• ISSN 1008-505X
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气候变暖将显著降低引黄灌区春小麦N、P、K养分的吸收利用和产量

李娜 张峰举 许兴 肖国举 罗成科

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气候变暖将显著降低引黄灌区春小麦N、P、K养分的吸收利用和产量

    作者简介: 李娜 E-mail: leenanx@163.com;
    通讯作者: 张峰举, E-mail:zhang_fj@nxu.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31660377);宁夏自然科学基金资助项目(NZ16007);国家重点研发计划(2016YFC0501307);宁夏高等学校科学技术研究资助项目(NGY2015055)。

Climate warming negatively affect N, P and K uptake and yield of spring wheat in irrigation area of Yellow River

    Corresponding author: ZHANG Feng-ju, E-mail:zhang_fj@nxu.edu.cn ;
  • 摘要: 【目的】探索宁夏引黄灌区春小麦不同生育时期N、P、K养分吸收利用规律应对气候变暖的响应机制,为预测气候变暖对干旱半干旱区春小麦生长的影响提供依据。【方法】试验于2018年3月在宁夏银北引黄灌区宁夏大学试验站进行。供试春小麦品种为宁春50号,供试肥料为磷酸二铵和尿素。采用自动控制红外线辐射器进行野外增温,即:每个小区内分别设置一组红外灯管作为增温装置、一套自动控温电子设备与一组可移动温度传感器作为控温装置,增温装置直接连接控温装置以使增温梯度达到预设水平,增温时间为昼夜不间断增温。以春小麦冠层自然温度为对照温度 (增温0.0℃,CK),设置4个增温梯度0.5℃ (T1)、1℃ (T2)、1.5℃ (T3)、2.0℃ (T4) 处理。于苗期、拔节、抽穗、灌浆、灌浆后10天、成熟期采集植株样品,测定叶、茎、穗的N、P、K养分含量,计算地上部各器官的养分累积吸收量、养分分配率和地上部植株养分累积量,并测量春小麦植株地上部干物重和产量。【结果】增温0.5℃,春小麦植株苗期干物重、拔节期地上部各器官N、P、K养分含量及养分累积吸收量均显著高于CK。增温1.0℃,苗期植株N、K含量和N素吸收量以及拔节期叶片的N、P、K含量显著高于CK,较对照提高3.2%~23.7%。增温1.5℃,仅在苗期植株K含量上显著高于CK,较对照提高22.2%。增温2.0℃,从苗期开始各项指标均显著低于CK。拔节期以后,除增温0.5℃春小麦K素含量与CK差异不显著外,其余指标均显著低于CK,春小麦成熟期小穗数、穗粒数、千粒重、产量均随温度的升高呈下降的趋势,增温2.0℃,分别较对照降低53.7%、24.1%、13.4%、21.7%。增温梯度越大,各指标下降的幅度越大。【结论】春小麦苗期温度升高0.5~1.0℃尚有利于春小麦对N、P、K养分的吸收,但拔节期后增温超过1.0℃以上都会对N、P、K养分吸收产生显著负作用,导致使生育后期干物质的累积量减少,千粒重、穗粒数等降低,并最终导致产量和品质的下降。
  • 图 1  增温幅度对春小麦不同生育时期植株干物重的影响

    Figure 1.  Effects of warming degree on dry matter weight of spring wheat at different growth stages

    图 2  不同增温幅度下春小麦产量及产量构成

    Figure 2.  Yield and yield component of spring wheat affected by different warming degree

    表 1  试验地土壤养分含量

    Table 1.  Nutrient contents in experimental plots

    土壤深度 (cm)
    Soil depth
    有机质 (g/kg)
    Organic matter
    全氮 (g/kg)
    Total N
    全磷 (g/kg)
    Total P
    碱解氮 (mg/kg)
    Alkali hydrolysable N
    速效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    0—2012.88 0.580.6144.7 15.36 265.06
    20—406.820.410.5030.537.12219.13
    40—602.680.250.4117.722.43156.61
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    表 2  不同增温幅度下春小麦各生育期地上部N、P、K含量 (%)

    Table 2.  Contents of N,P and K in the aboveground organs of spring wheat at different growth stages under different warming degrees

    生育期
    Growth stage
    增温幅度 (℃)
    Warming
    NPK
    叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike
    苗期Seedling+0.02.25 c0.31 b1.35 d
    +0.52.58 a0.33 a2.41 a
    +1.02.54 b0.29 c1.45 c
    +1.52.19 d0.27 d1.65 b
    +2.02.20 d0.24 e1.02 e
    拔节期Jointing+0.03.57 c2.77 b0.38 b0.43 b3.42 b3.42 b
    +0.53.93 a3.25 a0.47 a0.46 a3.92 a3.72 a
    +1.03.81 b2.60 c0.47 a0.42 b3.90 a2.85 e
    +1.53.15 d2.56 d0.36 c0.40 c3.29 c2.94 c
    +2.02.91 e1.97 e0.28 d0.33 d3.09 d2.91 d
    抽穗期Heading+0.02.77 a1.66 a1.95 a0.37 a0.33 b0.59 b3.10 b2.24 b2.03 b
    +0.52.67 b1.52 b1.88 b0.36 b0.36 a0.62 a3.63 a2.30 a2.15 a
    +1.02.35 c1.52 b1.73 c0.34 c0.32 b0.58 b2.57 c1.98 c1.69 c
    +1.52.20 d1.45 c1.69 d0.33 d0.33 b0.43 c2.40 d1.85 d1.57 d
    +2.02.07 e1.34 d1.64 e0.29 e0.33 b0.34 d2.15 e1.79 e1.31 e
    灌浆期Grain filling+0.02.65 a1.34 a1.76 a0.35 a0.31 a0.53 a2.50 a2.48 a1.77 a
    +0.52.37 b1.17 b1.56 b0.35 a0.29 ab0.53 a2.34 b2.08 b1.65 b
    +1.02.17 c1.09 c1.49 c0.30 b0.26 c0.50 b2.08 c1.96 c1.47 c
    +1.52.09 d1.09 c1.41 d0.30 b0.27 bc0.45 c1.77 e1.72 d1.26 d
    +2.01.82 e0.99 d1.35 e0.27 c0.25 c0.35 d1.84d1.57 e1.15 e
    灌浆后10天
    10 days sincefilling
    +0.02.42 a0.99 a1.78 a0.30 a0.28 a0.50 a1.60a2.34 a0.93 a
    +0.52.13 b0.96 b1.52 b0.28 b0.28 a0.49 a1.49b1.90 b0.83 b
    +1.01.77 c0.88 c1.45 c0.23 c0.21 b0.47 b1.36c1.79 c0.70 c
    +1.51.68 d0.80 d1.43 c0.24 c0.19 c0.40 c1.25d1.57 d0.61 d
    +2.00.97 e0.86 c1.40 d0.23 c0.20 bc0.39 d1.23e1.33 e0.51 e
    成熟期Ripening+0.01.84 a0.71 a1.99 a0.23 a0.25 a0.48 a1.14a1.96 a0.64 a
    +0.51.45 b0.53 b1.65 b0.22 a0.18 b0.44 b1.08b1.65 b0.54 b
    +1.01.31 c0.49 c1.55 c0.19 b0.14 d0.45 b1.04c1.48 c0.42 c
    +1.51.10 d0.43 d1.49 d0.18 b0.16 c0.40 c0.90d1.33 d0.39 d
    +2.00.99 e0.30 e1.43 e0.14 c0.13 e0.37 d0.83e0.91 e0.31 e
    注(Note):数据后不同小写字母表示同一生育期不同增温幅度处理间差异显著 Values followed by different letters in the same growth period mean significant difference among different warming (P < 0.05).
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    表 3  不同增温幅度下春小麦各生育时期地上部器官N、P、K累积吸收量 (kg/hm2)

    Table 3.  Cumulativeuptakeof N,P and K in aboveground organs of spring wheat in each growth stage under different warming degrees

