全 文 ：夜间增温对冬小麦根系生长和土壤养分
有效性的影响*
张明乾1 摇 陈摇 金1 摇 郭摇 嘉1 摇 田云录1 摇 杨世佳1 摇 张摇 丽1 摇 杨摇 冰1 摇 张卫建1,2* *
( 1南京农业大学应用生态研究所, 南京 210095; 2中国农业科学院作物科学研究所 /农业部作物生理生态重点实验室, 北京
100081)
摘摇 要摇 气候变暖存在明显的昼夜不对称性,夜间气温升高幅度显著高于白天.本研究采用
夜间被动式增温系统,于 2009—2010 年在我国冬小麦主产区(石家庄、徐州、许昌和镇江)进
行全生育期田间增温试验,研究了土壤 pH值、速效养分和抽穗期冬小麦根系对夜间增温的响
应.结果表明: 与不增温对照相比,夜间增温显著降低了土壤 pH 值和速效养分含量,并在一
定程度上提高了根系干质量和根冠比.冬小麦整个生育期,夜间增温分别使石家庄、徐州、许
昌和镇江试验点土壤 pH 值平均降低 0. 4% 、0. 4% 、0. 7%和 0. 9% ,碱解氮含量平均降低
8郾 1% 、8. 1% 、7. 1%和 6. 0% ,速效磷含量平均降低 15. 7% 、12. 1% 、19. 6%和 25. 8% ;速效钾
含量平均降低 11. 5% 、7. 6% 、7. 6%和 10. 1% . 增温处理下,石家庄、徐州和镇江试验点抽穗
期冬小麦根系干质量分别平均增加 31. 5% 、27. 0%和 14. 5% ;石家庄、许昌和镇江试验点抽
穗期冬小麦根冠比分别平均提高 23. 8% 、13. 7%和 9. 7% . 夜间增温可能通过改变土壤化学
特性影响土壤养分供应和冬小麦生长.
关键词摇 气候变暖摇 被动式夜间增温摇 土壤 pH值摇 土壤速效养分摇 根系摇 冬小麦
*中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金项目、国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951501)和国家“十二五冶粮食丰产科技工
程项目(2011BAD16B14)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zwj@ njau. edu. cn
2012鄄05鄄20 收稿,2012鄄12鄄07 接受.
文章编号摇 1001-9332(2013)02-0445-06摇 中图分类号摇 S158. 3,S314摇 文献标识码摇 A
Effects of nighttime warming on winter wheat root growth and soil nutrient availability.
ZHANG Ming鄄qian1, CHEN Jin1, GUO Jia1, TIAN Yun鄄lu1, YANG Shi鄄jia1, ZHANG Li1, YANG
Bing1, ZHANG Wei鄄jian1,2 ( 1 Institute of Applied Ecology, Nanjing Agricultural University, Nanjing
210095, China; 2Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture,Institute
of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2013,24(2): 445-450.
Abstract: Climate warming has an obvious asymmetry between day and night, with a greater incre鄄
ment of air temperature at nighttime than at daytime. By adopting passive nighttime warming
(PNW) system, a two鄄year field experiment of nighttime warming was conducted in the main pro鄄
duction areas of winter wheat in China (Shijiazhuang of Hebei Province, Xuzhou of Jiangsu Prov鄄
ince, Xuchang of Henan Province, and Zhenjiang of Jiangsu Province) in 2009 and 2010, with the
responses of soil pH and available nutrient contents during the whole growth periods and of wheat
root characteristics at heading stage determined. As compared with the control (no nighttime war鄄
ming), nighttime warming decreased the soil pH and available nutrient contents significantly, and
increased the root dry mass and root / shoot ratio to a certain extent. During the whole growth period
of winter wheat, nighttime warming decreased the soil pH in Shijiazhuang, Xuzhou, Xuchang, and
Zhenjiang averagely by 0. 4% , 0. 4% , 0. 7% , and 0. 9% , the soil alkaline nitrogen content
averagely by 8. 1% , 8. 1% , 7. 1% , and 6. 0% , the soil available phosphorus content averagely by
15. 7% , 12. 1% , 19. 6% , and 25. 8% , and the soil available potassium content averagely by
11郾 5% , 7. 6% , 7. 6% , and 10. 1% , respectively. However, nighttime warming increased the
wheat root dry mass at heading stage in Shijiazhuang, Xuzhou, and Zhenjiang averagely by 31郾 5% ,
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 2 月摇 第 24 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2013,24(2): 445-450
27郾 0% , and 14. 5% , and the root / shoot ratio at heading stage in Shijiazhuang, Xuchang, and
Zhenjiang averagely by 23. 8% , 13. 7% and 9. 7% , respectively. Our results indicated that night鄄
time warming could affect the soil nutrient supply and winter wheat growth via affecting the soil
chemical properties.
