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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 8 期摇 摇 2011 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
塔里木河下游胡杨径向生长与地下水的关系 安红燕,徐海量,叶摇 茂,等 (2053)………………………………
冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响———以封丘县为例 檀满枝,密术晓,李开丽,等 (2060)……
臭氧胁迫对大豆叶片抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环的影响 王俊力,王摇 岩,赵天宏,等 (2068)……………………
重要理化因子对小球藻生长和油脂产量的影响 张桂艳,温小斌,梁摇 芳,等 (2076)……………………………
北亚热带马尾松净生产力对气候变化的响应 程瑞梅,封晓辉,肖文发,等 (2086)………………………………
亚热带沟叶结缕草草坪土壤呼吸 李熙波,杨玉盛,曾宏达,等 (2096)……………………………………………
UV鄄B辐射对马尾松凋落叶分解和养分释放的影响 宋新章,张慧玲,江摇 洪,等 (2106)………………………
干旱胁迫下内生真菌感染对羽茅的生理生态影响 韩摇 荣,李摇 夏,任安芝,等 (2115)…………………………
蜜环菌对锌的耐性和富集特性 朱摇 林,程显好,李维焕,等 (2124)………………………………………………
干旱荒漠区狭叶锦鸡儿灌丛扩展对策 张建华,马成仓,刘志宏,等 (2132)………………………………………
黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响 王春阳,周建斌,夏志敏,等 (2139)…………
内蒙古典型草原克氏针茅与冰草的生存策略 孙摇 建,刘摇 苗,李胜功, 等 (2148)……………………………
荒漠沙柳根围 AM真菌的空间分布 贺学礼,杨摇 静,赵丽莉 (2159)……………………………………………
开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 董文军,邓艾兴,张摇 彬,等 (2169)……………………………
醉马草免培养内生细菌的多样性 张雪兵,史应武,曾摇 军,等 (2178)……………………………………………
河南生态足迹驱动因素的 Hi_PLS分析及其发展对策 贾俊松 (2188)…………………………………………
禹城市耕地土壤盐分与有机质的指示克里格分析 杨奇勇,杨劲松,余世鹏 (2196)……………………………
旋覆花提取物对朱砂叶螨的生物活性及酶活性的影响 段丹丹,王有年,成摇 军,等 (2203)……………………
白洋淀湖滨湿地岸边带氨氧化古菌与氨氧化细菌的分布特性 叶摇 磊,祝贵兵,王摇 雨,等 (2209)……………
干旱胁迫条件下 6 种喀斯特主要造林树种苗木叶片水势及吸水潜能变化
王摇 丁,姚摇 健,杨摇 雪,等 (2216)
………………………………………
……………………………………………………………………………
桉树人工林物种多样性变化特征 刘摇 平,秦摇 晶,刘建昌,等 (2227)……………………………………………
海河流域湿地生态系统服务功能价值评价 江摇 波,欧阳志云,苗摇 鸿,等 (2236)………………………………
芦苇在微咸水河口湿地甲烷排放中的作用 马安娜,陆健健 (2245)………………………………………………
云南不同土壤铅背景值下大叶茶种群对铅的吸收积累特征及其遗传分化
刘声传,段昌群,李振华,等 (2253)
………………………………………
……………………………………………………………………………
长江口和杭州湾凤鲚胃含物与海洋浮游动物的种类组成比较 刘守海,徐兆礼 (2263)…………………………
江西大岗山地区 7—9 月降水量的重建与分析 乔摇 磊,王摇 兵,郭摇 浩,等 (2272)……………………………
山核桃免耕经营的经济效益和生态效益 王正加,黄兴召,唐小华,等 (2281)……………………………………
基于 GIS的广州市中心城区城市森林可达性分析 朱耀军,王摇 成,贾宝全,等 (2290)…………………………
专论与综述
土壤呼吸温度敏感性的影响因素和不确定性 杨庆朋,徐摇 明,刘洪升,等 (2301)………………………………
植物代谢速率与个体生物量关系研究进展 程栋梁,钟全林,林茂兹,等 (2312)…………………………………
耕地生态补偿实践与研究进展 马爱慧,蔡银莺,张安录 (2321)…………………………………………………
问题讨论
元谋干热河谷三种植被恢复模式土壤贮水及入渗特性 刘摇 洁,李贤伟,纪中华,等 (2331)……………………
研究简报
中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响 胡摇 坤,喻摇 华,冯文强,等 (2341)………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*296*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄04
封面图说: 巴西热带雨林———美丽的巴西北部玛瑙斯热带雨林景观。 位于南美洲的亚马逊河是世界上流域最广、流量最大的
河流,孕育了世界面积最大的热带雨林,雨林中蕴藏着极丰富的生物资源。
彩图提供: 中国科学院生态环境研究中心徐卫华博士摇 E鄄mail:xuweihua@ rcees. ac. cn
生 态 学 报 2011,31(8):2169—2177