    生育期
    Growth stage
    增温幅度 (℃)
    Warming
    NPK
    叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike
    苗期Seedling+0.0 9.45 c 1.28 b 5.69 b
    +0.511.60 a 1.49 a10.84 a
    +1.0 9.75 b 1.13 c 5.56 b
    +1.5 6.90 d 0.84 d 5.21 c
    +2.0 5.30 e 0.58 e 2.44 d
    拔节期Jointing+0.038.51 b24.96 b 4.14 b 3.87 b36.95 b30.76 b
    +0.549.08 a35.75 a 5.93 a 5.05 a49.04 a40.92 a
    +1.027.42 c22.45 c 3.42 c 3.59 c28.07 c24.66 c
    +1.517.02 d11.51 d 1.94 d 1.79 d17.78 d13.23 d
    +2.0 9.31 e 4.73 e 0.89 e 0.79 e 9.90 e 6.98 e
    抽穗期Heading+0.078.04 a80.62 a40.94 a10.39 a16.26 b12.35 a87.56 a109.10 b 42.55 a
    +0.561.33 b74.12 b36.67 b 8.30 b17.64 a12.13 b83.56 b112.66 a 41.91 b
    +1.034.99 c47.44 c27.37 c 5.10 c 9.99 c 9.17 c38.31 c61.76 c26.78 c
    +1.530.61 d35.21 d27.50 d 4.58 d 8.04 d 4.46 d33.54 d45.01 d16.21 d
    +2.019.03 e25.76 e17.08 e 2.66 e 6.39 e 3.54 e19.80 e34.41 e13.56 e
    灌浆期Grain filling+0.077.85 a110.28 a 45.51 a10.41 a25.08 a13.72 a73.64 a204.18 a 45.67 a
    +0.561.67 b80.79 b39.68 b 9.03 b20.12 b13.49 a60.72 b143.80 b 42.14 b
    +1.037.44 c55.42 c27.90 c 5.24 c12.98 c 9.38 b35.96 c99.78 c27.53 c
    +1.533.79 d44.06 d25.43 d 4.92 d11.08 d 8.12 c28.70 d69.61 d22.70 d
    +2.021.89 e32.70 e16.20 e 3.24 e 8.42 e 4.15 d22.03 e51.96 e13.81 e
    灌浆后10天
    10 days sincefilling
    +0.063.93 a90.08 a87.45 a 8.04 a25.74 a24.76 a42.19 a212.43 a 45.87 a
    +0.552.24 b74.09 b62.38 b 6.91 b21.80 b20.20 b36.55 b146.78 b 34.13 b
    +1.038.19 c50.42 c43.19 c 4.99 c12.29 c14.05 c29.48 c103.11 c 20.81 c
    +1.530.17 d38.90 d38.07 d 4.37 d 9.31 d10.91 d22.39 d76.18 d16.15 d
    +2.012.02 e32.27 e28.01 e 2.90 e 7.47 e 7.73 e15.26 e50.08 e10.13 e
    成熟期Ripening+0.046.43 a69.82 a127.47 a 5.88 a24.15 a30.98 a28.80 a193.20 a 40.87 a
    +0.536.25 b50.00 b100.90 b 5.51 b17.01 b26.78 b27.09 c156.68 b 33.01 b
    +1.035.29 b30.81 c68.40 c 5.02 c 9.00 c19.97 c27.84 b92.92 c18.46 c
    +1.523.24 c24.43 d59.70 d 3.91 d 9.16 c15.99 d19.05 d75.55 d15.58 d
    +2.014.23 d13.81 e46.22 e 1.96 e 5.76 d12.01 e11.91 e41.76 e10.19 e
    注(Note):数据后不同小写字母表示同一生育期不同增温幅度处理间差异显著 Values followed by different letters in the same growth period mean significant difference among different warming (P < 0.05).
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    表 4  不同增温幅度下春小麦各生育时期植株N、P、K累积吸收量 (kg/hm2)

    Table 4.  Cumulative uptake of N,P and K in spring wheat in each growth stage under different warming degrees

