冬小麦生产力对气温升高的响应与适应研究郑成岩.ppt

冬小麦生产力对气温升高的 响应与适应研究 汇报人：郑成岩 中国农业科学院作物科学研究所栽培生理系 E-mail: 河南 郑州 2013年10月 20132013年中国作物学会学术年会年中国作物学会学术年会 汇报内容 一、研究目的与意义 二、 研究思路与方法 三、 主要内容与进展 四、 主要结论与启示 一、研究目的与意义 1. 探讨气候变暖对小麦生产潜在影响意义重大。 中国气候变暖现状 （Jiang et al, 2012 ） 中国气候变暖现状 （Jiang et al, 2012 ） u各种植区平均温度、最低温度和最高温度都有增加。 u日较差减小，日最低气温升高幅度较大，且北方地区幅度高于南方地区。 中国冬小麦生产重要性（2011年） 中国小麦产量占世界小麦产量的18% 中国小麦产量占粮食总产的21%，其中冬小麦占小麦总 产的95% 6.6亿吨 1.2亿吨 2. 阐明气候变暖对冬小麦分布影响的意义突出。 气候变化对小麦种植界限和布局的影响（Yang et al,2012） 3. 气候变化对中国冬小麦生产的影响尚不清楚。 气候变化对小麦的实际影响(1980-2008) （Lobell et al., Science, 2011） 气候变化对小麦的可能影响 （Chavas et al., AGFM, 2009） 降低历史数据模型分析对未来小麦生产预测的 不确定性，提高指导粮食生产的科学性； 为应对气候变化的小麦品种改良，以及耕作栽 培技术改进，提供理论依据。 科学意义： 科学问题： 冬小麦生产力对气温升高的实际响应与适应？ 二、 研究思路与方法 1. 研究思路：科学问题分析 田间全生育期增温试验 生育期、生理生态、产量 区 域 差 异 品 种 差 异 应对气候变暖的品种改良与耕作栽培技术改进策略 实际响应 冬小麦全生育期开放式增温试验布局图 2. 增温试验布局 不同年代品种增温： 1950-60s、1970s、 1980s、1990s、 2000s（河南新乡， ）。 不同区域增温：全天 增温（镇江、徐州， 新乡、拉萨， ）； 新乡 拉萨 镇江 徐州 3. 田间开放式增温系统 主动式增温系统的增温效果（拉萨） 生育期变化灌浆初期日变化 增温小区冠层和地下5cm 温度的日变化和全生育期日平 均温度变化趋势基本与不增温对照区温度变化趋势相似 主动式增温系统的增温效果（新乡） 生育期变化灌浆初期日变化 增温小区冠层温度比不增温对照区温度增加1.1左右 主动式增温系统的土壤水分含量 拉 萨新 乡 开花期和成熟期土壤水分含量差异不显著 三、 主要内容与进展 1.气温升高对不同区域和不同年代品种小麦生育期的影响 1.1 不同区域（镇江、徐州、新乡、拉萨） AreaArea TreatmentTreatment PhenophasePhenophase date ( date (dddd/mm)/mm)Length of Length of phenophasephenophase period (day) period (day) SowingSowingAnthesisAnthesisMaturityMaturityPre-Pre-anthesisanthesisPost-Post-anthesisanthesisEntire growth periodEntire growth period ZhenjiangZhenjiang NWNW 15-Nov15-Nov 16-Apr16-Apr23-May23-May1531533737190190 WW9-Apr9-Apr21-May21-May1461464242188188 XuzhouXuzhou NWNW 12-Oct12-Oct 24-Apr24-Apr2-Jun2-Jun1951953939234234 WW17-Apr17-Apr29-May29-May1881884242230230 XinxiangXinxiang NWNW 19-Oct19-Oct 27-Apr27-Apr1-Jun1-Jun1921923535227227 WW20-Apr20-Apr26-May26-May1851853636221221 LhasaLhasa NWNW 26-Oct26-Oct 16-Jun16-Jun27-Jul27-Jul2342345252286286 WW2-Jun2-Jun7-Aug7-Aug2202205353273273 Table 1 The wheat phenophase data and period length in the warming (W) and non-warming (NW) plots Variety Variety The lengths of plant The lengths of plant phenophasephenophase periods (d) periods (d) Pre-Pre-anthesisanthesis period periodPost-Post-anthesisanthesis period period Entire growth periodEntire growth period NWNWWWNWNWWWNWNWWW AfuAfu19319318618633333636226226222222 FengchanFengchan 3 319319318518534343939227227224224 BonongBonong 7023 702319119118018030303535221221215215 YumaiYumai 2 219119118018034344040225225220220 YumaiYumai 10 1019119117917931313737222222216216 YumaiYumai 13 1319219217917934344040226226219219 YumaiYumai 46 4618918918318335353636224224219219 YumaiYumai 54 5419119118318333333838224224221221 ZhoumaiZhoumai 18 1819219218518535353535227227220220 AikangAikang 58 5819219218518535353636227227221221 AverageAverage19219218318333333737225225220220 Table 2 The lengths of plant phenophase periods in the warming (W) and non-warming (NW) plots 1.2 不同年代品种（1950s2000s） 增温明显的缩短了生育期，主要是花前的生育期缩短，花后灌浆期有延长的趋势； 花后灌浆期平均延长了4天 。 