冬小麥生產(chǎn)力對氣候變暖的響應(yīng)與適應(yīng)及其區(qū)域差異.pdf

1、過去100年全球平均氣溫已經(jīng)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(nèi)氣溫上升尤為顯著。溫度是影響小麥生長發(fā)育的最關(guān)鍵因子之一，探明氣候變暖對冬小麥生產(chǎn)的影響，對我國冬小麥生產(chǎn)應(yīng)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(guān)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(jìn)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(chǎn)區(qū)為研究對象，采用歷史資料挖掘和田間增溫試驗相結(jié)合的方法，就氣候變暖對冬小麥生產(chǎn)的影響進(jìn)行系統(tǒng)研究。重點(diǎn)分析區(qū)域內(nèi)氣候變化特征，產(chǎn)量變化特征及其與氣候變化的關(guān)系，探明冬小麥生長對氣候變暖的實際響應(yīng)和適應(yīng)特征及其生物學(xué)機(jī)制，擬為氣候變暖背景下冬小麥品種改良和種植區(qū)域調(diào)整提供理論與技術(shù)支撐。本文主要結(jié)論如下:
　　(1)1989-2009年區(qū)域內(nèi)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(jù)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(nèi)冬小麥光溫生產(chǎn)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(dá)150kghm-2year-1。
　　(2)依據(jù)1989-2009年地市級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，分析地市級實際產(chǎn)量、滑動平均法去趨勢產(chǎn)量和一次回歸法去趨勢產(chǎn)量變率與氣象因子的變率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)氣候變暖顯著影響冬小麥產(chǎn)量，但產(chǎn)量對不同的氣象因子的響應(yīng)不一致。其中，以日最低氣溫與產(chǎn)量變化相關(guān)性最高。在地級市尺度上，根據(jù)實際產(chǎn)量、滑動平均法去趨勢產(chǎn)量和一次回歸

5、法去趨勢產(chǎn)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(chǎn)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(diǎn)產(chǎn)量與氣象因子的關(guān)系也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律。
　　(3)三年的夜間增溫試驗結(jié)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(chǎn)量3年平均分別提高了8.9％、13.9％、11.8％和11.7％，均達(dá)到統(tǒng)計顯著水平（P＜0.05）。分析產(chǎn)量構(gòu)成發(fā)現(xiàn)，冬小麥產(chǎn)量提高主要?dú)w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(chǎn)力變化與背景氣溫負(fù)相關(guān)，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(bǔ)償現(xiàn)象。
　　(5)夜間增溫下，4個試驗點(diǎn)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(zhì)含量，但單

9、位面積蛋白質(zhì)總產(chǎn)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(zhì)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(zhì)產(chǎn)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(jù)1992-2009年田間觀察數(shù)據(jù)分析，區(qū)域內(nèi)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-