Key words: climate warming; passive nighttime warming (PNW); soil pH; soil available nutri鄄
ent; root system; winter wheat.
摇 摇 气候变暖是全球气候变化的主要特征之一,在
过去 100 年中全球地表平均温度上升了 0郾 74 益 [1] .
气候变暖还呈现出明显的时空差异,以北半球高纬
度地区最明显,北方增温大于南方,冬春季增温大于
夏秋季,夜间最低气温的增幅明显高于白天最高气
温的增幅[1-3] .中国气候变暖特征与全球基本一致,
北方增温最明显,冬春季增温显著,夏季增温最弱,
且增温幅度高于全球同期平均水平[4] . 气候变暖的
区域性差异决定了生态系统对气候变化的响应具有
显著的空间异质性[5-6] . 目前对气候变化影响的研
究主要集中在地上部系统,对地下部生态系统的关
注较少,特别是在农田生态系统[7-8] . 因此,开展不
同区域作物地下部生态系统对气候变暖的响应研究
至关重要[9-10] .
土壤理化性质是土壤质量的重要指标,作为土
壤肥力的重要标志,土壤速效 N、P、K含量反映了土
壤中 N、P、K的现实供应状况,对作物的生长发育起
着十分重要的作用[11] .土壤速效养分受自然因素的
影响,大气温度升高将直接影响土壤生物系统,从而
可能影响土壤养分状况[12-13] .根系作为作物重要的
吸收和代谢器官,其生长状况直接影响作物的生长
发育.大气温度升高也可能通过影响作物地上部生
长而影响作物根系,而且,气温升高将直接影响土壤
温度和湿度,并影响土壤养分状况,进而引起作物根
系生长发育的相关变化[14] .气温对生态系统地上部
影响的生理生态效应已有较多研究,但目前就大气
温度升高对生态系统地下部影响的研究主要集中在
苔原、草地和森林生态系统方面,且主要是全天增温
对土壤微生物影响的研究[10,15-17],而有关夜间增温
对不同纬度地区农田生态系统土壤养分和作物根系
影响的研究相对较少. 小麦是我国最重要的粮食作
物之一,研究夜间增温对我国冬小麦不同主产区土
壤养分特性和根系生长的影响,不仅有利于气候变
化下小麦生产技术调整,而且对科学评价气候变暖
对我国粮食安全的影响具有重要的理论参考价值.
为此,本文在我国冬小麦主产区开展被动式全生育
期夜间增温试验,探讨夜间增温对冬小麦土壤水分、
温度、pH值、土壤速效养分和根系特性的影响.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 试验地概况
2009—2010 年,在我国冬小麦主要产区选取河
北省石家庄鹿泉市开发区良种场 (38毅 4忆22义 N,
114毅 21忆9义 E)、江苏省徐州市丰县师寨镇(34毅50忆7义 N,
116毅39忆 34义 E )、河南省许昌市鄢陵县张桥乡
(33毅56忆25义 N, 114毅16忆43义 E)和江苏省镇江丹阳市
延陵镇(31毅54忆36义 N, 119毅29忆44义 E)共 4 个试验点,
进行夜间增温试验. 各试验点供试冬小麦品种采用
当地的主栽品种,石家庄、徐州、许昌和镇江分别为
良新 99、烟福 188、豫麦 7036 和扬麦 11.各试验点常
年气候和土壤特征概况见表 1.