2.气温升高对不同区域和不同年代品种小麦生物量的影响 2.1 不同区域（镇江、徐州、新乡、拉萨） 增温明显的提高了不同区域冬小麦的生物产量；提高幅度区域之间存在差异。 2.2 不同年代品种（1950s2000s） Variety Variety Aboveground biomass accumulation (g mAboveground biomass accumulation (g m-2 -2 ) ) Harvest indexHarvest index (%)(%) Pre-Pre-anthesisanthesis phase phasePost-Post-anthesisanthesis phase phaseEntire growth periodEntire growth period NWNWWWNWNWWWNWNWWWNWNWWW AfuAfu949.7 a949.7 a962.5 a962.5 a341.6 a341.6 a360.9 a360.9 a1291.2 a1291.2 a1323.1 a1323.1 a39.1 a39.1 a40.1 a40.1 a FengchanFengchan 3 31019.4 a1019.4 a1043.7 a1043.7 a306.1 a306.1 a265.2 b265.2 b1325.5 a1325.5 a1308.9 a1308.9 a31.7 b31.7 b35.5 a35.5 a BonongBonong 7023 70231246.5 a1246.5 a1299.4 a1299.4 a284.5 a284.5 a235.7 a235.7 a1531.0 a1531.0 a1535.1 a1535.1 a24.0 b24.0 b26.3 a26.3 a YumaiYumai 2 2965.1 a965.1 a1038.4 a1038.4 a236.0 a236.0 a270.7 a270.7 a1201.1 a1201.1 a1309.1 a1309.1 a27.8 b27.8 b29.0a29.0a YumaiYumai 10 101040.4 a1040.4 a1156.8 a1156.8 a458.9 a458.9 a524.2 a524.2 a1499.3 a1499.3 a1681.0 a1681.0 a43.1 a43.1 a43.0 a43.0 a YumaiYumai 13 13979.3 b979.3 b1082.5 a1082.5 a458.2 a458.2 a515.5 a515.5 a1437.6 b1437.6 b1598.1 a1598.1 a44.6 a44.6 a44.3 a44.3 a YumaiYumai 46 46983.4 b983.4 b1111.9 a1111.9 a496.8 b496.8 b577.0 a577.0 a1480.6 b1480.6 b1688.9 a1688.9 a45.1 a45.1 a45.0 a45.0 a YumaiYumai 54 541029.0 b1029.0 b1119.7 a1119.7 a496.6 b496.6 b575.0 a575.0 a1525.6 b1525.6 b1694.7 a1694.7 a44.1 a44.1 a44.4 a44.4 a ZhoumaiZhoumai 18 18964.7 a964.7 a1108.2 a1108.2 a544.1 b544.1 b655.4 a655.4 a1508.9 b1508.9 b1763.6 a1763.6 a46.6 a46.6 a46.1 a46.1 a AikangAikang 58 581055.2 a1055.2 a1087.9 a1087.9 a557.3 b557.3 b628.5 a628.5 a1612.5 b1612.5 b1716.4 a1716.4 a45.2 b45.2 b46.2a46.2a AverageAverage1023.3 b1023.3 b1101.1 a1101.1 a418.0 b418.0 b460.0 a460.0 a1441.3 b1441.3 b1561.9 a1561.9 a39.1 a39.1 a40.0 a40.0 a Table 2 Wheat aboveground biomass and harvest index in the warming (W) and non-warming (NW) plots 增温均提高了不同年代品种冬小麦的生物产量；生物量平均提高8.4%。 3.气温升高对不同区域和不同年代品种小麦叶面积的影响 3.1 不同区域（镇江、徐州、新乡、拉萨） 增温提高了不同区域冬小麦的旗叶叶面积和开花期叶面积指数；提高幅度区域 之间存在差异。 3.2 不同年代品种（1950s2000s） 增温均提高了不同年代品种冬小麦的旗叶叶面积和开花期叶面积指数；平均 分别提高7.9%和9.2%。 4.