    生育期Growth stage增温幅度Warming (℃)NPK
    苗期Seedling+0.0 9.45 c 1.28 b 5.69 b
    +0.5 11.60 a 1.49 a 10.84 a
    +1.0 9.75 b 1.13 c 5.56 b
    +1.5 6.90 d 0.84 d 5.21 c
    +2.0 5.30 e 0.58 e 2.44 d
    拔节期Jointing+0.0 63.47 b 8.01 b 67.71 b
    +0.5 84.83 a10.98 a 89.96 a
    +1.0 49.87 c 7.01 c 52.73 c
    +1.5 28.53 d 7.73 d 31.00 d
    +2.0 14.04 e 1.67 e 16.88 e
    抽穗期Heading+0.0199.59 a39.00 a239.20 a
    +0.5172.12 b38.06 b238.13 b
    +1.0109.79 c24.27 c126.85 c
    +1.5 83.32 d17.08 d 94.76 d
    +2.0 61.87 e12.59 e 67.76 e
    灌浆期Grain filling+0.0233.64 a49.20 a323.50 a
    +0.5182.14 b42.63 b246.65 b
    +1.0120.76 c27.60 c163.26 c
    +1.5103.27 d24.11 d121.01 d
    +2.0 70.80 e15.81 e 87.81 e
    灌浆后10天
    10 days sincefilling
    +0.0241.46 a58.54 a300.49 a
    +0.5188.70 b48.90 b217.45 b
    +1.0131.80 c31.33 c153.40 c
    +1.5107.13 d24.59 d114.72 d
    +2.0 72.30 e18.11 e 75.47 e
    成熟期Ripening+0.0243.72 a61.02 a262.87 a
    +0.5187.15 b49.30 b216.79 b
    +1.0134.51 c33.99 c139.22 c
    +1.5107.37 d29.05 d110.19 d
    +2.0 74.26 e19.73 e 63.86 e
    注(Note):数据后不同小写字母表示同一生育期不同增温幅度处理间差异显著 Values followed by different letters in the same growth period mean significant difference among different warming (P < 0.05).
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  • [1] 翟颖佳, 李耀辉, 陈玉华. 全球及中国区域气候变化预估研究主要进展简述[J]. 干旱气象, 2013, 31(4): 803–813. Zhai Y J, Li Y H, Chen Y H. Major Progress of Global and China regional Climate Change Projection[J]. Journal of Arid Meteorology, 2013, 31(4): 803–813.
    [2] 秦大河, Stocker T. IPCC第五次评估报告第一工作组报告的亮点结论[J]. 气候变化研究进展, 2014, 10(1): 1–6. Qin D H, Thomas S. Highlights of the IPCC working group I fifth assessment report[J]. Advances in Climate Change Research, 2014, 10(1): 1–6. doi: 10.3969/j.issn.1673-1719.2014.01.001
    [3] 任国玉, 初子莹, 周雅清, 等. 中国气温变化研究最新进展[J]. 气候与环境研究, 2005, 10(4): 701–716. Ren G Y, Chu Z Y, Zhou Y Q, et al. Changes of surface air temperature in China during 1951-2004[J]. Climatic and Environmental Research, 2005, 10(4): 701–716. doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2005.04.01
    [4] 秦大河, 丁一汇, 王绍武, 等. 中国西部生态环境变化与对策建议[J]. 地球科学进展, 2002, 17(3): 314–319. Qing D H, Ding Y H, Wang Z W, et al. Ecological and environmental change in west china and its response strategy[J]. Advance in Earth Sciences, 2002, 17(3): 314–319. doi: 10.3321/j.issn:1001-8166.2002.03.003
    [5] 郑广芬, 陈晓光, 孙银川, 等. 宁夏气温、降水、蒸发的变化及其对气候变暖的响应[J]. 气象科学, 2006, 26(4): 412–421. Zheng G F, Chen X G, Sun Y C, et al. The changes of temperature, precipitation, evaporation and their response to the climate warming[J]. Scientia Meteorological Sinica, 2006, 26(4): 412–421. doi: 10.3969/j.issn.1009-0827.2006.04.009
    [6] 陈豫英, 陈楠, 郑广芬, 等. 近45a宁夏气温、降水及植被指数的变化分析[J]. 自然资源学报, 2008, 23(4): 626–634. Chen Y Y, Chen N, Zheng G F, et al. Change of temperature, precipitation and NDVI in recent 45 years in Ningxia[J]. Journal of Natural Resources, 2008, 23(4): 626–634. doi: 10.3321/j.issn:1000-3037.2008.04.010
    [7] 陈楠, 许吟隆, 陈晓光, 等. PRECIS模式对宁夏气候变化情景的模拟分析[J]. 第四纪研究, 2007, 27(3): 332–338. Chen N, Xu Y L, Chen X G, et al. Simulation of climate changes cenario during 2071-2100 in Ningxia by PRECIS[J]. Quaternary Sciences, 2007, 27(3): 332–338. doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.2007.03.004
    [8] 徐宾, 许吟隆. PRECIS水平分辨率对宁夏气候模拟影响的试验[J]. 高原气象, 2009, 28(2): 440–445. Xu B, Xu Y L. Experiment of the influence of PRECIS horizontal resolution on climate simulation sensitivity in Ningxia[J]. Plateau Meteorology, 2009, 28(2): 440–445.
    [9] 赵广才, 常旭虹, 王德梅, 等. 小麦生产概况及其发展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 1–7. Zhao G C, Chang X H, Wang D M, et al. General situation and development of wheat production[J]. Crops, 2018, (4): 1–7.
    [10] 陈源娥, 陈志国, 张慧玲, 等. 对国家春小麦西北旱地区域试验的几点认识[J]. 干旱地区农业研究, 2006, 24(5): 42–45. Chen Y E, Chen Z G, Zhang H L, et al. Several cognitions of regional test of dryland spring wheat in northwest China[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2006, 24(5): 42–45. doi: 10.3321/j.issn:1000-7601.2006.05.010
    [11] 袁汉民, 李新, 范金萍, 等. 宁夏小麦遗传育种的回顾与展望[J]. 宁夏农林科技, 2001, (6): 31–34. Yuan H M, Li X, Fan J P, et al. Review and prospect of wheat genetics and breeding in Ningxia[J]. Ningxia Journal of Agriculture and Forestry Science and Technology, 2001, (6): 31–34. doi: 10.3969/j.issn.1002-204X.2001.06.013
    [12] 樊永惠. 冬春季夜间增温对小麦产量形成的影响及生理机理[D]. 南京: 南京农业大学博士学位论文, 2015.
    Fan Y H. Effects of winter and spring night warming on grain yield formation in wheat and its physiological mechanism [D]. Nanjing: PhD Dissertation of Nanjing Agricultural University, 2015.
    [13] 肖国举, 张强, 张峰举, 等. 增温对宁夏引黄灌区春小麦生产的影响[J]. 生态学报, 2011, 31(21): 6588–6593. Xiao G J, Zhang Q, Zhang F J, et al. The impact of rising temperature on spring wheat production in the Yellow River irrigation region of Ningxia[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(21): 6588–6593.
    [14] Xiao G J, Zhang Q, Zhang F J, et al. Warming influences the yield and water use efficiency of winter wheat in the semiarid regions of Northwest China[J]. Field Crops Research, 2016, 199: 129–135. doi: 10.1016/j.fcr.2016.09.023
    [15] 王鹤龄, 张强, 王润元, 等. 增温和降水变化对西北半干旱区春小麦产量和品质的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(1): 67–75. Wang H L, Zhang Q, Wang R Y, et al. Effects of air temperature increase and precipitation change on grain yield and quality of spring wheat in semiarid area of Northwest China[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(1): 67–75.
    [16] 张凯, 王润元, 王鹤龄, 等. 温度升高和降水减少对半干旱区春小麦生长发育及产量的协同影响[J/OL]. 中国生态农业学报, 2018, 25(10): 1–10.
    Zhang K, Wang R Y, Wang H L, et al. Interactive effects of temperature increase and rainfall decrease on growth characteristics and grain yield of spring wheat in semi-arid area [J/OL]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 25(10): 1–10.
    [17] Fan Y, Tian M, Jing Q, et al. Winter night warming improves pre-anthesis crop growth and post-anthesis photosynthesis involved in grain yield of winter wheat (Triticumaestivum L.)[J]. Field Crops Research, 2015, 178: 100–108. doi: 10.1016/j.fcr.2015.04.001
    [18] Hu C, Tian Z, Gu S, et al. Winter and spring night-warming improve root extension and soil nitrogen supply to increase nitrogen uptake and utilization of winter wheat (Triticumaestivum L.)[J]. European Journal of Agronomy, 2018, 96: 96–107. doi: 10.1016/j.eja.2018.03.008
    [19] Bergkamp B, Impa S M, Asebedo AR, et al. Prominent winter wheat varieties response to postflowering heat stress under controlled chambers and field based heat tents[J]. Field Crops Research, 2018, 222: 143–152. doi: 10.1016/j.fcr.2018.03.009
    [20] Fang S, Cammarano D, Zhou G, et al. Effects of increased day and night temperature with supplemental infrared heating on winter wheat growth in North China[J]. European Journal of Agronomy, 2015, 64: 67–77. doi: 10.1016/j.eja.2014.12.012
    [21] Tao Z, Chang X, Wang D, et al. Effects of sulfur fertilization and short term high temperature on wheat grain production and wheat flour proteins[J]. Crop Journal, 2018, 6: 413–425. doi: 10.1016/j.cj.2018.01.007
    [22] 戴廷波, 赵辉, 荆奇, 等. 灌浆期高温和水分逆境对冬小麦籽粒蛋白质和淀粉含量的影响[J]. 生态学报, 2006, 26(11): 3670–3676. Dai T B, Zhao H, Jing Q, et al. Effects of high temperature and water stress during grain filling on grain protein and starch formation in winter wheat[J]. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(11): 3670–3676. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2006.11.020
    [23] 闫素辉, 尹燕枰, 李文阳, 等. 花后高温对不同耐热性小麦品种籽粒淀粉形成的影响[J]. 生态学报, 2008, 28(12): 6138–6147. Yan S H, Yin Y P, Li W Y, et al. Effect of high temperature after anthesis on starch formation of two wheat cultivars differing in heat tolerance[J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(12): 6138–6147. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2008.12.043
    [24] 党红凯. 超高产冬小麦营养元素吸收、积累与分配规律的研究[D]. 保定: 河北农业大学硕士学位论文, 2007.
    Dang H K. Research on the absorption, accumulation and distribution of nutrients in high-yielding winter wheat [D]. Baoding: MS Thesis of Agricultural University of Hebei, 2007.
    [25] Fageria N K, Baligar V C. Enhancing Nitrogen Use Efficiency in Crop Plants[J]. Advances in Agronomy, 2005, 88(5): 97–185.
    [26] 刘璐, 王朝辉, 刁超朋, 等. 旱地不同小麦品种产量与干物质及氮磷钾养分需求的关系[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(3): 599–608. Liu L, Wang Z H, Diao C P, et al. Grain yields of different wheat cultivars and their relations to dry matter and NPK requirements in dryland[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(3): 599–608. doi: 10.11674/zwyf.17168
