气候变暖对冬小麦徐麦33产量和品质影响.pdf
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1、利用江苏徐州农业气象试验站试验数据研究作物品种、土壤物理化学性质和管理措施均相同条件下,气候变暖对半冬性冬小麦品种产量结构和籽粒品质的影响。研究发现:不同播期冬小麦生长季平均气温升温幅度为 。平均气温升高对冬小麦产量结构造成影响,平均气温每升高,冬小麦穗粒数减少 ;平均气温升高对籽粒蛋白质、脂肪和氨基酸含量造成负面影响,进而影响籽粒品质。平均气温与籽粒蛋白质含量相关系数为 (达到 显著性水平),与脂肪含量相关系数为 (达到 显著性水平)。此外,气温升高对 种氨基酸中的 种产生负面影响,其中对天冬氨酸和精氨酸含量负面影响达到 显著性水平。导致上述结果的主要原因是气候变暖夜间最低气温升高,冬小麦呼
2、吸作用加强,不利于冬小麦同化作用和有机物积累;气候变暖导致冬小麦开花期到成熟期高温热害增多,影响冬小麦生理生化过程,特别是限制了冬小麦营养物质的吸收和合成。关键词:气候变暖;冬小麦;产量;品质引言小麦是重要粮食作物,全世界约 的人口以小麦为主要粮食,小麦是人体主要营养来源之一,小麦蛋白质含量在常见粮食作物中最高,并含有多种氨基酸,如赖氨酸、异亮氨酸等,因此小麦营养价值的波动对人体健康具有重要意义。我国是世界上最大的冬小麦生产和消费国,年我国小麦总产量增加 倍。年小麦种植面积为 ,总产量为 ,约占全球小麦总产量的。年我国青海瓦里关大气本底站二氧化碳浓度明显上升,年该站二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的年
3、平均浓度分别达到()、()和(),与北半球中纬度地区平均浓度大体相当。受温室气体持续增加影响,全球平均气温自 世纪 年代显著升高,由此引发的气候变化问题受到广泛关注。联合国政府间气候变化专门委员会评估报告指出气候系统变暖是毋庸置疑的 。近几十年观测到的气候变化是前所未有的。年亚洲陆地表面平均气温上升 ,年亚洲陆地表面平均气温呈显著上升趋势,速率为 ()。我国 第四次气候变化国家评估报告显示:我国最新百年器测气候数据观测的我国陆地 收到,收到再改稿。资助项目:中国气象局创新发展专项()邮箱:第 卷 第期 年月 应 用 气 象 学 报 ,区域平均气温升高幅度大于全球水平,年我国平均气温呈上升趋势,
4、并伴随明显的年代际波动,年平均气温上升 。冬小麦产量和品质受遗传及气象等因素影响,气象条件(如气温、降水量和日照时数)影响冬小麦生长发育的物理、化学和生物过程。冬小麦是喜凉作物,对气候变化较为敏感,温度影响冬小麦发育进程。在农业气象方面,有关灾害机理 、灾害指数 和气候变化影响 已开展大量研究。研究表明:气候变暖使得冬小麦播种期和出苗期延迟,返青期和成熟期提前,小麦营养生长阶段缩短,生殖生长阶段延长 ,气候变化对小麦产量的影响总体为负效应 。尽管有关气候变化对冬小麦生长发育和产量的影响已开展大量研究,但气候变化对冬小麦籽粒品质影响却鲜见报道。本研究基于冬小麦主产区江苏徐州农业气象试验站连续年开
5、展的大田科学试验,研究气候变暖对当地种植的半冬性冬小麦品种徐麦 的产量结构和小麦籽粒品质的影响。试验方法与数据 试验区概况徐州农业气象试验站位于江苏省徐州市鼓楼区九里山前,海拔高度为 ,属于暖温带大陆性半湿润季风气候,年平均气温为 ,降水量约为 ,地形由平原和山丘岗地两部分组成,以平原为主。试验设计为了研究气候变化对冬小麦半冬性品种产量结构和籽粒品质的影响,年采用当地冬小麦主栽品种徐麦 开展试验,将冬小麦播期分为期,设置组试验。试验区域面积为,采用拉丁方设计排列,各试验区耕作方式、灌溉等田间管理措施与当地大田一致,播种量与当地正常播种期的播种量保持一致。第播期:较大田冬小麦正常播期早,年 月
