自由大气CO2浓度与温度升高对水稻生长发育的影响

摘要

CO2浓度和温度升高是全球气候变化的主要特征。CO2浓度和温度的变化直接影响作物的生长与发育，从而影响作物产量和全球粮食安全。水稻是世界也是我国重要的粮食作物之一，评估未来气候变化对我国水稻产量的影响，可以为制定我国粮食安全保障政策提供科学依据。本研究以水稻常优5号（Oryza sativaL.）为研究对象，利用我国第一个开放式CO2浓度和温度升高增高平台（Free air CO2 enrichment andIncrease temperature, TFACE）（位于江苏常熟，31°35′5.64″N，120°55′6.69″E），开展了2年(2012-2013)模拟CO2浓度和温度升高的气候环境的水稻栽培实验，研究CO2浓度和温度升高对水稻生长发育的影响，实验设对照(CK)、CO2浓度500ppm（Free air CO2 enrichment, FACE）、CO2浓度500ppm+2℃增温(Free air CO2enrichment and Increase temperature,TFACE)、2℃增温（Increase temperature,T)4个处理，每个处理3个重复。根据2年的实验数据，定量分析了CO2浓度升高和温度升高对水稻生育期、生长指标（光合作用、茎蘖数和叶面积指数、干物质生产）和产量的影响。本次研究结果如下:
　　(1)对生育期的影响:与CK相比，FACE、TFACE、T处理都缩短了水稻的生育期，FACE、TFACE、T分别使水稻抽穗期提前了2天、5天、3天，全生育期缩短了3天、6天和4天。FACE、TFACE、T处理主要影响出苗-抽穗的天数，对抽穗-成熟的天数也有影响。
　　(2)对叶片光合作用速率的影响:与CK相比，FACE、TFACE显著提高了在饱和光强下（2000μmol·m-2·s-1）水稻的净光合速率，T处理则降低了水稻的净光合速率但是差异不显著。FACE处理使水稻的净光合速率升高了10.7％-25.8％，T处理使水稻的净光合速率降低了6.6％-16.3％，TFACE处理使水稻的净光合速率升高了2.6％-19.3％。
　　(3)对分蘖数和有效分蘖数的影响:FACE、TFACE增强了水稻的分蘖能力，T处理则显著减少了水稻的有效分蘖数。相比CK，FACE、TFACE处理分别使水稻的最大分蘖数分增加了5.7％-11.6％，6.7％-11.5％，T处理则使最大茎蘖数降低了0.4％-3.2％。相比CK，FACE、TFACE处理使水稻的有效分蘖数分别增加了5.7％7.1％，T处理使水稻的有效分蘖数减少了2.0％。
　　(4)对叶面积指数的影响:FACE处理显著增加了水稻的叶面积指数(LAI)，TFACE处理使水稻的LAI降低，T处理则显著减少了LAI。FACE处理使水稻的LAI增加了10.9％-16.7％，TFACE处理使水稻的LAI降低了2.7％-4.1％，T处理则使水稻LAI降低了8.7％-23.8％。
　　(5)对干物质生产量的影响:FACE处理使水稻的总干重显著升高，TFACE和T处理则显著降低了水稻的总干重。与CK相比，FACE处理使水稻的总干重增加5.3％, TFACE处理则降低了19.7％，T处理则降低了26.2％。与CK相比，FACE处理使水稻抽穗前干物质积累增加，抽穗后干物质积累减少，而TFACE和T处理则使水稻抽穗前和抽穗后干物质的积累减少。
　　(6)对收获指数和产量的影响:与CK相比，FACE、TFACE、T都降低了水稻的收获指数，FACE处理使水稻的收获指数降低了0.2％，TFACE处理使水稻的收获指数降低了10.8％，T处理使水稻的收获指数降低了11.6％。FACE处理使水稻的产量增加、TFACE和T处理则降低水稻的产量。2013年，FACE处理使水稻产量增加6.3％，T处理则使水稻产量降低27.0％; TFACE处理则使水稻减产18.8％。
　　本研究表明，CO2浓度升高(107ppm)的肥效作用不能完全抵消温度上升(1.2℃)对水稻干物质生产、产量的负面作用。研究结果为今后进一步定量研究气候变化对水稻生产的影响提供实验依据和数据支撑。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 研究背景

2 国内外研究现状

2．1 试验平台的演变

2．2 CO2升高对水稻生长发育和产量的影响

2．3 温度升高对水稻生长发育和产量的影响

2．4 CO2和温度升高对水稻生长发育和产量的影响

3 研究目的与技术线路线

3．1 研究的目的与意义

3．2 研究的技术线路

第二章 材料与方法

1 试验材料与设计

1．1 试验平台

1．2 试验品种与时间

2 试验测定项目与方法

2．1 背景气象数据

2．2 生育期的观测

2．3 SPAD的测定

2．4 叶片净光合速率测定

2．5 叶面积指数测定

2．6 植株干物质积累量的测定与茎蘖数的调查

2．7 产量的测定

3 数据分析

第三章 CO2浓度与温度升高对水稻发育的影响

1 结果与分析

1．1 CO2浓度和温度升高对水稻全生育期的影晌

1．2 CO2浓度和温度升高对水稻出苗—抽穗日期的影响

1．3 CO2浓度和温度升高对水稻抽穗—成熟天数的影响

1．4 CO2浓度和温度升高对水稻SPAD的影响

2 小结

第四章 CO2浓度与温度升高对水稻光合作用、群体动态(茎蘖、LAI)及干物质生产的影响

1 结果与分析

1．1 CO2浓度与温度升高对水稻光合作用的影响

1．2 CO2浓度与温度升高对水稻茎蘖数的影响

1．3 CO2浓度与温度升高对水稻叶面积指数的影响

1．4 CO2浓度与温度升高对水稻千物质生产的影响

2 小结

第五章 CO2浓度与温度升高对水稻产量的影响

1 结果与分析

1．1 CO2浓度和温度升高对水稻收获指数的影响

1．2 CO2浓度和温度对水稻产量的变化

2 小结

第六章 结论与讨论

1 讨论

1．1 CO2浓度和温度对水稻生育期的影响

1．2 CO2浓度和温度升高对水稻生长的影响

1．3 CO2浓度和温度升高对水稻产量的影响

2 结论

3 研究的创新性

4 今后的发展方向

参考文献

致谢