1郾 2摇 试验设计
本试验参照 Beier 等[7]的被动式夜间增温方法
(passive nighttime warming,PNW),采用铝铂玻纤布
将地面发射出的红外线反射回地面,从而减少热量
损失,达到夜间升温效果.该系统主要由支架、红外
表 1摇 各试验点气候与土壤特征概况
Table 1摇 Characteristics of climate and soil in different experimental sites
地点
Site
海拔
Elevation
(m)
年均温度
Annual
average
temperature
(益)
最冷月
平均温度
Average
temperature
of coldest
month (益)
最热月
平均温度
Average
temperature
of warmest
month (益)
年均
降水量
Annual
average
rainfall
(mm)
土壤
pH Soil
pH
土壤有机质
Soil
organic
matter
(g·kg-1)
土壤全氮
Soil
total N
(g·kg-1)
土壤速效磷
Soil
available P
(mg·kg-1)
土壤速效钾
Soil
available K
(mg·kg-1)
石家庄 Shijiazhuang 104 13郾 3 -2郾 1 25郾 9 540郾 5 7郾 6 18郾 1 2郾 0 30郾 2 64郾 1
徐州 Xuzhou 33 14郾 6 -0郾 2 27郾 0 630郾 4 7郾 3 20郾 0 2郾 2 42郾 9 55郾 4
许昌 Xuchang 56 14郾 3 0郾 2 27郾 3 640郾 9 7郾 7 18郾 1 2郾 2 15郾 1 146郾 1
镇江 Zhenjiang 6 16郾 2 3郾 6 28郾 6 1058郾 4 7郾 2 28郾 3 3郾 1 15郾 5 57郾 7
644 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
线反射膜、温度记录仪等设备组成. 试验设两个处
理:常温对照 ( CK)、夜间增温 (W,增温时间为
19:00—06:00),田间小区面积 4 m伊5 m,重复 3 次.
在冬小麦整个生育期(播种鄄收获期),由专人于每日
19:00 覆盖,次日 6:00 揭开,反射膜距小麦冠层约
30 cm.为防止增温影响降水的接纳,在雨雪天不覆
盖,同时,为避免增温设施被破坏, 风速大于
10 m·s-1时也不覆盖. 该设施增温效果平衡且显
著[18],每个小区的均匀有效增温区可达 15 m2以上,
冬小麦冠层和 5 cm 土层全生育期夜间平均温度分
别提高 1郾 3 和 0郾 8 益,基本达到了野外增温试验研
究的要求[18] .
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 温度记录摇 采用温度记录仪(ZDR鄄41,杭州泽
大仪器有限公司),在田间实时监测冬小麦冠层、地
表和地下 5 cm土壤温度.各处理温度数据的记录时
间间隔为 20 min,记录时间段为 19:00—06:00,以
该时段温度平均值作为夜间均温.
1郾 3郾 2 土样采集与分析摇 根据各试验点不同处理冬
小麦的实际生育期出现时间,分别于冬小麦拔节期、
抽穗期和成熟期采集土样,以确保取样时的作物生
育进程基本一致.取样方法为随机 6 点取样法,用直
径 3 cm的土钻于小麦行间取耕层(0 ~ 20 cm)土样.
土样带回实验室后,风干、研磨、过筛备用.为避免土
壤湿度过大,取样尽量选取雨后 2 ~ 3 d 的晴朗天气
进行.
土壤质量含水量采用烘干称量法测定;土壤碱
解氮采用碱液扩散法测定;土壤速效磷采用碳酸氢
钠浸提鄄钼锑抗比色法(Olsen)测定;土壤速效钾采
用乙酸铵浸提鄄火焰光度法测定[19] .
取风干土样 10 g,加入 25 mL去离子水(土液比
1 颐 2郾 5),用玻璃棒小心搅拌 5 min,再静置 30 min
后(溶液上层变澄清),使用雷磁 PHS鄄3C pH 计(上
海存联工贸有限公司)测定土壤 pH值.
1郾 3郾 3 根系取样与分析 摇 于抽穗期在大田内挖取
20 cm伊20 cm伊20 cm的根系土体,地上部和地下部
同时取样并保存.将根系土体用自来水小心冲洗干
净,注意防止根系损伤、折断,尽量保持根系完整,同
时去除杂物.洗净后的根系与地上部冬小麦全部放
入烘箱中,80 益烘干至恒量,用万分之一电子天平
测定其干质量,并计算根冠比:根冠比 =根干质量 /
地上部干质量.