6、日播种,年月 日播种,年月 日播种,年月 日播种,年月 日播种。第播期:与大田冬小麦播期一致,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种。第播期:较大田冬小麦正常播期偏晚,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种。第播期:较大田冬小麦正常播期偏晚,年 月日播种,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种,年 月 日播种。观测要素自冬小麦播种开始,对冬小麦各个发育期进行观测,包括播种、出苗、分蘖、越冬开始、返青、拔节、孕穗、抽穗、开花、乳熟、成熟期普遍期日期,观测方法按农业气象观测规范 进行。在冬小麦成熟期对产量进行测
7、定,每个冬小麦试验区连续取 穗,观测小穗数、穗粒数、千粒重等,千粒重为晾晒风干后称取的千粒重,每个播期个重复分别测定,求取平均值。气象要素包括冬小麦从播种期到成熟期的逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量、日照时数等。蛋白质测定方法籽粒蛋白质、淀粉、脂肪含量等品质性状测定参照国标法测定,淀粉含量采用国家标准酶水解法测定,氨基酸检测采用异硫氰酸苯酯()法。蛋白质和脂肪测定方法如下。蛋白质测定方法蛋白质含量采用国家标准()凯式定氮法测定:犡(犞犞)犮 犿犞 犳 。()式()中,犡为试样中蛋白质含量(单位:(),犞为试样消耗盐酸标准滴定溶液体积(单位:),犞为空白试剂消耗盐酸标准滴定溶液体积(单位
8、:),犞为吸取消化液体积(单位:),犮为盐酸标准滴定溶液浓度(单位:),犿为称样量(单位:),犳为氮换算为蛋白质的系数。脂肪测定方法脂肪含量采用国家标准()索氏抽提法测定:犉犿犿犿 。()式()中,犉为试样中脂肪含量(单位:(),第期宋艳玲等:气候变暖对冬小麦徐麦 产量和品质影响犿为恒重后接收瓶和脂肪的质量(单位:),犿为接收瓶的质量(单位:),犿为试样的质量(单位:)。热害指数一般冬小麦 月播种,月进入越冬期,月进入孕穗开花期,月底至月初进入成熟收获期,冬小麦在开花期到成熟期经常遭受高温热害、干热风和干旱的影响,。本文试验仅考虑气温升高(包括高温热害和低温)影响,未考虑其他灾害影响。本文采用
9、日最高气温 作为冬小麦开花至成熟期高温热害临界温度,热害指数(犐 )作为冬小麦遭受高温热害指数。热害指数计算方法:犐 犑 ,()犑 犜 ,犜 ,犜 ,犜 ;,犜 ,犜 。()其中,犐 为冬小麦热害指数(单位:),犑 为逐日冬小麦热害指数(单位:),犜 为冬小麦临界温度(取),犜 ,为日最高气温(单位:)。结果分析 冬小麦不同播期气候环境变化试验冬小麦个播期播种时间分别是 年的 月 日、月 日、月 日和 月日,冬小麦成熟收获期分别是 年月 日、月 日、月 日和月 日。试验冬小麦个播期播种时间分别是 年的月 日、月 日、月 日和 月 日,冬小麦成熟收获期分别是 年月 日、月日、月日和月日。试验、试
10、验、试验冬小麦播种期与 年度冬小麦播种期相同,冬小麦成熟期在月底到月初。除 年(试验)冬季偏暖,无越冬期,其他年份冬小麦均有越冬期。有关组试验的详细信息见表。由表可知,试验冬小麦从播种期到成熟期表 年江苏徐州农业气象试验站冬小麦播种试验生长发育期和气象条件犜 犪 犫 犾 犲犌 狉 狅 狑 犻 狀 犵 狊 犲 犪 狊 狅 狀犪 狀 犱犿 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 犮 狅 狀 犱 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳狑 犻 狀 狋 犲 狉狑 犺 犲 犪 狋 犳 狅 狉 狊 狅 狑 犻 狀 犵犱 犪 狋 犲犲 狓 狆 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 狊犪 狋犡 狌 狕 犺 狅 狌犃 犵 狉