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:国家自然科学基金资助项目(30771278);江苏省自然科学基金重点资助项目(BK2004002);教育部新世纪优秀人才资助计划(NCET鄄
050492);中国农业科学院院所长基金
收稿日期:2010鄄04鄄09; 摇 摇 修订日期:2010鄄08鄄09
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhangweij@ caas. net. cn
开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究
董文军1,邓艾兴2,张摇 彬1,田云录1,陈摇 金1,杨摇 飞1,张卫建1, 2,*
(1.南京农业大学应用生态研究所,江苏 南京摇 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与栽培重点开放实验室,北京摇 100081)
摘要:全球变暖趋势日益明朗,且存在明显的季节性差异和昼夜不对称性。 水稻是我国最重要的粮食作物,研究水稻生产力对
昼夜不同增温的响应与适应对我国未来粮食安全战略决策至关重要。 在江苏南京设计我国首个稻田开放式增温(FATI:Free
Air Temperature Increased) 系统,在 2007—2008 年对水稻进行昼夜不同增温(全天增温、白天增温和夜间增温)的试验研究。 结
果表明,该增温系统可以形成 4 m2均匀且稳定的增温范围,全天、白天和夜间增温处理平均分别可以使水稻全生育期冠层日均
温升高 2. 0益、0. 6益和 0. 9益。 白天增温使水稻全生育期冠层白天温度平均升高 1. 1益,夜间增温使夜间温度平均升高 1. 8益,
与未来的升温幅度相似。 全天、白天和夜间增温处理下,水稻冠层温度日较差变化分别为 0. 1益、0. 6益和-0. 9益。 同时,在该
系统的 3 种增温情景下,水稻分蘖期、孕穗期和灌浆期的田间冠层温度日变化趋势基本与常规对照区一致,全生育期的日平均
温度变化趋势也基本一致。 两年的增温试验表明,不同增温情景均对水稻的生育进程、成熟期地上生物量和产量产生了明显的
影响。 其中全天、白天和夜间增温分别使水稻从移栽到始穗平均的日期缩短 3. 5、2 d和 2. 5 d,但对始穗至成熟期的影响不明
显;全天、白天和夜间增温分别使水稻地上生物量降低 7. 7% 、6. 6%和 2. 8% ,但差异均不显著;白天和夜间增温分别使水稻产
量下降 8. 9%和 4. 5% ,而全天增温下水稻产量略有上升,但均未达到显著水平。 从产量构成来看,增温下有效穗数和结实率呈
现递增趋势,每穗粒数和千粒重呈现下降趋势。 增温对水稻株高的影响不明显。 上述结果表明,该稻田开放式增温系统能满足
水稻系统生产力对未来气候变暖响应与适应的试验研究要求,气候变暖对水稻生产力影响的相关模型分析结果也尚需进一步
的田间实际增温试验验证,模型所需的相关参数也需要进一步完善。
关键词:气候变暖;非对称性增温;昼夜增温;FATI系统;远红外;水稻
An experimental study on the the effects of different diurnal warming regimes on
single cropping rice with Free Air Temperature Increased (FATI) facility
DONG Wenjun1, DENG Aixing2, ZHANG Bin1, TIAN Yunlu1, CHEN Jin1, YANG Fei1, ZHANG Weijian1,2,*
1 Institute of Applied Ecology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
2 Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology & Production, Ministry of Agriculture,
Beijing 100081, China
Abstract: Climate warming shows great seasonal differences and diurnal variations with higher warming rate at nighttime,
and will consequently cause significant impacts on crop production. Since most previous researches on the responses of crop
growing to climate warming, especially asymmetric warming, are mainly based on modeling and historic data analyses, there
are still great uncertainties remaining on the regional projections of crop production under future climate. Rice (Oryza sativa
L. ) is the most important stable food crop in China. Understanding of the realistic responses of rice growing to different
climate warming regimes will benefit the technique selection for the adaptation of rice production to future climate warming.