1郾 4摇 数据处理
文中数据均为 3 次重复的平均值,以烘干土壤
质量计.采用 Microsoft Excel 2003 软件处理数据,用
SPSS 11郾 5 软件和 F 检验方法对结果进行统计分
析,显著性水平设定为 琢=0郾 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 夜间增温对土壤温度、水分和 pH的影响
夜间增温处理下,冬小麦土壤温度明显提高
(表 2). 田间监测结果显示,2009—2010 年,石家
庄、徐州、许昌和镇江试验点土壤温度分别相应提高
1郾 1、0郾 5、0郾 5 和 0郾 6 益 . 夜间增温处理分别在不同
程度上降低了各试验点的耕层土壤(0 ~ 20 cm)水
分含量(表2) . 2009—2010年,与对照相比,4个试
表 2摇 夜间增温对土壤温度、水分和 pH的影响
Table 2摇 Effects of nighttime warming on soil temperature (0-5 cm), water content (0-20 cm) and pH
地点
Site
处理
Treat鄄
ment
温度 Temperature (益)
拔节期
Jointing
stage
抽穗期
Heading
stage
成熟期
Mature
stage
水分含量 Water content (% )
拔节期
Jointing
stage
抽穗期
Heading
stage
成熟期
Mature
stage
pH
拔节期
Jointing
stage
抽穗期
Heading
stage
成熟期
Mature
stage
石家庄 CK 9郾 5 17郾 5 23郾 5 12郾 1依0郾 2a 6郾 3依0郾 1a 9郾 7依1郾 3a 7郾 65依0郾 01a 7郾 57依0郾 01a 7郾 81依0郾 02a
Shijiazhuang W 11郾 4 18郾 3 24郾 1 10郾 8依0郾 3b 6郾 3依0郾 2a 8郾 5依0郾 4a 7郾 61依0郾 02b 7郾 55依0郾 02a 7郾 79依0郾 02a
徐州 CK 5郾 0 10郾 1 18郾 2 16郾 7依0郾 1a 13郾 8依0郾 5a 15郾 8依0郾 1a 8郾 02依0郾 01a 7郾 90依0郾 01a 8郾 08依0郾 01b
Xuzhou W 5郾 5 10郾 7 18郾 6 16郾 5依0郾 1a 13郾 2依0郾 2a 15郾 9依0郾 1a 7郾 96依0郾 03a 7郾 85依0郾 01b 8郾 10依0郾 01a
许昌 CK 9郾 9 15郾 2 17郾 9 12郾 8依0郾 1a 13郾 0依0郾 1a 12郾 1依0郾 3a 8郾 27依0郾 01a 8郾 15依0郾 02a 8郾 29依0郾 02a
Xuchang W 10郾 1 15郾 8 18郾 5 11郾 7依0郾 1b 11郾 7依0郾 4b 12郾 9依0郾 7a 8郾 22依0郾 01b 8郾 06依0郾 01b 8郾 25依0郾 01a
镇江 CK 10郾 5 13郾 6 21郾 9 15郾 1依0郾 2a 16郾 9依0郾 2a 15郾 2依0郾 3a 6郾 62依0郾 01a 6郾 40依0郾 01a 6郾 74依0郾 01a
Zhenjiang W 11郾 2 14郾 3 22郾 4 15郾 1依0郾 6a 16郾 5依0郾 7a 14郾 7依0郾 5a 6郾 58依0郾 02b 6郾 35依0郾 02b 6郾 65依0郾 02b
平均 CK 8郾 7 14郾 1 20郾 4 14郾 2依1郾 1a 12郾 5依2郾 2a 13郾 2依1郾 4a 7郾 64依0郾 36a 7郾 51依0郾 39a 7郾 73依0郾 34a
Average W 9郾 6 14郾 8 20郾 9 13郾 5依1郾 4a 11郾 9依2郾 1a 13郾 0依1郾 6a 7郾 59依0郾 36a 7郾 45依0郾 38a 7郾 70依0郾 36a
CK: 对照 Control; W: 夜间增温 Nighttime warming郾 由于设备成本较高,每个处理的土壤温度只监测一个小区,所以没有进行统计分析;其他指
标数据为 3 次重复的平均值依标准误 Soil temperature was monitored in one plot of each treatment due to the high cost of the equipment, thus, no sta鄄
tistic analysis was conducted郾 Data of other indicators were shown as means依SE of three replicates郾 同列不同字母表示同一地点处理间差异达显著水