气温升高对不同区域和不同年代品种小麦产量及构成的影响 4.1 不同区域（镇江、徐州、新乡、拉萨） AreaArea TreatmentTreatmentProductive spike no. Productive spike no. Grain numberGrain number1000-Grain1000-Grain Grain yield Grain yield (plant m(plant m-2 -2 ) ) (grain spike(grain spike-1 -1 ) ) weight (g)weight (g)(g m(g m-2 -2 ) ) ZhenjiangZhenjiang NWNW412 a412 a34.6 a 34.6 a 41.2 a 41.2 a 444.1a444.1a WW372 a 372 a 36.8 a36.8 a43.3 a 43.3 a 468.5 a 468.5 a XuzhouXuzhouNWNW570 a570 a36.6 a36.6 a54.2 a54.2 a1078.0 a1078.0 a WW615 a615 a41.5 a41.5 a54.9 a54.9 a1105.4 a1105.4 a XinxiangXinxiangNWNW589 a589 a32.0 b32.0 b44.8 b44.8 b728.3 b728.3 b WW590 a590 a34.2 a34.2 a46.9 a46.9 a792.2 a792.2 a LhasaLhasaNWNW354 b354 b47.3 a 47.3 a 54.9 a 54.9 a 880.0 b880.0 b WW464 a 464 a 41.0 b41.0 b51.7 a 51.7 a 951.7 a 951.7 a Table 4 Wheat grain yield and its components in the warming (W) and non-warming (NW) plots 增温明显的提高了不同区域冬小麦的产量；区域之间，镇江、徐州和新 乡主要通过提高穗粒数和千粒重，而拉萨地区主要提高了收获群体数。 4.2 不同年代品种（1950s2000s） Table 4 Wheat grain yield and its components in the warming (W) and non-warming (NW) plots 增温明显的提高了不同年代品种冬小麦的产量，平均增产11.4%。 Variety Variety Grain yieldGrain yield (g m(g m-2 -2 ) ) Productive spike no. Productive spike no. (plant m(plant m-2 -2 ) ) Filled grain no.Filled grain no. (grain spike(grain spike-1 -1 ) ) 1000-grain weight1000-grain weight (g)(g) NWNWWWNWNWWWNWNWWWNWNWWW AfuAfu505.7 a505.7 a531.1a531.1a669.8 a669.8 a660.6 a660.6 a33.2 b33.2 b34.7 a34.7 a30.6 b30.6 b33.7 a33.7 a FengchanFengchan 3 3420.3 b 420.3 b 465.1 a 465.1 a 648.3 a648.3 a639.6 a639.6 a35.3 b35.3 b37.0 a37.0 a32.4 a32.4 a33.2 a33.2 a BonongBonong 7023 7023367.0a 367.0a 403.7 a 403.7 a 665.8 a665.8 a665.2 a665.2 a35.8 b35.8 b37.0 a37.0 a28.2 a28.2 a29.0 a29.0 a YumaiYumai 2 2333.9 a333.9 a379.1 a379.1 a652.2 a652.2 a675.2 a675.2 a35.8 b35.8 b36.9 a36.9 a27.0 b27.0 b29.2 a29.2 a YumaiYumai 10 10645.9 b645.9 b723.1 a723.1 a651.1 a651.1 a650.9 a650.9 a35.0 b35.0 b36.5 a36.5 a34.2 b34.2 b36.7 a36.7 a YumaiYumai 13 13641.2 b641.2 b708.4 a708.4 a647.7 a647.7 a679.5 a679.5 a36.2a36.2a36.7 a36.7 a32.9 b32.9 b35.5 a35.5 a YumaiYumai 46 46667.1 b667.1 b760.2 a760.2 a568.1 b568.1 b601.4 a601.4 a34.8 b34.8 b36.3 a36.3 a39.7 b39.7 b42.0 a42.0 a YumaiYumai 54 54671.9 b671.9 b753.1 a753.1 a628.3 a628.3 a627.6 a627.6 a31.6 b31.6 b32.8 a32.8 a40.0 b40.0 b43.1 a43.1 a ZhoumaiZhoumai 18 18702.5 b702.5 b813.9 a813.9 a551.5 b551.5 b584.5 a584.5 a30.3 b30.3 b32.3 a32.3 a46.1 b46.1 b49.2 a49.2 a AikangAikang 58 58728.3 b728.3 b792.2 a792.2 a589.1 a589.1 a590.1 a590.1 a32.0 b32.0 b34.2 a34.2 a44.8 b44.8 b46.9 a46.9 a AverageAverage568.4 b568.4 b633.0 a633.0 a627.2 a627.2 a637.5 a637.5 a34.0 b34