小麦对不同气候环境条件的适应性分析

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大气CO2浓度和温度是影响作物生长发育的两个重要环境因素,未来的气候变化一定是伴随着CO2浓度及温度的升高。小麦(Triticum aestivum L.)是我国主要的粮食作物,研究小麦生长发育和产量形成对未来CO2浓度及温度升高的环境的适应性具有重要意义。本试验利用开顶式气室(OTC)模拟未来CO2浓度升高和温度升高的环境,利用田间持水量控制水分,以及当前自然气候条件下的雨养和灌溉环境,共四个环境处理:正常CO2浓度-正常温度-灌溉(E1),正常CO2浓度-正常温度-干旱(E2),高CO2浓度-高温-灌溉(E3),高CO2浓度-高温-干旱(E4)。以不同持绿型小麦品种“旱选3号”和“烟农19”为试材,测定其整个生育期的生理指标、地上部分不同器官的干物质积累量、成熟期产量及农艺性状,利用GGE双标图对不同气候环境进行评估,进行小麦对不同气候环境条件的适应性分析,为小麦生产适应未来气候变化的策略选择提供依据。主要研究结果如下:1、未来高CO2浓度-高温-灌溉的环境(E3)下,小麦叶片的Pn、Gs、Tr、Ci、WUE都要高于其他三个环境,在大多生育阶段E3环境下小麦叶片的Pn、Gs、Tr与其他三个环境间的差异达显著水平。未来高CO2浓度高温的环境能弥补干旱对作物光合作用的负效应,对Pn和Ci影响较大,尤其能提高小麦叶片的Pn。水分对Gs、Tr、WUE的影响较大。2、E3环境下小麦叶绿素荧光参数各项指标表现最好。未来高CO2浓度高温的环境能有效减缓小麦叶绿素荧光参数的下降,更有利于灌浆阶段叶片光合作用的进行。Fv’/Fm’、Y(Ⅱ)、Fv/Fm、NPQ、ETR受水分影响较大,而q P更多地受CO2浓度及温度的调节。3、从拔节到成熟,E3环境的SPAD含量最高,而且E3环境的最大衰老速率最低,达到最大衰老速率的时间最迟,从衰老起始到衰老终止的时间最长。无论干旱还是灌溉,未来高CO2浓度高温的环境都能显著提高小麦叶片的SPAD含量,延缓小麦功能叶片的衰老。4、正常CO2浓度-正常温度-灌溉的环境(E1)下,小麦各器官干物质积累量最高,其次是E3环境。水分是决定小麦干物质积累的最重要因素,灌浆中后期,E3和E1环境下的干物质积累量显著高于E2和E4环境。干旱条件下,高CO2浓度高温对干物质积累的影响较大,尤其是对叶片干物质积累。未来高CO2浓度高温的环境使作物将更多的干物质分配到籽粒当中;籽粒中的干物质分配比率在E3环境下最高。5、小麦在E1环境下的各农艺性状都表现较好,生物产量积累量最多,但是在E3环境下,小麦的灌浆时间最长,籽粒积累干物质最多,千粒重最大,而且有较高的收获指数,经济产量最高,E1和E3环境下的经济产量要显著高于E2和E4环境。未来高CO2浓度高温环境对小麦农艺性状、产量相关性状改善有一定促进作用,有效弥补干旱对产量相关性状带来的损失,但水分是决定小麦农艺及产量相关性状的主要因素。6、未来高CO2浓度-高温-灌溉的环境(E3)下,通过提高小麦叶片的叶绿素含量,延缓叶片衰老,更有利于光合作用的进行,改善小麦的农艺及产量相关性状,提高干物质在籽粒中的分配比例,最终获得较高的经济产量。所以,未来高CO2浓度-高温-灌溉(E3)的环境最适宜小麦生长。并且未来高CO2浓度-高温-干旱的环境(E4)下,较高的CO2浓度能有效提高小麦叶片的SPAD含量、Pn、q P等生理指标及干物质积累能力,对农艺性状、产量相关性状改善有一定促进作用,有效弥补干旱对产量带来的损失。
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