平(P<0郾 05) Different letters in the same column meant significant difference among treatments in the same site at 0郾 05 level郾 下同 The same below郾
7442 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张明乾等: 夜间增温对冬小麦根系生长和土壤养分有效性的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 夜间增温对土壤速效养分的影响
Table 3摇 Effects of nighttime warming on soil available nutrients (mean依SE)
地点
Site
处理
Treat鄄
ment
碱解氮
Alkaline nitrogen (mg·kg-1)
拔节期
Jointing
stage
抽穗期
Heading
stage
成熟期
Mature
stage
速效磷
Available phosphorus (mg·kg-1)
拔节期
Jointing
stage
抽穗期
Heading
stage
成熟期
Mature
stage
速效钾
Available potassium (mg·kg-1)
拔节期
Jointing
stage
抽穗期
Heading
stage
成熟期
Mature
stage
石家庄 CK 128郾 0依3郾 2a 110郾 4依2郾 9a 107郾 2依6郾 2a 49郾 0依4郾 0a 46郾 8依2郾 5a 42郾 4依0郾 5a 131郾 0依2郾 8a 103郾 5依2郾 5a 100郾 9依1郾 4a
Shijiazhang W 120郾 3依2郾 5a 101郾 3依1郾 3b 96郾 4依1郾 8a 39郾 3依0郾 8b 40郾 4依1郾 0b 36郾 6依0郾 5b 112郾 9依3郾 2b 88郾 9依2郾 0b 94郾 2依1郾 3b
徐州 CK 85郾 2依2郾 6a 64郾 8依1郾 8a 62郾 3依1郾 8a 58郾 2依2郾 3a 52郾 5依1郾 8a 36郾 6依0郾 9a 93郾 0依1郾 4a 74郾 0依2郾 2a 67郾 4依2郾 3a
Xuzhou W 77郾 9依1郾 9b 62郾 0依2郾 4a 55郾 2依4郾 9a 53郾 4依1郾 0b 46郾 2依2郾 8b 30郾 7依0郾 5b 84郾 8依1郾 4b 68郾 0依0郾 7b 63郾 4依2郾 3a
许昌 CK 85郾 4依3郾 9a 76郾 8依2郾 2a 72郾 8依1郾 2a 21郾 4依0郾 7a 22郾 3依1郾 2a 20郾 4依2郾 0a 161郾 7依4郾 8a 125郾 2依3郾 0a 136郾 9依3郾 6a
Xuchang W 77郾 6依2郾 1a 68郾 5依3郾 7a 71郾 7依0郾 5a 15郾 3依0郾 8b 18郾 2依0郾 7b 17郾 9依0郾 2a 150郾 4依1郾 9b 113郾 8依1郾 6b 127郾 7依2郾 3a
镇江 CK 127郾 2依3郾 1a 99郾 5依2郾 2b 94郾 3依2郾 0a 20郾 4依3郾 2a 24郾 9依0郾 9a 16郾 4依0郾 2a 116郾 9依2郾 7a 98郾 8依1郾 6a 83郾 4依0郾 1a
Zhenjiang W 105郾 5依2郾 8b 104郾 7依1郾 6a 88郾 5依3郾 2b 15郾 3依0郾 5a 18郾 5依0郾 2b 12郾 0依0郾 3b 94郾 1依1郾 4b 89郾 5依0郾 9b 82郾 1依1郾 4a
平均 CK 106郾 5依12郾 2a 87郾 9依10郾 4a 84郾 1依10郾 1a 37郾 3依9郾 6a 36郾 6依7郾 6a 29郾 0依6郾 3a 125郾 6依14郾 6a 100郾 4依10郾 5a 97郾 1依14郾 9a
Average W 95郾 3依10郾 6a 84郾 1依11郾 0a 78郾 0依9郾 2a 30郾 8依9郾 4a 30郾 9依7郾 3a 24郾 3依5郾 7a 110郾 5依14郾 5a 90郾 1依9郾 4a 91郾 8依13郾 5a
验点增温处理土壤水分平均降低 7郾 7% 、1郾 5% 、
3郾 2%和 2郾 0% .但统计分析表明,多数情况下增温
处理与对照的土壤湿度差异不显著. 较高纬度地区
的土壤温度增幅和水分降幅均较大,整个区域的土
壤温度增幅和土壤含水量降幅均随冬小麦生育期的
推进而逐渐缩小.
