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自由大气CO_2浓度与温度升高对水稻干物质分配及产量构成因素的影响

何帅奇  
【摘要】:全球气候变化的主要特征是大气C02浓度和温度的升高。C02浓度和温度是影响作物生长和发育的重要环境因子,明确其对作物干物质在各器官中分配和产量形成的影响是准确评估未来气候变化对粮食安全影响的重要前提。水稻是世界也是我国三大粮食作物之一,其产量的高低直接影响我国粮食安全。干物质分配及产量构成因素是作物产量形成的重要过程并直接影响作物产量。为了明确大气CO2浓度与温度升高对作物干物质分配及产量构成因素的影响,本研究以水稻(Oryza sativa L.)品种常优5号为试验材料,利用我国第一个开放式C02浓度和温度升高增高平台 (Free Air C02 Enrichment And Increased Temperature, TFACE)(位于江苏常熟,31°35[N,120°55[E),开展了2年(2012-2013)模拟C02浓度和温度升高的气候环境的水稻栽培实验,研究C02浓度和温度升高对水稻干物质分配及产量构成因素的影响。试验共设4个处理,3次重复。4个处理分别为:对照(CK)、CO2浓度500ppm (Free Air CO2 Enrichment, FACE)、CO2度500ppm+2℃升温(F+T)、2℃升温(T)。根据试验数据,分析了大气CO2浓度和温度升高对水稻产量、产量构成因素(单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒重)、干物质分配的影响。具体研究结果如下:(1)对产量的影响:与CK相比,FACE处理使水稻产量显著增加545kg/hm2,增幅为6.3%;T处理使水稻产量显著减少2335 kg/hm2,减幅为27.0%;F+T处理使水稻产量显著减少1630 kg/hm2,减幅为18.8%。FACE和T对水稻产量的影响互作效应不显著。(2)对产量构成因素的影响:各处理对单位面积有效穗数的影响:与CK相比FACE处理增加5.7%,T处理减少2.0%,F+T处理增加7.1%。各处理对每穗粒数的影响:与CK相比FACE处理增加10.2%,T处理减少37.5%,F+T处理减少23.9%。各处理对结实率的影响:与CK相比FACE处理减少5.3%,T处理减少10.1%。F+T处理减少10.8%。各处理对千粒重的影响:与CK相比FACE处理增加3.9%,T处理减少3.8%,F+T处理使减少6.6%。FACE和T对水稻穗粒数和结实率的影响互作效应不显著,对单位面积有效穗数和千粒重的影响互作效应显著。单位面积有效穗数和每穗粒数的增加是FACE产量增加的主要原因。CO2浓度和温度同时升高对水稻产量构成因素中每穗粒数的影响最大(降低幅度为22.9%),单位面积有效穗数虽有一定幅度的增加(幅度为7.1%),但不足以弥补每穗粒数降低对产量的负效应。(3)对干物质分配的影响:FACE处理增加了水稻叶、茎鞘和穗等器官的干物质积累量,T处理减少了水稻叶、茎鞘和穗等器官的干物质积累量,F+T处理对水稻叶和茎的干物质积累的影响不显著,减少了灌浆期和成熟期穗干重。FACE处理对水稻各生育期叶、茎和穗的分配指数影响不显著,T处理增加了水稻各生育期叶的分配指数,显著减少了成熟期穗的分配指数,对其它生育期穗的分配指数影响不显著,增加了成熟期茎的分配指数,对其它各生育期茎的分配指数差异不显著,F+T处理对叶的分配指数影响不显著,对拔节期到抽穗期的茎和穗的分配指数影响不显著,增加了灌浆期和成熟期茎的分配指数,减少了灌浆期和成熟期穗的分配指数。本研究表明,C02浓度升高123ppm对水稻产量的正效应不足以抵消温度升高1.4℃的负效应,使水稻产量减少18.8%。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,同时也为改善水稻栽培管理方法应对气候变化对水稻产量的影响提供参考依据。


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