增温对冬小麦生长过程及干物质分配的影响

doi:10.11755/j.issn.1006-7639-2025-01-0133

干旱气象 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (1): 133-142.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639-2025-01-0133

增温对冬小麦生长过程及干物质分配的影响

南佳岚¹(), 王冬冬²^,³, 王博²^,³^,⁴(), 郝子琼²^,³, 全礼²^,³, 郭伟²^,³, 罗志平²^,³, 张靖铷²^,³, 闫晶晶²^,³

1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100
2.中国地质调查局西安矿产资源调查中心，陕西西安 710100
3.秦岭-黄土高原过渡带水土要素耦合与生物资源保育观测研究站，陕西潼关 714300
4.自然资源部自然资源要素耦合过程与效应重点实验室，北京 100055

收稿日期:2024-04-23 修回日期:2024-07-06 出版日期:2025-02-28 发布日期:2025-03-15
通讯作者: 王博（1989—），男，陕西咸阳人，主要从事自然资源要素调查与评价。E-mail：WangboZRWS@163.com。
作者简介:南佳岚（1993—），女，陕西西安人，博士研究生，主要从事生态过程模型、遥感应用研究。E-mail：jln@nwafu.edu.cn。
基金资助:
中国地质调查局项目(DD20220882)

Effect of warming on growth process and dry matter distribution of winter wheat

NAN Jialan¹(), WANG Dongdong²^,³, WANG Bo²^,³^,⁴(), HAO Ziqiong²^,³, QUAN Li²^,³, GUO Wei²^,³, LUO Zhiping²^,³, ZHANG Jingru²^,³, YAN Jingjing²^,³

1. College of Natural Resources and Environment，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China
2. Xi’an Mineral Resources Survey Center，China Geological Survey，Xi’an 710100，China
3. Observation and Research Station for Coupling of Soil and Water Elements and Conservation of Biological Resources in Qinling-Loess Plateau Transition Zone，Tongguan 714300，Shaanxi，China
4. Key Laboratory of Natural Resource Coupled Process and Effect，Ministry of Natural Resources，Beijing 100055，China

Received:2024-04-23 Revised:2024-07-06 Online:2025-02-28 Published:2025-03-15

摘要/Abstract

摘要： 在气候变化背景下，探究关中台塬区冬小麦生长发育过程中主要农艺性状及干物质分配对增温的响应特征，对评估冬小麦的敏感性及适应性具有重要意义。本文以冬小麦品种郑麦1860号为研究对象，通过开顶式气室（Open Top Chamber，OTC）模拟增温环境，分析增温对冬小麦生长发育过程的影响。结果表明，在小麦生育期内，气室内外温度存在显著差异（p<0.05），OTC内部平均温度较外部高0.8 ℃；增温条件下，小麦各物候期平均提前6 d，且株高明显增加。返青—抽穗阶段，OTC对小麦叶面积有促进作用，而扬花—乳熟阶段，则对叶面积有抑制作用。增温促进根系生长，使单株根系长度增加37.48%，细根表面积增加35.28%，但对根系生物量有抑制作用，OTC处理组较对照组减少7.60%；增温对茎、叶和穗的干物质量均有促进作用，但乳熟期叶干物质量例外。OTC增温对冬小麦营养生长期的功能性状具有明显促进作用，但对生殖生长期的功能性状影响不显著，甚至表现出一定的抑制作用。

关键词: 开顶式气室, 增温, 冬小麦, 生态参数, 干物质分配, 对比分析

Abstract:

In the context of climate change, it is of great significance to explore how winter wheat responds to temperature increase in terms of main agronomic traits and dry matter distribution during its growth stage in the tablelands of Guanzhong, Shaanxi, which can provide references for assessing its sensitivity and adaptability under climate change. In this paper, Zhengmai No. 1860 was selected as the research object to analyze the influence of the warming effect simulated by Open Top Chamber (OTC) on the growth and development of winter wheat. The results show that there were significant differences in temperature inside and outside OTC during growth stage (p<0.05) of winter wheat. The average temperature in OTC was 0.8 ℃ higher than that of the outside. In OTC, all the phenological stages of winter wheat came in advance of those in the control group, with an average of 6 days earlier. The plant height inside OTC was higher than that of the outside. OTC promoted leaf area of wheat at the stage of greening and heading, while inhibited leaf area at the stage of flowering and milk ripening.The warming effect promoted root growth, increasing root length by 37.48% and surface area of fine roots by 35.28%, but inhibited root biomass, decreasing it by 7.60%. The warming effect of OTC can promote the dry matter weight of stem, leaf and ear, except the dry matter weight of leaf at milk-ripening stage. In conclusion, OTC can significantly promote the functional traits of winter wheat at the vegetative growth stage, but at the reproductive growth stage, it can not promote the functional traits and even show a certain inhibitory effect.

