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过去100年全球平均气温已经上升0.74℃,且未来100年全球气温仍将上升1.8-4.0℃。就中国而言,2000-2050年平均气温将升高1.2-2.0℃,冬春季即冬小麦生育期内气温上升尤为显著。温度是影响小麦生长发育的最关键因子之一,探明气候变暖对冬小麦生产的影响,对我国冬小麦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。至今已有的相关研究多基于模型模拟和历史资料的分析,部分试验研究也多在人工控制环境下进行,很难真实全面的反映田间实际气温升高对冬小麦的影响。为此,本文以我国冬小麦主产区为研究对象,采用历史资料挖掘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。重点分析区域内气候变化特征,产量变化特征及其与气候变化的关系,探明冬小麦生长对气候变暖的实际响应和适应特征及其生物学机制,拟为气候变暖背景下冬小麦品种改良和种植区域调整提供理论与技术支撑。本文主要结论如下：(1)1989-2009年区域内冬小麦生长季日平均气温、日最高气温和日最低气温分别以0.67℃decade-1、0.55℃decade-1和0.52℃decade-1的速度升高(P<0.05)且升温幅度呈现显著的区域差异。根据积温法理论推算,1989-2009年间,全区域冬小麦播种期以0.8d decade-1(P<0.01)的速度推迟,但开花期和成熟期分别以4.1ddecade-1和5.1d decade-1(P<0.01)的速度提前。全区域内冬小麦光温生产潜力以71.7kg hm-2year-1的速度极显著增加(P<0.01),其增幅呈现由东向西递增趋势,以西北部增幅最高,达150kg hm-2year-1。(2)依据1989-2009年地市级农业统计数据和气象数据,分析地市级实际产量、滑动平均法去趋势产量和一次回归法去趋势产量变率与气象因子的变率的关系,发现气候变暖显著影响冬小麦产量,但产量对不同的气象因子的响应不一致。其中,以日最低气温与产量变化相关性最高。在地级市尺度上,根据实际产量、滑动平均法去趋势产量和一次回归法去趋势产量变率估算,在未来的气候变暖背景下,日最低温升高1℃,冬小麦产量分别以538.0kg h m-2a-1、21.7kg h m-2a-1和33.5kg h m-2a-1的速率增加。同时,通过分析16个中长期定位试验点产量与气象因子的关系也发现了相似的规律。(3)三年的夜间增温试验结果表明,镇江、河南、徐州和石家庄冬小麦开花期分别平均提前了3d、5d、6d和7d,成熟期分别提前了1d、2d、1d和2d,但花后生育期长度分别延长了2d、3d、5d和5d。同时,夜间增温下,镇江、河南、徐州和石家庄冬小麦地上部总生物量较对照3年平均分别增加了20.8%、19.6%、12.3%、18.5%,产量3年平均分别提高了8.9%、13.9%、11.8%和11.7%,均达到统计显著水平(P<0.05)。分析产量构成发现,冬小麦产量提高主要归功于千粒重和每穗粒数的增加,其中,夜间增温处理下镇江、河南、徐州和石家庄冬小麦千粒重3年平均分别增加了4.7%、6.0%、6.7%和7.1%(P<0.05)。区域分析表明,夜间增温下,生育期长度变化和冬小麦生产力变化与背景气温负相关,背景温度越低,变化幅度越大。(4)试验发现,夜间增温显著提高旗叶与花后总绿叶面积,其增加幅度分别为38.3%和12.6%(P<0.05)。与此同时,旗叶的净光合速率和呼吸速率也分别提高了2.8μmol CO2m-2s-1和0.6μmolCO2m-2s-1。夜间温度升高,冬小麦叶片可溶性糖和淀粉含量在夜间较对照下降幅度更大,但白天增加幅度亦更大,且白天增加幅度高于夜间下降幅度,说明在夜间温度升高条件下,冬小麦叶片由于夜间呼吸的增加,存在光合过补偿现象。(5)夜间增温下,4个试验点冬小麦总淀粉和直链淀粉含量变化趋势一致。镇江和河南冬小麦总淀粉含量较对照分别平均降低了5.6%和1.4%,直链淀粉分别降低了9.3%和23.4%；但徐州和石家庄冬小麦总淀粉含量分别增加了7.7%和6.4%,直链淀粉增加了11.6%和9.3%。夜间温度升高趋向于降低籽粒蛋白质含量,但单位面积蛋白质总产量呈现递增趋势。在2008-2009生长季,夜间增温使镇江、河南、徐州和石家庄冬小麦籽粒蛋白质含量较对照分别下降了0.7%、0.7%、8.4%和7.6%,但籽粒蛋白质产量较对照分别增加了10.3%、4.7%、1.5%和5.5%。(6)近60年我国育成并推广的冬小麦新品种生育期和春化过程呈缩短趋势,抗寒性下降。北部冬麦区育成品种生育期长度以1.00d decade-1缩短,冬性小麦品种比例下降,弱冬性小麦品种比例增加；黄淮麦区育成品种生育期基本稳定,但冬性和偏春性小麦品种比例下降,弱冬性和春性小麦品种比例增加；长江中下游冬麦区育成品种生育期长度以0.41d decade-1的速度缩短,春性小麦品种比例增加,弱冬性和偏春性小麦品种比例下降。根据1992-2009年田间观察数据分析,区域内冬小麦播种-抽穗和全生育期天数以0.66d decade-1和0.42d decade-1的速度缩短,但抽穗-成熟天数以0.28d decade-1的速度延长,且播种-抽穗、全生育期天数生育期内气温呈显著负相关,抽穗-成熟天数与日平均气温和日最高气温呈负相关,但与其日最低气温呈正相关。区域差异分析表明,与1990s相比,2000s播种-成熟缩短天数呈现由东至西递增趋势。