模拟大气增温对灌溉区冬小麦生产力的影响

There’s no doubt of global warming. It is great significance to study the effect of climate warming to crops in terms of global warming response and long-term food security strategy decision in China. So far, most researches were focused on the model projection and historical data analysis. Although parts of experiments were conducted under controlled conditions, all those results cannot show the real part in field. There were no good connection between the aboveground and belowground when comes to crop productivity studies, some of them even ignored the soil environment part. Therefore, in this project, both historical data analysis and field experiment will be used to understand that how does the winter wheat response to the warming. The experiment field is Qitai, which is the most wheat productive place at Changji in Xinjiang, China. The first part is to know the relationship between winter wheat and climate change through historical data analysis. The second part is field experiment to find out the mechanisms of warming effect. This knowledge can add to a better understanding of improving the yield of winter wheat along with global warming happen.

全球气候变暖毋庸置疑。探明气候变暖对农作物生产的影响，对我国粮食生产应对气候变化和中长期粮食安全战略决策具有重要意义。已有的相关研究大多基于模型和历史资料的分析，部分实验研究也多在人工控制环境条件下进行，很难真实全面地反应田间实际气温升高对作物的影响，且多数研究忽略了作物生长的土壤环境对气候变暖的响应，亦或未能将作物生长的地上部分和地下部分有机结合。为此，本项目拟以新疆小麦生产大县奇台县冬小麦主产区为研究对象，采用历史资料分析和田间增温试验相结合的方法，就气候变暖对冬小麦生产的影响进行系统研究。通过资料分析，把握冬小麦生产力及产量在时间上随气候变化的总体趋势，进一步通过大田试验明确冬小麦生产力及其土壤环境对不同增温的响应机制，拟为气候变暖背景下提高冬小麦生产力，同时为增强土壤利用率提供理论与技术支撑。

本项目在新疆北疆灌区设计并运行了该地区首个农田开放式主动增温系统（Free Air Temperature Increase, FATI），以冬小麦为研究对象，设置夜间增温（T12）、全天增温（T24）处理以及对照不增温CK，开展不同增温对冬小麦生产力的影响研究，试验进行了2个全生长季。研究结果表明：增温对冬小麦株高、绿叶面积、小麦净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及干物质积累均存在不同程度影响。增温会引起冬小麦功能叶片过早衰老，减少光合产物向穗部的输送，影响小麦穗数和千粒重造成冬小麦减产，其中以夜间增温处理减产效应显著。对于冬小麦地下部分而言，增温提高了土壤温度，土壤pH对温度变化敏感，导致土壤微生物多样性发生变化，引起冬小麦根系形态结构改变，影响土壤速效养分的转化和冬小麦对养分的吸收利用。项目完成了既定的研究目标。.项目执行期间又同步开展了一些延展性研究，利用被动式夜间增温系统开展夜间增温对灌区春小麦生产力影响的相关研究，试验也进行了2个完整生长季。研究表明：在春小麦整个生长季，被动式增温增加了春麦田土壤酶活性，改变了土壤微生物多样性，一定程度提高土壤速效养分及有机质。增温缩短了春小麦的全生育期天数，改变了株高及绿叶面积，并通过影响小麦穗数形成显著增产或显著减产，不同的试验结果可能与两年试验过程中播期不同有关。因此，应对未来气候变暖可能导致的冬小麦减产一方面可考虑调整播期，另一方面从生理调控角度考虑抵消叶片过早衰老的负面效应。而对北疆灌区春小麦而言，未来应考虑随时调整播种时期以适应气候变暖对北疆灌区春小麦生长及产量的影响。.本研究对于气候变暖对北疆灌区小麦影响做了系统研究，该研究成果反映了小麦响应气候变暖的机制，为小麦适应气候变化提供了科学依据。