    [27] Duan Y. Nitrogen use efficiency in a wheat-corn cropping system from 15 years of manure and fertilizer applications[J]. Field Crops Research, 2014, 157(2): 47–56.
    [28] 张源沛, 胡克林, 李保国, 等. 银川平原土壤盐分及盐渍土的空间分布格局[J]. 农业工程学报, 2009, 25(7): 19–24. Zhang Y P, Hu K L, Li B G, et al. Spatial distribution pattern of soil salinity and saline soil in Yinchuan plain of China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009, 25(7): 19–24. doi: 10.3969/j.issn.1002-6819.2009.07.004
    [29] 王静, 许兴, 肖国举, 等. 脱硫石膏改良宁夏典型龟裂碱土效果及其安全性评价[J]. 农业工程学报, 2016, 32(2): 141–147. Wang J, Xu X, Xiao G J, et al. Effect of typical takyrsolonetzs reclamation with flue gas desulphurization gypsum and its security assessment[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(2): 141–147. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.021
    [30] 郑国光. 对哥本哈根气候变化大会之后我国应对气候变化新形势和新任务的思考[J]. 气候变化研究进展, 2010, 6(2): 79–82. Zheng G G. Thinking on new situation and tasks of addressing climate change for China after Copenhagen climate change conference 2009[J]. Advances in Climate Change Research, 2010, 6(2): 79–82. doi: 10.3969/j.issn.1673-1719.2010.02.001
    [31] 高俊凤. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.71–89.
    Gao J F. Experimental guidance for plant physiology[M]. Beijing: Higher Education Press, 2006.71–89.
    [32] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000.178–200.
    Bao S D. Soil and Agricultural Chemistry Analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000.178–200.
    [33] 张凯, 王润元, 冯起, 等. 模拟增温和降水变化对半干旱区春小麦生长及产量的影响[J]. 农业工程学报, 2015, 31(S1): 161–170. Zhang K, Wang R Y, Feng Q, et al. Effects of simulated warming and precipitation change on growth characteristics and grain yield of spring wheat in semi-arid area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(S1): 161–170.
    [34] 何文寿, 何进勤, 郭瑞英. 宁夏引黄灌区春小麦不同生育期吸收氮、磷、钾养分的特点[J]. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(6): 789–796. He W S, He J Q, Guo R Y. Characteristics of N, P and K uptake at different growth stages of spring wheat in irrigating region of Ningxia[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2006, 12(6): 789–796. doi: 10.3321/j.issn:1008-505X.2006.06.006
    [35] 张鸿程, 皇甫湘荣, 宝德俊, 等. 冬小麦地上部器官氮磷钾的积累分配和运转的研究[J]. 土壤通报, 2000, 31(4): 177–179. Zhang H C, Huang F X R, Bao D J, et al. Study on the accumulation, distribution, and transportation of N, P, and K in above ground organs of winter wheat[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2000, 31(4): 177–179. doi: 10.3321/j.issn:0564-3945.2000.04.008
    [36] 于振文. 作物栽培学各论[M]. 北京: 中国农业出版社, 2003.28-38.
    Yu Z W. Crop cultivation [M]. Beijing: China Agriculture Press, 2003.28-38.
    [37] 思狄. 小麦生长发育的适宜温度条件[J]. 北京农业, 1995, (9): 15. Si D. Suitable temperature conditions for the growth of wheat[J]. Beijing Agriculture, 1995, (9): 15.
    [38] 苏玮, 孙立影, 康建宏, 等. 高温干旱对春小麦光合特性及产量的影响[J]. 农业科学研究, 2015, 36(1): 49–53. Su W, Sun L Y, Kang J H, et al. Effect of high temperature and drought treatment on photosynthetic characteristics and yield of different varieties of spring wheat[J]. Journal of Agricultural Sciences, 2015, 36(1): 49–53. doi: 10.3969/j.issn.1673-0747.2015.01.011
    [39] 赵淑章, 季书勤, 王绍中, 等. 不同品质类型冬小麦氮素积累及分布与运转特点[J]. 麦类作物学报, 2005, 25(4): 109–112. Zhao S Z, Ji S Q, Wang S Z, et al. Study on the nitrogen accumulation, distribution and transport in common wheats with different gluten[J]. Journal of Triticeae Crops, 2005, 25(4): 109–112. doi: 10.3969/j.issn.1009-1041.2005.04.023
    [40] 赵满兴, 周建斌, 杨绒, 等. 不同施氮量对旱地不同品种冬小麦氮素累积、运输和分配的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2006, 12(2): 2143–2149. Zhao M X, Zhou J B, Yang R, et al. Characteristics of nitrogen accumulation, distribution and translocation in winter wheat on dryland[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2006, 12(2): 2143–2149.
    [41] 党红凯, 李瑞奇, 李雁鸣, 等. 超高产栽培条件下冬小麦对磷的吸收、积累和分配[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(3): 531–541. Dang H K, Li R Q, Li Y M, et al. Absorption, accumulation and distribution of phosphorus in winter wheat under super-highly yielding conditions[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2012, 18(3): 531–541. doi: 10.11674/zwyf.2012.11361
    [42] 张明乾, 陈金, 郭嘉, 等. 夜间增温对冬小麦根系生长和土壤养分有效性的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(2): 445–450. Zhang M Q, Chen J, Guo J, et al. Effects of nighttime warming on winter wheat root growth and soil nutrient availability[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(2): 445–450.
    [43] 刁超朋, 王朝辉, 李莎莎, 等. 旱地高产小麦品种籽粒氮含量差异与氮磷钾吸收利用的关系[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2): 285–295. Diao C P, Wang Z H, Li S S, et al. Differences in grain nitrogen contents of high-yielding wheat cultivars and relation to NPK uptake and utilization in drylands[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(2): 285–295. doi: 10.11674/zwyf.17252
    [44] 李伏生, 康绍忠, 张富仓. CO2浓度、氮和水分对春小麦光合、蒸散及水分利用效率的影响[J]. 应用生态学报, 2003, 14(3): 387–393. Li F S, Kang S Z, Zhang F C. Effects of CO2 concentration enrichment, nitrogen and water on soil nutrient content and nutrient uptake of spring wheat[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2003, 14(3): 387–393. doi: 10.3321/j.issn:1001-9332.2003.03.015
    [45] 田思勰, 罗雪顶, 董京铭, 等. 夜间增温及免耕对冬小麦生长及养分吸收利用的影响[J]. 江苏农业科学, 2015, 43(9): 111–114. Tian S X, Luo X D, Dong J M, et al. Effects of night warming and no tillage on growth and nutrient uptake and utilization of winter wheat[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2015, 43(9): 111–114.
    [46] Liu L, Hu C, Olesen J E, et al. Warming and nitrogen fertilization effects on winter wheat yields in northern China varied between four years[J]. Field Crops Research, 2013, 151: 56–64. doi: 10.1016/j.fcr.2013.07.006
    [47] Zhang Y, Li R, Wang Y. Night-time warming affects N and P dynamics and productivity of winter wheat plants[J]. Canadian Journal of Plant Science, 2013, 93(3): 397–406. doi: 10.4141/cjps2012-044
    [48] 张凯, 王润元, 王鹤龄, 等. 模拟增温对半干旱雨养区春小麦物质生产与分配的影响[J]. 农业工程学报, 2016, 32(16): 223–232. Zhang K, Wang R Y, Wang H L, et al. Effects of simulated warming on dry matter production and distribution of rainfed spring wheat in semi-arid area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(16): 223–232. doi: 10.11975/j.issn.1002-6819.2016.16.031
  • [1] 李玉影金继运刘双全黄绍文 . 钾对春小麦生理特性、产量及品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2005.0404
    [2] 韩金玲李雁鸣马春英王文颇 . 施锌对小麦开花后氮、磷、钾、锌积累和运转的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2006.0305
    [3] 董心久周洪华王金玲魏凌基郝向东王仙赵高博 . 离体培养下锌对春小麦子粒形成及干物质积累的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2006.0611
    [4] 李文彪郑海春郜翻身李书田刘继培刘荣乐 . 内蒙古河套灌区春小麦推荐施肥指标体系研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.1089
    [5] 郭伟孙海燕薛盈文于立河 . 肥密互作对强筋春小麦品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2008.0430
    [6] 何文寿何进勤郭瑞英 . 宁夏引黄灌区春小麦不同生育期吸收氮、磷、钾养分的特点. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2006.0606
    [7] 张雨新张富仓邹海洋陈东峰范军亮 . 生育期水分调控对甘肃河西地区滴灌春小麦氮素吸收和利用的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.16453
    [8] 刘璐王朝辉刁超朋王森李莎莎 . 旱地不同小麦品种产量与干物质及氮磷钾养分需求的关系. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.17168
    [9] 李志宏张福锁王兴仁 . 我国北方地区几种主要作物氮营养诊断及追肥推荐研究 Ⅲ.春小麦氮营养诊断及追肥推荐体系的研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1997.0410
    [10] 陈利军邹邦基史奕党连超朱玺 . 旱地施肥对春小麦根系生长、代谢的影响及促进水分有效利用的机理. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1995.0204
    [11] 喻敏王运华胡承孝 . 种子钼对冬小麦硝酸还原酶活性、干物质重及产量的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2000.0215
    [12] 谭金芳洪坚平赵会杰韩燕来王宜伦 . 不同施钾量对旱作冬小麦产量、品质和生理特性的影响 . 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2008.0308
    [13] 张岁岐山仑薛青武 . 氮磷营养对小麦水分关系的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2000.0204
    [14] 李秧秧邵明安 . 小麦根系对水分和氮肥的生理生态反应. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2000.0404
    [15] 阿丽艳·肉孜郭仁松杜强武辉张巨松 . 施氮量对枣棉间作棉花干物质积累,产量与品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2014.0330
    [16] 蒋会利温晓霞廖允成 . 施氮量对冬小麦产量的影响及土壤硝态氮运转特性. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0136
    [17] 赵广才常旭虹杨玉双李振华丰明马少康杨桂霞 . 追氮量对不同品质类型小麦产量和品质的调节效应. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0412
    [18] 同延安赵营赵护兵樊红柱 . 施氮量对冬小麦氮素吸收、转运及产量的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2007.0111
    [19] 徐凤娇赵广才田奇卓常旭虹杨玉双王德梅刘鑫 . 施氮量对不同品质类型小麦产量和加工品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2012.11069
    [20] 林琪侯立白韩伟 . 不同肥力土壤下施氮量对小麦子粒产量和品质的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2004.0601
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-14
  • 网络出版日期:  2019-10-18

