index for ranking the GPC as low or high in relation to processing requirements. When the leaf color value of the second leaf measured with a chlorophyll meter at the end of the emergence of the inflorescence was less than 40, it was predicted that the GPC would be lower than the processing requirement. This index could be applied to the cultivars grown in the eastern part of Hokkaido, except for those grown on peat soils.     

不同播期对春小麦产量及蛋白质含量的影响研究

试验研究春小麦分期播种不同发育阶段气候因子对其生长发育、产量及品质的影响结果表明 ,哈尔滨地区春小麦适宜播期为 4月中旬后期 (4月 14～ 2 1日 ) ,此时播种有利于春小麦籽粒产量和蛋白质含量的提高     

施氮量对冬小麦蛋白质品质和面粉色泽的影响

为探明不同施氮量对小麦籽粒产量、蛋白质含量及蛋白质组分、面粉色泽的调控效应,明确蛋白质含量及蛋白质组分与面粉色泽间的关系,在河南郑州进行了两年2种筋力型小麦品种（郑麦366和矮抗58）不同施氮水平的定点试验。结果表明,小麦籽粒产量、蛋白质产量和蛋白质含量均随施氮量的增加显著增加,两年结果表现一致。强筋小麦郑麦366产量和品质均提高的最佳施氮量为N 225 kg/hm2,而中筋小麦矮抗58为N 150~225 kg/hm2。蛋白质各组分随施氮量增加的变幅因品种不同存在差异。随施氮量增加两个小麦品种的面粉色泽亮度（L*值）降低,红度（a*值）增加。相关分析表明,面粉色泽亮度（L*值）与蛋白质和醇溶蛋白含量呈显著负相关（P0.05）,红度（a*值）与蛋白质及各蛋白质组分含量呈极显著正相关（P0.01）,黄度（b*值）仅与球蛋白含量呈极显著负相关（P0.01）。因此,施氮量显著影响小麦的籽粒产量和蛋白质含量,施氮量对面粉色泽的影响在不同品种和不同年度间存在差异。