Therefore, we designed an experimental warming facility with three warming scenarios ( AW: all鄄day warming; DW:
daytime warming; NW: nighttime warming) using Free Air Temperature Increased (FATI) technique in 2007 and 2008 in
Nanjing city, Jiangsu province, China. The results showed that this warming facility formed 4 m2 of evenly and reliably
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warming area both at daytime and at nighttime. The daily mean temperatures in the crop canopy of the AW, DW and NW
plots were 2. 0益, 0. 6益 and 0. 9益 higher than those in the un鄄warmed plots, respectively. DW increased the daily mean
temperature during daytime of rice canopy by 1. 1益, and NW increased mean night temperature by 1. 8益, similar to the
projected warming levels. The changes of daily temperature range were 0. 1益, 0. 6益 and -0. 9益 in the AW, DW and
NW, respectively. The diurnal trends of temperature change in the crop canopy in different stages and the diurnal mean
temperatures during the whole growing duration under warming plots were all similar to those under control. Meanwhile,
field warming with this FATI facility caused significant impacts on rice growth durations. The durations from transplanting
date to the initial heading date were respectively shorten by 3. 5 days, 2 days and 2. 5 days on average in the AW, DW and
NW plots during the two years, while the durations from the initial heading date to the harvest kept unchanged compared to
the un鄄warmed control. The aboveground biomass at the harvesting period were respectively declined by 7. 7% 、6. 6% and
2. 8% on average in the AW, DW and NW plots during the two years, though there was no significant difference existed
between the treatments. Meanwhile, DW and NW decreased grain yield by 8. 9% and 4. 5% , respectively, while AW
slightly increased grain yield on average during 2007 2008. There was increasing trends of effective panicles numbers and
seed setting rate, and decreasing trends of grains numbers per spike and 1000鄄grain weight under the warmed plots. There
was no obvious impact of warming on rice height. These results suggest that our field warming system under FATI facility is
suitable to study the actual responses and adaptations of rice growing duration and productivity to climate warming at system鄄
level in situ. The significant differences in warming effects on rice growing duration and yield between the three warming
scenarios suggest that the outputs from crop modeling for the assessment of climate warming influences on rice production
needs be tested under field experiments and the parameters for crop modeling also need be further improved based on field