气候变暖将显著降低引黄灌区春小麦N、P、K养分的吸收利用和产量

    作者简介:李娜 E-mail: leenanx@163.com
    通讯作者: 张峰举, zhang_fj@nxu.edu.cn
  • 1. 宁夏大学农学院,银川 750021
  • 2. 宁夏大学环境工程研究院,银川 750021
  • 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31660377);宁夏自然科学基金资助项目(NZ16007);国家重点研发计划(2016YFC0501307);宁夏高等学校科学技术研究资助项目(NGY2015055)。
  • 摘要: 【目的】探索宁夏引黄灌区春小麦不同生育时期N、P、K养分吸收利用规律应对气候变暖的响应机制,为预测气候变暖对干旱半干旱区春小麦生长的影响提供依据。【方法】试验于2018年3月在宁夏银北引黄灌区宁夏大学试验站进行。供试春小麦品种为宁春50号,供试肥料为磷酸二铵和尿素。采用自动控制红外线辐射器进行野外增温,即:每个小区内分别设置一组红外灯管作为增温装置、一套自动控温电子设备与一组可移动温度传感器作为控温装置,增温装置直接连接控温装置以使增温梯度达到预设水平,增温时间为昼夜不间断增温。以春小麦冠层自然温度为对照温度 (增温0.0℃,CK),设置4个增温梯度0.5℃ (T1)、1℃ (T2)、1.5℃ (T3)、2.0℃ (T4) 处理。于苗期、拔节、抽穗、灌浆、灌浆后10天、成熟期采集植株样品,测定叶、茎、穗的N、P、K养分含量,计算地上部各器官的养分累积吸收量、养分分配率和地上部植株养分累积量,并测量春小麦植株地上部干物重和产量。【结果】增温0.5℃,春小麦植株苗期干物重、拔节期地上部各器官N、P、K养分含量及养分累积吸收量均显著高于CK。增温1.0℃,苗期植株N、K含量和N素吸收量以及拔节期叶片的N、P、K含量显著高于CK,较对照提高3.2%~23.7%。增温1.5℃,仅在苗期植株K含量上显著高于CK,较对照提高22.2%。增温2.0℃,从苗期开始各项指标均显著低于CK。拔节期以后,除增温0.5℃春小麦K素含量与CK差异不显著外,其余指标均显著低于CK,春小麦成熟期小穗数、穗粒数、千粒重、产量均随温度的升高呈下降的趋势,增温2.0℃,分别较对照降低53.7%、24.1%、13.4%、21.7%。增温梯度越大,各指标下降的幅度越大。【结论】春小麦苗期温度升高0.5~1.0℃尚有利于春小麦对N、P、K养分的吸收,但拔节期后增温超过1.0℃以上都会对N、P、K养分吸收产生显著负作用,导致使生育后期干物质的累积量减少,千粒重、穗粒数等降低,并最终导致产量和品质的下降。

    English Abstract

    • 近年来,由于全球气候变暖所带来的问题正严重影响着人类的生存与发展,是当今国际社会共同面临的重大挑战[1]。政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第五次评估报告指出1980—2012年全球平均地表温度升高了0.85℃,升温速率也会越来越快,综合多模式多排放情景模型预测21世纪全球平均气温增幅可能超过1.5~2.0℃(相比于1850—1900年),且升温过程不会在本世纪终止[2]。中国近50年来的平均地表气温升高了1.1℃,预测未来30~50年平均气温将持续上升1.7~2.2℃,半干旱地区的升温幅度更大,为1.9~2.3℃[3-4]。宁夏自20世纪60年代以来,各地气温平均升高0.9℃。升温最明显的地区为引黄灌区,平均升高1.1℃左右[5-6]。有研究利用气候模型和中国区域模型预测,2080年宁夏北部和南部部分地区气温上升幅度将达到3.7~3.9℃[7-8]

      在中国,小麦是仅次于玉米和水稻的粮食作物,小麦总种植面积约占全国总耕地面积的20—30%[9]。春小麦作为我国广泛种植的作物之一,其种植区大多分布在中国北方,而主要产区则是在西北地区。据不完全统计,春小麦在中国西北地区的种植面积约占全国小麦总种植面积的20%,占当地耕作面积的40%,粮食播种面积的51%[10]。作为宁夏的第一大作物,小麦每年种植面积高达31万hm2左右,且主要以春小麦的种植为主[11]。在影响小麦生长的环境因素里面,温度是几个主要因素之一。且基于温度升高对小麦生长的影响,国内外学者采用不同的增温设备做了大量的研究,研究发现:全生育期温度升高使小麦生育期缩短,生育期内株高、叶面积指数、叶绿素含量、光合速率等显著低于对照,导致穗粒数和千粒重减少,从而使小麦减产[12-16],不对称增温则有可能使小麦产量增加[17-18]

      虽然关于温度升高对小麦的影响已有大量深入的研究,但大多是集中在形态指标与产量性状上[19-23],在对春小麦N、P、K养分吸收利用规律这方面却鲜见报导。而元素N、P、K在作物生长过程中有不可替代的作用,是作物生长发育所必需的营养元素[24-25],研究春小麦养分N、P、K的吸收利用规律是丰产优质、高效可持续的关键[26-27]

      因此,本试验在前人研究的基础上,针对春小麦植株N、P、K养分吸收如何响应气候变化这一关键科学问题,采用红外线辐射器野外增温模拟气候变化的方法,开展气温升高对春小麦全生育期植株干物重、产量、地上部各器官N、P、K养分含量、地上部各器官N、P、K养分累积吸收量以及地上部植株总N、P、K养分累积吸收量等的影响研究。探讨气候变暖对宁夏引黄灌区春小麦不同生育时期N、P、K养分吸收利用规律的影响,旨在为进一步阐明气候变暖对干旱半干旱区春小麦生长的影响提供一定科学依据,以及为该气候条件下春小麦的高产高效栽培提供理论依据。

      • 增温模拟试验设在宁夏银北引黄灌区宁夏大学试验站,该试验站地理位置为106°13′~26′E,38°45′~55′N,平均海拔为1100 m,地势西高东低,地形相对高差为3~4 m[13]。气候特征为冬冷夏热,日照时间长,蒸发强烈,干旱少雨,春冬风沙大。年平均气温为9.1℃,年平均降雨量为185 mm,且主要集中在每年的7~9月,年均日照时数为3124 h,年均蒸发量为1825 mm,年均相对湿度为56%,无霜期为192 d[28]。该地区土壤类型为白疆土 (龟裂碱土),土壤0—80 cm为粉质土,80 cm以下为沙质土。0—40 cm土壤[29]。土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾含量见表1

        表 1  试验地土壤养分含量

        Table 1.  Nutrient contents in experimental plots

        土壤深度 (cm)
        Soil depth
        有机质 (g/kg)
        Organic matter
        全氮 (g/kg)
        Total N
        全磷 (g/kg)
        Total P
        碱解氮 (mg/kg)
        Alkali hydrolysable N
        速效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/kg)
        Available K
        0—2012.88 0.580.6144.7 15.36 265.06
        20—406.820.410.5030.537.12219.13
        40—602.680.250.4117.722.43156.61
      • 依据联合国气候变化大会确定将本世纪末全球升温幅度控制在2.0℃以内的目标[30],以当地春小麦各生育期冠层温度为基础温度 (CK),设定各生育期小麦冠层温度增加0.5℃、1.0℃、1.5℃、2.0℃等4个处理。小区面积为20 m2 (4 m × 5 m),3次重复,小区边缘铺设厚质薄膜以防止侧向水肥运动。试验地四周设有围栏,防止小动物进入。供试春小麦品种为当地农户广泛种植品种‘宁春50号’,于2018年3月8日播种,条播,播量405 kg/hm2,行距10 cm。春小麦播前整地时施入N 135 kg/hm2、P2O5 345 kg/hm2,三叶期灌水之前追施N 110 kg/hm2,供试肥料为磷酸二铵 (18–46–0)、尿素 (N46%),人工撒施。小麦生育期内灌水四次,分蘖、拔节、抽穗、灌浆期灌水量依次为1500、1200、900、900 m3/hm2

