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

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

Abstract

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

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

CLC Number:

S512.1+1

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Figures/Tables 11

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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

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

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

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

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