增温对稻麦轮作生态系统影响的研究

论文摘要

全球气候变化是当今学术和社会关注的焦点问题之一。气候变暖与陆地生态系统之间反馈机制的是生态学研究的重点和热点,极具科学意义。目前,从研究水平来看,气候变化对作物生长影响主要从温度、降水、CO2浓度和极端气候事件四个方面进行。温度是最重要的生态因子之一,温度上升将对生态系统造成重要影响。为了研究未来气候变暖对陆地生态系统的影响,科学家们进行了大量尝试,野外自然条件下的生态系统增温实验应运而生。增温实验是模拟研究气候变暖与陆地生态系统关系的主要实测方法,为气候变暖与生态系统响应的研究提供直接观测数据。目前,国外开展了大量野外增温实验,用以调查研究各种生态系统物种类型、生物多样性的变化。由于高纬度地区的增温效应明显,目前增温实验主要集中开展在高纬度地区的苔原、冻原、温带草原和森林等自然生态系统中,在热带或亚热带生态系统,尤其是农业生态系统中,缺少直接的增温实验证据。水分也是极为重要的生态因子,在各类增温实验中,水和热两者之间的相互作用一直无法被分开。本次实验依托水利部农业水利灌溉技术推广站的设施,在上海市青浦区利用红外线辐射器进行了严格控制地下水位的稻麦轮作农田生态系统野外增温实验,将水热因素彻底分开研究了农田生态系统对气候变暖的响应。从连续两年半的野外实验观测中,得到了稻麦轮作生态系统水稻和小麦地上生物量和产量等变化的第一手数据,填补了关于这方面研究实测数据不足的局限性。通过红外辐射增温的野外实地研究,得出以下主要结论：（1）增温条件下,水稻和冬小麦地上生物量都有不同程度的改变。2008-2009年,水稻地上生物量增温侧坑分别为811.76±20.88g/m2和515.95±17.69g/m2,对照分别为848.66±50.75g/m2和638.94±6.38g/m2。增温比对照分别下降了3.47%和19.53%；冬小麦地上生物量分别上升了6.55%和5.71%。（2）增温条件下,2008-2009,水稻产量分别下降了5.84%和22.57%；冬小麦产量增温相对对照分别增加了5.19%和5.00%；差异不显著。其结果和地上生物量的结果趋势较吻合,说明生物量和产量具有相关性。（3）温度升高,水稻地下生物量。增温地下生物量平均为55.83g/m2,对照地下生物量平均为51.36g/m2。增温比对照地下生物量增加了8.69%,差异不显著（P=0.080）。（4）水稻和冬小麦地上生物量的分配发生改变。2008年,水稻叶片部分增温占地上总株重的11.43%,对照占10.40%；2009年,增温相对于对照叶片分别占总株重的12.35%和10.50%,并且均差异显著（P=0.038）,其余部分增温和对照差异并不显著。增温明显使水稻叶片占地上总生物量的比例升高。另外,增温使茎的比例下降。2008-2009年,冬小麦地上部分茎、叶、穗三部分重量较对照均有上升,但所占地上总生物量的比重呈现出不同的变化。增温相对于对照,冬小麦茎占地上部分的比例,2008年为30.25%和28.46%,2009年为29.43%和29.38%。另外,2008年穗的比重增温比对照略高,其余情况下,增温相对对照,叶和穗的比重均下降。在增温情况下,冬小麦地上部分都明显发生改变。（5）增温对水稻和冬小麦品质也有一定影响。2008-2009年,水稻千粒重增温平均为24.78g和22.16g,对照平均为25.27g和22.67g。增温比对照千粒重分别下降了1.98%和2.30%。水稻的千粒重增温均低于对照。增温使水稻籽粒饱满度下降,外观品质下降。2008-2009年,冬小麦千粒重增温平均为28.02g和26.78g,对照平均为26.64g和27.14g。增温对冬小麦千粒重的影响存在不确定性。（6）增温影响水稻和冬小麦生理生态,增温使水稻净光合速率有所增强；另外,水稻蒸腾速率从生育早期到晚期,蒸腾速率一直下降。增温加速了水稻的蒸腾速率。冬小麦由于生理生态的改变,物候期明显提前。（7）增温使水稻和冬小麦的需水量增加。2008年,水稻灌水量,增温平均232.50mm,对照平均183.03mm,增温比对照多27.03%；2009年,增温平均489.77mm,对照平均443.33mm,增温比对照多10.47%。可见,增温之后作物的灌溉用水大大增加（图4-10）,差异均显著（P=0.002,0.027）。小麦方面,2008年,麦田供水量增温侧坑为736.27mm,对照为655.20mm。增温比对照供水量多12.37%；2009年,增温侧坑供水量为740.30mm,对照为649.77mm。增温比对照多13.93%。由此可见,增温之后冬小麦的供水量水也大大增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 研究背景、文献综述及研究意义
• 1. 研究背景及文献综述
• 2 研究目的及研究意义
• 第二章 增温装置及技术路线
• 1. 实验站点介绍
• 2. 增温系统装置介绍
• 3 研究技术路线
• 第三章 红外辐射器的增温效应
• 1. CR1000温度数据采集及结果
• 2. 标准气象站数据分析
• 3. 数据采集系统的温度与气象站数据的对比分析
• 4. 红外辐射器增温效应的比较
• 5. 红外辐射器增温方法的适用范围分析
• 第四章 增温对水稻影响的研究
• 1. 增温对水稻生物量的影响
• 2. 增温对水稻产量的影响
• 3. 增温对水稻其他性状的影响
• 4. 增温对水稻地上部分的生物分配的影响
• 5. 增温对水稻生理生态的影响
• 6. 增温对水稻耗水量的影响
• 第五章 实验内容及结果（三）
• 1. 增温对冬小麦地上生物量的影响
• 2. 增温对冬小麦产量的影响
• 3. 增温对冬小麦其他性状的影响
• 4. 增温对冬小麦地上部分生物量分配的影响
• 5. 增温对冬小麦生理生态的影响
• 6. 增温对冬小麦耗水量的影响
• 第六章 讨论
• 1. 增温对水稻和冬小麦的生长发育影响不同
• 2. 高温提高了水稻和叶片占地上部分的比重
• 3. 高温使水稻改变了地上和地下生物量的分配
• 4. 增温大大提高了农田耗水量
• 第七章 结果与展望
• 1. 基本结论
• 2. 科学与实际意义
• 3. 研究展望
• 参考文献
• 致谢