摇 摇 除徐州地区成熟期外,夜间增温处理在不同程
度上降低了各试验点冬小麦关键生育期的土壤 pH
值.夜间增温处理分别使石家庄、徐州、许昌和镇江
试验点小麦各生育期土壤 pH 值平均降低 0郾 4% 、
0郾 4% 、0郾 7% 和 0郾 9% ,其降幅随纬度的升高而降
低.统计分析表明,在大多数取样时期,增温区与对
照区土壤 pH值差异显著(P<0郾 05).整个区域土壤
pH值的降幅也随冬小麦生育期的推进而逐渐缩小
(表 2).
2郾 2摇 夜间增温对土壤速效养分的影响
夜间增温处理降低了各试验点冬小麦关键生育
期土壤速效养分含量(表 3). 除镇江抽穗期的土壤
碱解氮含量增加外,增温处理使石家庄、徐州、许昌
和镇江试验点小麦各生育期的土壤碱解氮含量分别
平均降低 8郾 1% 、8郾 1% 、7郾 1%和 6郾 0% ,速效磷含量
平均降低 15郾 7% 、12郾 1% 、19郾 6%和 25郾 8% ,速效钾
含量平均降低 11郾 5% 、7郾 6% 、7郾 6%和 10郾 1% .降幅
最大的是速效磷,其次是速效钾,碱解氮的降幅最
小.夜间增温处理下土壤碱解氮的降幅随纬度的升
高而增加,而土壤速效磷的降幅则随纬度的升高而
降低,土壤速效钾随纬度的变化差异不明显.土壤速
效养分含量总体上随生育期延长而逐渐降低. 统计
分析表明,只有少部分地区的个别取样时期增温处
理与对照土壤碱解氮含量差异显著,而速效磷和速
效钾含量在绝大多数地区的大部分取样时期均差异
显著.整个区域土壤速效养分的降幅有随冬小麦生
育期的推进而逐渐缩小的趋势.
2郾 3摇 夜间增温对抽穗期冬小麦根系的影响
夜间增温处理在降低土壤 pH 值和速效养分的
同时,分别增加了各试验点冬小麦抽穗期根系干质
量和根冠比(仅许昌试验点的根系干质量和徐州试
验点的根冠比在增温处理下略有减小,分别平均降
低 4郾 7%和 4郾 9% ).增温处理分别使石家庄、徐州和
镇江试验点的根系干质量平均增加 31郾 5% 、27郾 0%
和 14郾 5% ;使石家庄、许昌和镇江试验点的根冠比
平均增加 23郾 8% 、13郾 7%和 9郾 7% .增温处理对较高
纬度地区冬小麦根系的影响较大(表 4).
表 4摇 夜间增温对抽穗期冬小麦根系的影响
Table 4 摇 Effects of nighttime warming on roots of winter
wheat at heading stage (mean依SE)
地点
Site
处理
Treatment
根系干质量
Dry mass of
root (g·m-2)
根冠比
Root / shoot
ratio
石家庄 CK 32郾 3依3郾 1a 0郾 042依0郾 002b
Shijiazhang W 42郾 4依4郾 7a 0郾 052依0郾 001a
徐州 CK 42郾 0依3郾 4a 0郾 041依0郾 005a
Xuzhou W 53郾 3依2郾 9a 0郾 039依0郾 003a
许昌 CK 80郾 0依9郾 6a 0郾 051依0郾 001a
Xuchang W 76郾 3依4郾 3a 0郾 058依0郾 003a
镇江 CK 68郾 9依2郾 4a 0郾 072依0郾 005a
Zhenjiang W 78郾 9依5郾 9a 0郾 079依0郾 003a
平均 CK 55郾 3依11郾 2a 0郾 049依0郾 007a
Average W 65郾 1依7郾 9a 0郾 058依0郾 009a
3摇 讨摇 摇 论
土壤速效养分含量对作物的生长发育和产量形
844 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
成具有重要作用.本研究显示,夜间增温在一定程度
上降低了各试验点土壤 pH 值和速效养分含量,增
加了冬小麦根系干质量和根冠比. 可能是因为温度
升高促进了冬小麦地上部和根系的生长发育及干物
质积累,从而促进了冬小麦对土壤速效养分的吸收.