        田间增温采用自动控制红外线辐射器进行,即在每个小区内分别设置一组红外灯管作为增温装置,一套自动控温电子设备与一组可移动温度传感器作为控温装置,增温装置直接连接控温装置以使增温梯度达到预设水平。红外灯管用铁制支架悬挂于小麦上方,并与小麦播种方向垂直,增温时间为昼夜不间断增温。控温装置的一组可移动传感器分别置于大田与小区内的春小麦冠层,自动控温电子设备则固定于铁制支架上。同时,每个小区内装有温度自动监测装置同步记录实际增温梯度。

      • 准确记录各处理春小麦进入每个生育时期的时间,并于苗期 (50%的麦苗为一叶一心)、拔节 (50%以上麦苗茎部第一节露出地面1.5—2.0 cm)、抽穗 (50%以上麦穗从旗叶鞘中抽出一半)、灌浆 (50%以上穗粒达到多半仁)、灌浆后10天、成熟 (50%以上的小麦籽粒进入蜡熟期) 期进行样品的采集。在每小区中间随机选取两个0.3 m长的样段,采集植株样品。混合后带回实验室,去根,用蒸馏水冲洗干净,将植株茎、叶、穗 (抽穗期开始) 分开置于烘箱中105℃杀青30 min,后转至80℃烘干至恒重。用于测量植株各时期干物重以及各器官N、P、K养分含量。在春小麦蜡熟末期收获,并带回实验室测产。

        春小麦植株地上部干物重、产量的测量参照《植物生理学实验指导》[31]方法进行测定。地上部各部位样品粉碎过筛 (1 mm和0.149 mm)H2SO4–H2O2消煮后,半微量凯式定氮法测定全氮含量,钒钼黄比色法测定全磷含量,火焰光度计法测定全钾含量[32]

      • 用Excel 2013对试验数据分析处理,用SAS8.1进行单因素方差分析,处理间多重比较采用Duncan’s新复极差法。

      • 图1为春小麦全生育期的干物重积累变化。春小麦整个生育期内,拔节期干物质积累速度最快,但随着该时期温度的升高,干物重积累速度呈下降的趋势。适当的增温有利于春小麦植株干物重的积累,增温梯度过大或增温时间过长时反而不利。春小麦苗期和拔节期不进行增温处理 (CK) 的植株干物重分别为483 kg/hm2和1999 kg/hm2,苗期增温0.5℃处理的植株干物重较CK显著提高1.7%,拔节期提高不显著;增温1.0~2.0℃处理的植株干物重均低于CK,且下降幅度增温2.0℃ > 1.5℃ > 1.0℃,增温2.0℃处理的植株干重在苗期和拔节期较CK显著降低了45.6%和70.9%。春小麦拔节期以后4个增温处理的植株干物重均低于对照组,且增温梯度越大,植株干物重越小,春小麦抽穗期—成熟期分别较CK最多降低60.3%、65.4%、49.7%、52.2%。

        图  1  增温幅度对春小麦不同生育时期植株干物重的影响

        Figure 1.  Effects of warming degree on dry matter weight of spring wheat at different growth stages

        图2为春小麦产量及其构成因素的变化。增温梯度越大,春小麦小穗数、穗粒数、千粒重、产量下降越明显。增温0.5℃、1.0℃、1.5℃、2.0℃春小麦小穗数较CK减少3、5、7、8个,降低17.1%、31.8%、46.4%、53.7%,增温0.0℃、0.5℃、1.0℃、1.5℃各处理之间差异显著,增温1.5℃、2.0℃差异不显著;穗粒数减少2、3、5、6粒,较CK降低5.3%、10.7%、19.9%、24.1%,各处理间差异显著;千粒重下降1.24g、3.76g、4.98g、6.46 g,较CK降低2.6%、7.8%、10.3%、13.4%,各处理间差异显著;产量较CK降低161.6~1511 kg/hm2,除增温0.5℃与对照差异不显著外,其余各处理间差异显著。

        图  2  不同增温幅度下春小麦产量及产量构成

        Figure 2.  Yield and yield component of spring wheat affected by different warming degree

      • 各器官的P和K含量在春小麦全生育期变化趋势基本一致 (表2),叶片和茎中的P、K含量均在拔节期达到最大,随着植株生长逐渐下降,在成熟期含量达到最低。穗部P、K含量在抽穗期最高,之后下降,成熟期达到最低。在叶片和茎中N素含量的变化与P和K基本一致,但穗中的N素含量在抽穗—灌浆期下降,灌浆期开始呈上升,成熟期达到最高。

        表 2  不同增温幅度下春小麦各生育期地上部N、P、K含量 (%)

        Table 2.  Contents of N,P and K in the aboveground organs of spring wheat at different growth stages under different warming degrees

        生育期
        Growth stage
        增温幅度 (℃)
        Warming
        NPK
        叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike
        苗期Seedling+0.02.25 c0.31 b1.35 d
        +0.52.58 a0.33 a2.41 a
        +1.02.54 b0.29 c1.45 c
        +1.52.19 d0.27 d1.65 b
        +2.02.20 d0.24 e1.02 e
        拔节期Jointing+0.03.57 c2.77 b0.38 b0.43 b3.42 b3.42 b
        +0.53.93 a3.25 a0.47 a0.46 a3.92 a3.72 a
        +1.03.81 b2.60 c0.47 a0.42 b3.90 a2.85 e
        +1.53.15 d2.56 d0.36 c0.40 c3.29 c2.94 c
        +2.02.91 e1.97 e0.28 d0.33 d3.09 d2.91 d
        抽穗期Heading+0.02.77 a1.66 a1.95 a0.37 a0.33 b0.59 b3.10 b2.24 b2.03 b
        +0.52.67 b1.52 b1.88 b0.36 b0.36 a0.62 a3.63 a2.30 a2.15 a
        +1.02.35 c1.52 b1.73 c0.34 c0.32 b0.58 b2.57 c1.98 c1.69 c
        +1.52.20 d1.45 c1.69 d0.33 d0.33 b0.43 c2.40 d1.85 d1.57 d
        +2.02.07 e1.34 d1.64 e0.29 e0.33 b0.34 d2.15 e1.79 e1.31 e
        灌浆期Grain filling+0.02.65 a1.34 a1.76 a0.35 a0.31 a0.53 a2.50 a2.48 a1.77 a
        +0.52.37 b1.17 b1.56 b0.35 a0.29 ab0.53 a2.34 b2.08 b1.65 b
        +1.02.17 c1.09 c1.49 c0.30 b0.26 c0.50 b2.08 c1.96 c1.47 c
        +1.52.09 d1.09 c1.41 d0.30 b0.27 bc0.45 c1.77 e1.72 d1.26 d
        +2.01.82 e0.99 d1.35 e0.27 c0.25 c0.35 d1.84d1.57 e1.15 e
        灌浆后10天
        10 days sincefilling
        +0.02.42 a0.99 a1.78 a0.30 a0.28 a0.50 a1.60a2.34 a0.93 a
        +0.52.13 b0.96 b1.52 b0.28 b0.28 a0.49 a1.49b1.90 b0.83 b
        +1.01.77 c0.88 c1.45 c0.23 c0.21 b0.47 b1.36c1.79 c0.70 c
        +1.51.68 d0.80 d1.43 c0.24 c0.19 c0.40 c1.25d1.57 d0.61 d
        +2.00.97 e0.86 c1.40 d0.23 c0.20 bc0.39 d1.23e1.33 e0.51 e
        成熟期Ripening+0.01.84 a0.71 a1.99 a0.23 a0.25 a0.48 a1.14a1.96 a0.64 a
        +0.51.45 b0.53 b1.65 b0.22 a0.18 b0.44 b1.08b1.65 b0.54 b
        +1.01.31 c0.49 c1.55 c0.19 b0.14 d0.45 b1.04c1.48 c0.42 c
        +1.51.10 d0.43 d1.49 d0.18 b0.16 c0.40 c0.90d1.33 d0.39 d
        +2.00.99 e0.30 e1.43 e0.14 c0.13 e0.37 d0.83e0.91 e0.31 e
        注(Note):数据后不同小写字母表示同一生育期不同增温幅度处理间差异显著 Values followed by different letters in the same growth period mean significant difference among different warming (P < 0.05).