11、 狅 犿 犲 狋 犲 狅 狉 狅 犾 狅 犵 犻 犮 犪 犾 犛 狋 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犑 犻 犪 狀 犵 狊 犺 狌犱 狌 狉 犻 狀 犵 试验播期播种期成熟期平均气温积温()降水量日照时数试验第播期 第播期 第播期 第播期 试验第播期 第播期 第播期 第播期 试验第播期 第播期 第播期 第播期 试验第播期 第播期 第播期 第播期 试验第播期 第播期 第播期 第播期 平均气温最高,第播期平均气温为 ,第播期平 均 气 温 为 ,第播 期 平 均 气 温 为 ,第播期平均气温也为 。试验第播期冬小麦生长期平均气温最低,为。以试验第播期为基准,年大田科学试验冬小麦不同播期升温幅度为 。第播
12、期冬小麦从播种期到成熟期的积温最高,第播期、第播期和第播期积温持续下降,但各播期降水量差异不 应用气象学报 第 卷大,年际波动大。大多数年份第播期日照时数多,其他播期日照时数持续下降。气候变化对冬小麦产量结构的影响冬小麦产量受冬小麦品种、土壤、生产措施和气候条件的影响,本研究年大田试验每年个播期,冬小麦品种均为徐麦,试验地相同,土壤物理化学性质相同,生产措施相同,因此冬小麦产量结构主要受气象条件影响,特别是气温影响。冬小麦产量构成因子包括穗粒数、千粒重和冬小麦密度,试验密度相同,气候条件主要影响冬小麦穗粒数和千粒重。图是冬小麦生长季平均气温与穗粒数和千粒重的关系。由图可见,气候变暖可对半冬性冬
13、小麦品种产量结构造成不利影响,使穗粒数明显减少,但对千粒重影响不显著。随着平均气温升高,冬小麦穗粒数呈显著减少趋势,冬小麦生长季平均气温与冬小麦穗粒数相关系数为 (达到 显著性水平)。试验冬小麦第播期,冬小麦生长期间平均气温最高,达到 ,冬小麦穗粒数仅为 粒,试验第播期,冬小麦生长季平均气温为,穗粒数为 粒,平均气温每升高,冬小麦穗粒数减少 粒。但平均气温升高,对千粒重影响不显著。图冬小麦生长季平均气温与穗粒数()和千粒重()的关系 ()()气候变化对冬小麦籽粒品质的影响小麦籽粒主要由皮层、胚乳和胚等构成,胚约占,麸皮占,胚乳占。胚乳是小麦籽粒的最大部分,主要含有淀粉、蛋白质和脂肪等,麦胚位于
14、小麦籽粒的背面,含有大量人体必需的氨基酸。在粮食作物中,小麦蛋白质含量高,含有人体必需的氨基酸,是人体主要营养来源之一,因此小麦籽粒品质关系着人体健康。图是冬小麦生长季平均气温、降水量和日照时数与籽粒淀粉含量的关系。小麦籽粒含有大量淀图冬小麦生长季平均气温()、降水量()和日照时数()与籽粒淀粉含量的关系 (),()()第期宋艳玲等:气候变暖对冬小麦徐麦 产量和品质影响粉,淀粉约占籽粒重量的 ,是人体主要热量来源。冬小麦徐麦 平均淀粉含量为 ,试验正常播期的淀粉含量最高(),试验第播期淀粉含量最低()。由图可见。冬小麦籽粒淀粉含量与生长季平均气温和日照时数的相关均不显著,相关系数分别为 和,但
15、与生长季降水量相关系数为,达到 显著性水平。表明冬小麦徐麦 淀粉含量主要受到降水量影响,气温变化影响小。居民膳食蛋白质可以通过肉类、豆类和谷物等食物获得,因此高蛋白质含量一直是小麦育种的主要目标。我 国 冬 小 麦 平 均 蛋 白 质 含 量 为 。冬小麦徐麦 平均蛋白质含量为 ,试验第播期蛋白质含量最高,达到 ,试验第播期蛋白质含量最低,为 。图是冬小麦生长季平均气温、降水量和日照时数与籽粒蛋白质含量的关系。由图可见,冬小麦籽粒蛋白质含量受生长季平均气温影响显著,相关系数为 ,达到 显著性水平,生长季平均气温越高,蛋白质含量越低,冬小麦生长季平均气温每升高,蛋白质含量减少。籽粒蛋白质含量与降
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