土壤水分状况的变化也可能会引起土壤中速效
养分含量的变化.本研究中,增温处理虽然在一定程
度上降低了土壤含水量,但与对照相比并没有显著
差异,并且对土壤含水量的降低程度也较其他增温
试验小[20-21] .刘文菊等[22]研究发现,水分在较小范
围内变化对土壤中氮、磷养分的影响并不明显. 因
此,尽管本试验中,夜间增温在一定程度上降低了土
壤水分,但在灌溉条件下土壤水分下降可能不是导
致土壤速效养分含量下降的主要原因.
农田生态系统各生育期土壤 pH 值除受降雨和
施肥等影响外,主要受作物根系分泌物和土壤生物
的影响[23-24] .有研究表明,由于气候变暖促进了作
物的生长发育和干物质积累[25],在作物生长旺盛
期,土壤 pH值有所下降[26] . 同时,增温提高了土壤
温度,促进了土壤速效养分的转化和作物对养分的
吸收利用[26],有研究认为,气温升高增加了作物的
蒸腾作用,促进了土壤养分向根系迁移,从而改变了
土壤养分状况[25] . 在农田生态系统中,土壤 pH 值
与作物的根系分泌物和微生物活性及群落结构显著
相关[24],土壤 pH值下降有利于活化或转化土壤中
的难溶性养分,促进作物对有效养分的吸收和利用
效率[23],因而降低了土壤速效养分含量.
研究表明,温度升高会缩短作物生育期,促进作
物生长发育和增加地上部生物量积累,加快作物对
地下养分的吸收[25] .本课题组的田间主动式增温试
验表明,夜间温度升高显著加快了冬小麦地上部的
生长发育,延长了灌浆至成熟期的时间[27];植株有
效分蘖增加,营养生长期的绝对生长速率显著提高,
株高显著增加,每穗颖花数和每穗实粒数有增加趋
势[28];提高了淀粉合成关键酶的活性,使籽粒千粒
重显著提高[29],促进了冬小麦的干物质积累和产量
形成[27-30] .作物的生长发育与土壤中的养分含量显
著相关,干物质和产量的增加会促进作物对土壤养
分的吸收[31] .另外,温度升高也会促进植株根系生
长[32],如支金虎和马永清[33]用水培法研究表明,温
度升高可提高小麦的根系活力和根系分泌物释放,
促进根系生长,与本研究结果一致. 因此,夜间增温
可能加快了植株地上部和根系生长,从而促进了植
株对土壤速效养分的吸收,降低了土壤养分含量.
全球变暖呈现明显的区域差异. 许多研究表
明[6,17],气候变暖将对高纬度地区生态系统产生更
大影响.本研究中夜间增温处理对土壤含水量、pH
值、碱解氮、速效磷、冬小麦根系干质量和根冠比的
影响均表现出一定的纬度差异. 增温处理下,土壤
pH值和速效磷含量的降幅随纬度的升高而降低,即
增温处理对较低纬度地区土壤 pH 值和速效磷的影
响较大;与此相反,土壤碱解氮的降幅、冬小麦根系
干质量和根冠比的增幅在较高纬度地区变化更大.
气候变暖会影响土壤养分的矿化,其影响程度不仅
与温度有关,而且还取决于不同地区土壤有机质的
数量与质量、土壤水分、升温持续时间等[12-13] .不同
指标对夜间增温的区域性响应机制还有待深入
研究.
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作者简介摇 张明乾,男,1986 年生,硕士研究生.主要从事农
田生态研究. E鄄mail: njauzhangmingqian@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
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