冬小麦和水稻生长与产量对CO2浓度和温度同时升高的响应

摘要

CO2浓度增加和温度升高是气候变化的主要特征，对作物的生长和产量有重要的影响。小麦和水稻是世界上两个最重要的粮食作物，其产量高低直接影响粮食安全。定量分析小麦和水稻对CO2浓度增加和温度升高的响应，可以为评估未来气候变化对粮食安全的影响提供理论依据。开放式大气CO2浓度和温度升高(Free Air CO2Enrichment and Temperature increase，T-FACE)试验研究平台是在大田条件下研究作物对CO2浓度和温度同时升高的响应的有效有段。本研究以冬小麦（Triticum aestivum L.）品种“扬麦14号”和水稻（Oryza sativa L.）品种“常优5号”为供试材料，于2012-2014年在江苏省常熟市古里镇康博村利用T-FACE平台开展试验研究。本试验设置四个处理:只增加CO2浓度，大气CO2浓度增加到500μmol mol-1(C+T);只升高冠层温度，昼夜加温，使冠层温度比对照增加1.5-2.0℃(CT+);同时增加CO2浓度和升高冠层温度(C+T+);对照(CT)。根据试验获取的冬小麦和水稻生长发育、产量和产量构成因子等数据，定量分析冬小麦和水稻生长和产量对CO2浓度和温度升高的响应以及冬小麦和水稻在生长和产量响应CO2浓度和温度升高方面的差异。具体研究结果如下:
　　(1)CO2浓度和温度同时升高使冬小麦和水稻抽穗期分别提前为12-14 d和4-5 d。CO2浓度和温度同时升高使冬小麦抽穗期提前，从而间接导致抽穗期后平均每日冠层降低2.0-2.2℃。CO2浓度和温度同时升高使水稻抽穗期提前，增加抽穗期后平均每日冠层空气温度为1.3-2.0℃。
　　(2) CO2浓度增加增加冬小麦和水稻叶片饱和光强下最大总光合速率、初始光能利用率和冬小麦冠层光能利用率的比值在温度升高下更高。CO2浓度增加对冬小麦冠层光能利用率的增加效应要比CO2浓度增加对水稻冠层光能利用率的增加效应要高。
　　(3)CO2浓度增加和温度升高不改变冬小麦和水稻叶面积指数与冠层叶片氮积累量的量化关系。CO2浓度增加不能补偿温度升高对冬小麦和水稻干物质生产的负面影响。CO2浓度增加(500μmol m-2 S-1)和温度升高(1.5-2℃)的交互影响降低冬小麦和水稻地上部干物重分别为9.5％和8.7-19.6％。
　　(4) CO2浓度和温度同时升高降低冬小麦叶分配指数以及增加茎分配指数和穗分配指数;然而CO2浓度和温度同时升高增加水稻叶分配指数以及降低穗分配指数，但对水稻茎分配指数的影响随年际不同而不同。CO2浓度增加不能补偿温度升高对冬小麦和水稻产量的负面影响，CO2浓度增加(500μmol m-2 S-1)和温度升高(1.5-2℃)的交互影响降低冬小麦和水稻产量分别为9.8-11.5％和16.6-34.6％。每平方米实粒数是冬小麦和水稻产量响应CO2浓度增加和温度升高最重要的产量构成因素。冬小麦和水稻每平方米实粒数在CO2浓度和温度升高下随抽穗期前氮素吸收量的增加而增加。增加冬小麦和水稻抽穗期前氮素吸收量是减缓未来气候变化对产量负面影响的重要应对策略。温度的升高显著的降低水稻的收获指数，但对小麦收获指数没有显著的影响。通过育种手段增加高温下水稻每平方米籽粒数和结实率也是应对未来气候变化对产量的负面影响的重要策略。
　　本研究为评估未来气候变化对冬小麦和水稻产量的影响提供试验数据，同时为设计不同的适应策略来应对气候变化对冬小麦和水稻生长的负面影响从而确保未来粮食安全提供参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

2 作物对CO2浓度增加和温度升高的响应

2．1 生育期

2．2 叶面积指数

2．3 光合速率

2．4 干物质生产和分配

2．5 产量和产量构成因素

3 本研究目的与意义

参考文献

第二章 材料与方法

1 试验地点

2 试验材料与栽培管理

3 T-FACE系统

4 试验设计

5 试验测定项目和方法

5．1 作物生长和籽粒产量

5．2 叶片净光合速率的测定

5．3 光能利用率计算

5．4 统计分析

参考文献

第三章 冬小麦和水稻生育期对CO2浓度和温度同时升高的响应

1 结果与分析

1．1 冬小麦和水稻生育期对CO2浓度和温度同时升高的响应

2 讨论

2．1 生育期对CO2浓度和温度升高的响应

3 小结

参考文献

第四章 冬小麦和水稻叶片光合速率和冠层光能利用率对CO2浓度和温度同时升高的响应

1 结果与分析

1．1 冬小麦和水稻叶片光合参数对CO2浓度和温度同时升高的响应

1．2 冬小麦和水稻冠层光能利用率对CO2浓度和温度同时升高的响应

2 讨论

2．1 叶片光合速率和冠层光能利用率对CO2浓度和温度升高的响应

3 小结

参考文献

第五章 冬小麦和水稻叶面积指数和干物重对CO2浓度和温度同时升高的响应

1 结果与分析

1．1 冬小麦和水稻叶面积指数对CO2浓度和温度同时升高的响应

1．2 冬小麦和水稻干物重对CO2浓度和温度同时升高的响应

2 讨论

2．1 叶面积指数对CO2浓度和温度升高的响应

2．2 干物质生产对CO2浓度和温度升高的响应

3 小结

参考文献

第六章 冬小麦和水稻干物质分配、产量和产量构成因素对CO2浓度和温度同时升高的响应

1 结果与分析

1．1 冬小麦和水稻干物质分配对CO2浓度和温度同时升高的响应

1．2 冬小麦和水稻产量和产量构成因素对CO2浓度和温度同时升高的响应

2 讨论

2．2 产量构成、产量和收获指数对CO2浓度和温度升高的响应

3 小结

参考文献

第七章 总结

1 结论

2 本研究的主要创新之处

3 本研究的不足之处

致谢

攻读博士期间发表或已投出的学术论文和成果