        对比春小麦同一生育时期内不同处理间各器官N、P、K含量的变化,可以看出,适当的增温可以提高春小麦各器官中的N、P、K含量,但增温梯度过大或增温时间过长则会降低各器官中的N、P、K含量。苗期增温0.5℃春小麦N、P、K含量分别较CK提高14.7%、6.5%、78.5%,增温1.0℃时N和K含量分别较CK提高12.9%、7.8%,增温1.5℃时K含量较CK提高22.2%,增温2.0℃时N、P、K含量均显著低于CK;拔节期增温0.5℃叶片和茎的N、P、K含量均显著高于CK,较CK提高了8.8%~23.7%,增温1.0℃仅叶片的N、P、K含量较CK提高6.7%~23.7%,增温1.5℃和2.0℃时N、P、K含量均显著低于CK;抽穗期仅增温0.5℃各器官中的P和K含量中出现高于CK的值,其余均低于CK;抽穗期以后,增温0.5℃各器官P含量虽然相比于CK有降低趋势,但大多差异不显著,除此之外均随增温梯度的上升呈显著下降的趋势。

      • 表3可以看出,全生育期春小麦各器官N、P累积量的变化趋势基本一致,苗期至灌浆期逐渐增加,灌浆期以后逐渐减少;穗中的累积吸收量从抽穗期开始一直增加,成熟期增至最大。K累积吸收量的变化不同于N和P,叶片K的累积吸收量在抽穗期以前呈上升趋势,抽穗期以后呈下降趋势;茎干K素累积吸收量则在苗期—灌浆后10天主要呈上升趋势,灌浆10天以后呈下降趋势;穗的K素累积吸收量则在灌浆期达到最大,后逐渐减小。

        表 3  不同增温幅度下春小麦各生育时期地上部器官N、P、K累积吸收量 (kg/hm2)

        Table 3.  Cumulativeuptakeof N,P and K in aboveground organs of spring wheat in each growth stage under different warming degrees

        生育期
        Growth stage
        增温幅度 (℃)
        Warming
        NPK
        叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike叶Leaf茎Stem穗Spike
        苗期Seedling+0.0 9.45 c 1.28 b 5.69 b
        +0.511.60 a 1.49 a10.84 a
        +1.0 9.75 b 1.13 c 5.56 b
        +1.5 6.90 d 0.84 d 5.21 c
        +2.0 5.30 e 0.58 e 2.44 d
        拔节期Jointing+0.038.51 b24.96 b 4.14 b 3.87 b36.95 b30.76 b
        +0.549.08 a35.75 a 5.93 a 5.05 a49.04 a40.92 a
        +1.027.42 c22.45 c 3.42 c 3.59 c28.07 c24.66 c
        +1.517.02 d11.51 d 1.94 d 1.79 d17.78 d13.23 d
        +2.0 9.31 e 4.73 e 0.89 e 0.79 e 9.90 e 6.98 e
        抽穗期Heading+0.078.04 a80.62 a40.94 a10.39 a16.26 b12.35 a87.56 a109.10 b 42.55 a
        +0.561.33 b74.12 b36.67 b 8.30 b17.64 a12.13 b83.56 b112.66 a 41.91 b
        +1.034.99 c47.44 c27.37 c 5.10 c 9.99 c 9.17 c38.31 c61.76 c26.78 c
        +1.530.61 d35.21 d27.50 d 4.58 d 8.04 d 4.46 d33.54 d45.01 d16.21 d
        +2.019.03 e25.76 e17.08 e 2.66 e 6.39 e 3.54 e19.80 e34.41 e13.56 e
        灌浆期Grain filling+0.077.85 a110.28 a 45.51 a10.41 a25.08 a13.72 a73.64 a204.18 a 45.67 a
        +0.561.67 b80.79 b39.68 b 9.03 b20.12 b13.49 a60.72 b143.80 b 42.14 b
        +1.037.44 c55.42 c27.90 c 5.24 c12.98 c 9.38 b35.96 c99.78 c27.53 c
        +1.533.79 d44.06 d25.43 d 4.92 d11.08 d 8.12 c28.70 d69.61 d22.70 d
        +2.021.89 e32.70 e16.20 e 3.24 e 8.42 e 4.15 d22.03 e51.96 e13.81 e
        灌浆后10天
        10 days sincefilling
        +0.063.93 a90.08 a87.45 a 8.04 a25.74 a24.76 a42.19 a212.43 a 45.87 a
        +0.552.24 b74.09 b62.38 b 6.91 b21.80 b20.20 b36.55 b146.78 b 34.13 b
        +1.038.19 c50.42 c43.19 c 4.99 c12.29 c14.05 c29.48 c103.11 c 20.81 c
        +1.530.17 d38.90 d38.07 d 4.37 d 9.31 d10.91 d22.39 d76.18 d16.15 d
        +2.012.02 e32.27 e28.01 e 2.90 e 7.47 e 7.73 e15.26 e50.08 e10.13 e
        成熟期Ripening+0.046.43 a69.82 a127.47 a 5.88 a24.15 a30.98 a28.80 a193.20 a 40.87 a
        +0.536.25 b50.00 b100.90 b 5.51 b17.01 b26.78 b27.09 c156.68 b 33.01 b
        +1.035.29 b30.81 c68.40 c 5.02 c 9.00 c19.97 c27.84 b92.92 c18.46 c
        +1.523.24 c24.43 d59.70 d 3.91 d 9.16 c15.99 d19.05 d75.55 d15.58 d
        +2.014.23 d13.81 e46.22 e 1.96 e 5.76 d12.01 e11.91 e41.76 e10.19 e
        注(Note):数据后不同小写字母表示同一生育期不同增温幅度处理间差异显著 Values followed by different letters in the same growth period mean significant difference among different warming (P < 0.05).

        春小麦全生育期内,N素和P素在各器官中分配率的变化趋势基本一致:叶片和茎的分配率随植株生长而减小,在成熟期达到最小,而穗的分配率在成熟期达到最大。成熟期养分N素和P素在春小麦叶片中的分配率分别为19.0%~26.2%和9.6%~14.8%,在茎中的分配率分别为18.6%~28.6%和26.5%~39.6%,在穗中的分配率分别为50.8%~62.2%和50.8%~60.9%。不同于N素和P素,春小麦成熟期K素在叶片和穗中的分配率最小,分别为11.0%~20.0%和13.3%~16.0%,而在茎中的分配率最大,为65.4%~73.5%。

        不同增温处理影响各器官N、P、K累积吸收量。春小麦苗期增温0.5℃时叶片N、P、K累积吸收量分别较CK提高22.8%、16.4%、90.5%,增温1.0℃时仅N素累积吸收量较CK提高3.2%,P累积吸收量降低11.7%,增温1.5℃和2.0℃时N、P、K累积吸收量均显著低于CK,且增温2.0℃的值显著低于增温1.5℃。拔节期各处理春小麦叶片和茎的N、P、K累积吸收量大小顺序为增温0.5℃、0.0℃、1.0℃、1.5℃、2.0℃,且各处理差异显著。抽穗期仅增温0.5℃植株茎的P和K累积吸收量上较CK提高8.5%和3.3%,其余均显著低于CK,且增温梯度越大,N、P、K累积吸收量越低。春小麦抽穗期以后,随增温梯度的上升,各器官N、P、K累积吸收量均呈下降的趋势,且各处理差异显著。表明适当的增温可以提高春小麦植株各器官对N、P、K养分的吸收,但增温梯度过大或增温时间过长则会使各器官对N、P、K养分吸收产生负作用。

      • 不同处理春小麦全生育期植株N、P、K累积吸收量的变化趋势如表4所示,养分N和P的累积吸收量随春小麦生长成上升的趋势,养分K的累积吸收量在灌浆期以后有外排的现象。在春小麦拔节期,增温0.0~2.0℃植株N素的累积吸收量占总吸收量的百分比分别为55.9%、46.3%、44.6%、51.0%、64.4%,植株P素的累积吸收量占总吸收量的百分比分别为50.8%、54.9%、50.8%、32.2%、55.4%,植株K素的累积吸收量占总吸收量的百分比分别为53.0%、60.1%、45.4%、52.7%、57.9%,该时期是植株 N、P、K养分吸收的高峰时期。苗期各处理春小麦植株N素累积吸收量的大小顺序为增温0.5℃ > 1.0℃ > 0.0℃ > 1.5℃ > 2.0℃,植株P素和K素累积吸收量的大小顺序都为增温0.5℃ > 0.0℃ > 1.0℃ > 1.5℃ > 2.0℃;拔节期各处理春小麦植株N、P、K累积吸收量的大小顺序为增温0.5℃ > 0.0℃ > 1.0℃ > 1.5℃ > 2.0℃,且各处理差异显著;抽穗期—成熟期各处理春小麦植株N、P、K累积吸收量的大小顺序为增温0.0℃ > 0.5℃ > 1.0℃ > 1.5℃ > 2.0℃,且各处理差异显著 (表4)。以上结果说明,适当的增温可以提高春小麦对N、P、K养分的吸收,但增温梯度过大或增温时间过长则会对N、P、K养分吸收产生负作用,使植株干物质的累积减少,进而影响春小麦生长发育,导致产量和品质的下降