Key words: open top chamber, warming, winter wheat, ecological parameter, dry matter distribution, comparison analysis

中图分类号:

S512.1+1

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图/表 11

图1 1981—2020年试验区多年平均气温和降水量的逐月变化

Fig.1 The monthly variation of the average temperature and precipitation in the experimental area from 1981 to 2020

图2 OTC示意图

Fig.2 Schematic diagram of an open top chamber

表1 6个气室内温度与气象站记录的温度差异性检验

Tab.1 Test of the temperature differences between six OTCs and the temperatures recorded by the weather station

物候期	增温气室	内外温度平均值/℃	标准差/℃	显著性（双尾）	物候期	增温气室	内外温度平均值/℃	标准差/℃	显著性（双尾）
全生育期	OTC1	14.86	9.31	<0.001**		OTC1	16.00	4.87	0.667
	OTC2	14.45	9.51	0.005**		OTC2	15.68	4.84	0.906
	OTC3	14.25	9.33	0.024*		OTC3	15.27	4.53	0.774
	OTC4	14.06	9.44	0.074	拔节—扬花期	OTC4	15.20	4.59	0.721
	OTC5	14.14	9.25	0.045		OTC5	15.06	4.42	0.611
	OTC6	13.74	9.19	0.370		OTC6	14.19	4.28	0.164
	气象站	13.4	9.47			气象站	15.56	4.47
返青—起身期	OTC1	4.38	0.82	0.013*		OTC1	24.44	4.69	0.012*
	OTC2	3.12	0.61	0.007**		OTC2	24.54	4.68	0.007**
	OTC3	3.20	0.60	0.045*		OTC3	24.24	4.71	0.029*
	OTC4	2.99	0.56	0.000**	灌浆—乳熟期	OTC4	24.34	4.68	0.018*
	OTC5	3.31	0.57	0.353		OTC5	24.20	4.70	0.038*
	OTC6	3.21	0.55	0.111		OTC6	23.93	4.85	0.125
	气象站	3.38	4.27			气象站	23.07	4.81

图3 不同物候期不同气室内外温度变化幅度

Fig.3 The variation amplitude of temperature inside and outside six OTCs during different phenological period

图4 灌浆期典型日（5月12—16日）气室平均温度与气温温差日变化

Fig.4 Diurnal variation of the temperature difference between average temperature of six OTCs and the air temperature on typical days （May 12 to 16） during grouting period

表2 观测期气室内外冬小麦生态参数对比

Tab.2 Comparison of winter wheat ecological parameters inside and outside OTC during the observation period

物候期	开始日期		株高/cm		叶片面积/（cm²·片^-1）		比叶面积/（cm²·g^-1）		地上生物量/（g·m^-2）
物候期	OTC	CK	OTC	CK	OTC	CK	OTC	CK	OTC	CK
返青	02-16	02-23	20.67^Aa	12.60^Ab	6.42^a	4.04^b
起身	03-09	03-15	34.20^Aa	28.37^Bb	12.16^Aa	8.28^Bb	116.81^Aa	167.75^Aa	560.58^Aa	335.76^Ab
拔节	03-29	04-08	61.67^Aa	52.04^Bb	16.87^Aa	15.17^Ba	247.70^Aa	242.27^Aa	678.35^Aa	511.16^Bb
抽穗	04-21	04-26	76.94^Aa	66.15^Bb	19.44^Aa	20.18^Aa	219.07^Aa	220.44^Ba	1858.59^Aa	1031.78^Bb
扬花	05-08	05-13	76.67^Aa	71.55^Bb	18.91^Aa	19.58^Aa	183.48^Aa	192.52^Ba	2847.39^Aa	1239.83^Bb
灌浆	05-14	05-17	74.60^Aa	70.13^Bb	16.50^Aa	19.51^Ab	144.83^Aa	142.43^Aa	4434.99^Aa	2319.78^Ab
乳熟	06-01	06-04	72.88^Aa	67.73^Bb	8.18^Aa	16.72^Ab			2885.84^Aa	1232.48^Ab

图5 2023年2月23日—5月24日（a、c）及3月3日—5月24日（b、d）OTC与对照组冬小麦平均高度（a）、比叶面积（b）、叶片面积（c）及地上生物量（d）变化

Fig.5 Daily variations of the average height (a), specific leaf area (b), leaf area (c), and aboveground biomass (d) of winter wheat in six OTCs and CK from February 23 to May 24 (a, c), and from March 3 to May 24 (b, d) 2023

图6 6个OTC和对照组4类细根的根长（a）及根系表面积（b）

Fig.6 Root length (a) and root surface area (b) of four types of fine roots for six OTCs and CK

表3 Comparison of the distribution of winter wheat dry matter inside and outside OTC 单位：g·m-2

Tab.3

物候期	叶		茎		穗
物候期	CK	OTC	CK	OTC	CK	OTC
孕穗	181.20^a	286.73^b	800.36^a	1578.81^b	326.98^a	786.20^b
扬花	204.22^a	214.67^a	946.44^a	1557.92^b	586.60^a	1124.05^b
灌浆	204.12^a	219.50^a	1048.82^a	2014.59^b	951.16^a	2011.36^b
乳熟	121.12^a	103.54^a	648.91^a	1031.73^a	1053.54^a	1649.17^a

图7 不同物候期冬小麦不同器官干物质分配指数

Fig.7 Comparison of dry matter allocation index of winter wheat inside and outside OTC at different phenological periods

图8 2023年6月4日10：34：26 OTC与对照组冬小麦地表热成像图

Fig.8 Surface thermal image in winter wheat field for OTC and CK

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Effect of warming on growth process and dry matter distribution of winter wheat

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