        表 4  不同增温幅度下春小麦各生育时期植株N、P、K累积吸收量 (kg/hm2)

        Table 4.  Cumulative uptake of N,P and K in spring wheat in each growth stage under different warming degrees

        生育期Growth stage增温幅度Warming (℃)NPK
        苗期Seedling+0.0 9.45 c 1.28 b 5.69 b
        +0.5 11.60 a 1.49 a 10.84 a
        +1.0 9.75 b 1.13 c 5.56 b
        +1.5 6.90 d 0.84 d 5.21 c
        +2.0 5.30 e 0.58 e 2.44 d
        拔节期Jointing+0.0 63.47 b 8.01 b 67.71 b
        +0.5 84.83 a10.98 a 89.96 a
        +1.0 49.87 c 7.01 c 52.73 c
        +1.5 28.53 d 7.73 d 31.00 d
        +2.0 14.04 e 1.67 e 16.88 e
        抽穗期Heading+0.0199.59 a39.00 a239.20 a
        +0.5172.12 b38.06 b238.13 b
        +1.0109.79 c24.27 c126.85 c
        +1.5 83.32 d17.08 d 94.76 d
        +2.0 61.87 e12.59 e 67.76 e
        灌浆期Grain filling+0.0233.64 a49.20 a323.50 a
        +0.5182.14 b42.63 b246.65 b
        +1.0120.76 c27.60 c163.26 c
        +1.5103.27 d24.11 d121.01 d
        +2.0 70.80 e15.81 e 87.81 e
        灌浆后10天
        10 days sincefilling
        +0.0241.46 a58.54 a300.49 a
        +0.5188.70 b48.90 b217.45 b
        +1.0131.80 c31.33 c153.40 c
        +1.5107.13 d24.59 d114.72 d
        +2.0 72.30 e18.11 e 75.47 e
        成熟期Ripening+0.0243.72 a61.02 a262.87 a
        +0.5187.15 b49.30 b216.79 b
        +1.0134.51 c33.99 c139.22 c
        +1.5107.37 d29.05 d110.19 d
        +2.0 74.26 e19.73 e 63.86 e
        注(Note):数据后不同小写字母表示同一生育期不同增温幅度处理间差异显著 Values followed by different letters in the same growth period mean significant difference among different warming (P < 0.05).
      • 春小麦的植株干物重是衡量养分吸收的关键指标,干物质积累与春小麦不同生育时期N、P、K累积吸收量之间均呈显著正相关,与植株体内N、P、K含量之间呈显著负相关[34-35]。研究显示,小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期的适宜生长温度分别为:15—22℃、12—16℃、13—20℃、18—22℃[36-37]。宁夏春小麦‘宁春4号’和‘宁春47号’花后升温至35℃左右会导致干物质积累的降低,但温度升高幅度较低时 (30℃左右),与CK(25℃左右) 差异不显著[38]。本研究中,处理春小麦在苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期的平均温度分别为16.9℃、17.2℃、19.7℃、20.3℃、23.1℃。春小麦干物重在拔节期积累速度最快,但温度升高对其积累速度产生负作用。温度升高0.5℃,可使春小麦干物重在苗期高于CK,但随着增温时间的延长,拔节期以后,春小麦干物重低于CK;温度升高1.0~2.0℃,在春小麦全生育期干物重均低于CK,且增温梯度越大,春小麦干物重越小。说明在春小麦生长适宜温度范围内,适当的增温有利于春小麦植株干物重的增长,增温梯度过大或增温时间过长时,则不利于春小麦植物干物重的生长,致使成熟期春小麦千粒重、穗粒数等产量构成因素下降,春小麦减产。这一点也可以从增温对春小麦不同生育时期植株养分累积吸收量的影响上得到验证。

        元素N、P、K在作物生长过程中有不可替代的作用,是作物生长发育所必需的营养元素[24-25]。在小麦的生长发育进程中,N对小麦籽粒产量的影响最大[39],P和K对小麦叶片光合作用的影响最大,研究小麦对N、P、K营养元素的吸收和积累特性,是提高小麦产量、改善小麦质量、提高肥料利用效率的基础[40-41]。目前研究表明,小麦地上部植株N、P、K含量变化趋势基本相同,在拔节期各元素含量最大,后随出苗天数的增加均呈近似反“S”的曲线形式下降[34]。地上部植株N、P、K的累积吸收量变化趋势则是随出苗天数的增加呈近似“S”的曲线形式增加。也有研究显示小麦植株K素累积吸收量在生育后期有所降低,吸收高峰在拔节期[24, 34]。本研究结果支持了后者的结论:不论是对照组还是处理组,春小麦地上部各器官的P、K含量均在器官形成初期最大,后随着植株生长呈下降的趋势,成熟期含量达到最低;N含量在春小麦叶和茎中的变化趋势与P、K含量相同,穗中的N含量在灌浆期最小,后逐渐增大。生育前期各器官中养分N素和P素主要分配在茎和叶中,生育后期则主要分配在穗中;K素在生育前期主要分配于茎和叶中,生育后期主要分配在茎中。春小麦植株N和P的累积吸收量随春小麦生长呈上升趋势,K的累积吸收量在灌浆期以后有外排的现象。除营养元素外,环境因素也是影响小麦生长的主要因素,温度升高直接或间接的影响小麦对营养元素的吸收利用,进一步影响小麦生长发育[42-48]。试验结果表明,苗期增温0.5℃,有利于春小麦N、P、K含量和累积吸收量的增加;增温1.0℃,仅有利于部分养分元素含量和累积吸收量的增加;增温1.0℃以上,不利于春小麦对N、P、K的吸收。拔节期增温0.5℃,有利于春小麦对N、P、K养分的吸收,增温1.0~2.0℃,不利于春小麦养分吸收。春小麦抽穗期开始,仅增温0.5℃时K素含量与CK差异不显著外,其余处理均不利于植株对N、P、K养分的吸收,且增温梯度越大,春小麦养分吸收能力越差。结合增温对春小麦干物质和产量的影响可以看出,在春小麦生长适宜的温度范围内,适当的增温可以提高春小麦对N、P、K养分的吸收,但增温梯度过大或增温时间过长则会对N、P、K养分吸收产生负作用,使生育后期干物质的累积量减少,收获时千粒重、穗粒数等降低,并最终导致产量和品质的下降。因此,为应对气候变化对引黄灌区春小麦生长的影响,建议引进种植耐旱春小麦品种,根据情况适当提前播期,增加灌溉次数,并提前做好病虫害的防治等工作。

        本研究的增温梯度设计为全天增温0.5~2.0℃,但气候变化在不同时间,不同空间有不同的升温效应[48]。且在本试验的基础上,发现增温对春小麦影响的主要时期集中在苗期—抽穗期这段时间,影响春小麦生长的营养元素除N、P、K外还有Ca、Mg、Fe等元素[24]。因此,在后续的试验中将根据试验地区的实际情况设计不对称增温梯度,增加春小麦苗期—抽穗期的取样频率,并研究更多营养元素,使研究往更深一层试验进展。

      • 在宁夏干旱半干旱区,随着温度的升高,春小麦产量、千粒重、小穗数、穗粒数等呈下降趋势,且增温梯度越大,减产越明显。苗期与拔节期温度升高0.5~1.0℃左右,虽然有利于春小麦各器官N、P、K含量的吸收积累,但最终产量依然显著降低。而温度升高1.0~2.0℃,春小麦不同器官N、P、K含量及积累量均显著降低,且增温梯度越大,下降的幅度越大。因此,全球变暖将对供试地区春小麦生长带来显著的副作用。

    参考文献 (48)
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