warming.
Key Words: climate warming; asymmetric warming; diurnal warming scenario; free air temperature increased system; far
infrared wave; rice
气温升高是气候变化的主要特征之一[1]。 IPCC 第 4 次报告显示,在过去的 100 a 地表气温已经升高了
0. 56—0. 92益 [2]。 模型预测结果显示,与 1980—1999 年相比,21 世纪末全球平均地表温度仍将升高 1. 1—
6郾 4益 [2鄄3]。 而且全球变暖存在明显的昼夜不同步性,夜间增温幅度大于白天[4鄄5]。 气候模式预测到 2050 年
我国平均气温可能升高 1. 2—2. 0益,到 21 世纪末可能升高 2. 2—4. 2益 [3]。 水稻是我国第一大粮食作物[6],
约占粮食总产量的 40% ,探讨水稻产量和品质形成对昼夜不同增温的响应与适应对我国粮食安全决策至关
重要[7鄄8]。
目前关于水稻生产力对气候变暖的响应研究,主要集中在模型预测与历史数据分析方面[9]。 Peng 等[10]
通过对多年气象数据和水稻产量变化的相关分析发现,日最低温每升高 1益水稻将减产 10% ;也有模型分析
认为,最低温每升高 1益,水稻将减产 13. 7% [11];采用不同的模型预测日平均温度升高 1益,水稻将分别减产
7. 2%和 6. 7% [12]。 最近又有模型分析指出,温度升高使我国大部分作物呈增产趋势[13]。 可见,模型预测分
析存在较大的不确定性[14],而且预测结果与实际生产中作物单产持续增加的趋势不一致。 为了降低模型预
测的不确定性,真实反映气候变暖对作物系统的实际影响,国际上田间增温试验研究正日益受到重视[15]。
近几年来,关于作物系统对气候变暖的实际响应研究方面,在方法上已经从生长箱、开顶箱向田间开放式
增温(FATI: Free Air Temperature Increased)的方向发展[16鄄17]。 国际上在田间开放式增温试验方面已经进行
了大量研究[15,18鄄20],在旱地生态系统方面积累了丰富的经验。 我国除了在北方温带草原系统上建立的草地系
统 FATI试验外[21],农田尤其是稻田系统的 FATI试验还未见报道。 江淮稻区是我国水稻主产区之一,作者于
2007—2008 年在江苏南京设计了我国首个稻田开放式增温系统,对中稻全生育期进行全天、白天和夜间增温
试验,拟为全面开展水稻生产应对气候变暖的试验研究提供方法参考,为未来水稻安全种植提供理论依据。
0712 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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1摇 材料与方法
1. 1摇 试验概况
将设计好的增温系统,架设在草坪草地上,对该系统的有效增温范围和增温效果进行实际监测,根据监测
结果进行系统完善。 同时,在稻田进行实际增温试验,监测昼夜不同增温对水稻冠层温度的影响,以及对水稻
生长发育和产量的增温效应。
试验于 2006 年 12 月份将初步设计好的增温系统安装在南京农业大学校园观赏草坪内,对系统进行完善
并监测该系统的有效增温范围和增温效果。 2007 年 6—10 月份和 2008 年 6—10 月份在江苏省农业科学院
(32毅02忆N,118毅52忆E,海拔 11 m)试验站,利用该系统进行稻田昼夜增温试验。 该区域属江淮单季稻作区,为
北亚热带季风气候。 年平均日照时数超过 1900 h,无霜期为 237 d,年降水量 1000—1100 mm。 2000—2008 年
该地年平均气温为 16. 7益,较上世纪 80 年代和 90 年代分别提高了 1. 5益和 0. 7益。 供试小区为棕壤土,土壤
全氮、全磷、全钾含量平均分别为 2. 52、0. 60 g / kg和 14. 00 g / kg,土壤有机质平均为 8. 24 g / kg。
1. 2摇 试验处理
试验设全天增温(AW: All鄄day warming)、白天增温(DW: Day warming)、夜间增温(NW: Night warming)
和常规对照(CK: Control)4 个处理,全天增温是指水稻从移栽到成熟全生育期内昼夜不间断增温,白天增温
是每日 7:00—19:00 进行增温,夜间增温是每日 19:00—翌日 7:00 进行增温,常规对照则是安装与增温处理
相同的装置,但不供电。 小区随机区组设计,重复 3 次,小区面积为 20 m2。
1. 3摇 试验材料
供试水稻品种 2007 年为武运粳 7 号,2008 年为南粳 44,均属早熟晚粳品种,前茬均为小麦。 两年水稻分
别均于 6 月 16 日双本移栽,株行距均为 16. 7cm伊20. 0 cm。 在移栽整田前施 1245. 00 kg / hm2复合肥(含总养
分 45% ,N 颐P2O5 颐K2O =1 颐1 颐1)作为基肥,在分蘖期和抽穗期分别施尿素(养分含量 46% )折合成纯氮 93. 75
kg / hm2。 田间日常管理与当地高产栽培技术规程相同。
图 1摇 稻田开放式增温(FATI)系统结构
摇 Fig. 1 摇 Facility structure of Free Air Temperature Increased
(FATI) in rice field
1. 4摇 增温系统设计
该系统由 4 部分组成(图 1),分别为远红外加热部
分、动力部分、控制部分和温度监测部分。 远红外加热
部分,由额定功率为 1500 W 的远红外加热黑体管(长
1. 8 m,直径 1. 8 cm)、铁制支架和白色不锈钢反射罩
(长 2 m,宽 0. 2 m)3 部分组成。 远红外加热黑体管悬
挂于距地面 1. 5 m处,铁制支架的下面由 3 根 30 cm长
的铁管,其中一端的 10 cm 弯曲并焊接在一起,形成一
个三角形。 在三角形的中心再焊接一根 2 m长的铁管,
将整个支架固定于土壤中。 动力部分为 380 V 的交流
电,由专业电工设计线路并架设。 控制部分由微电脑时
控开关准时、自动控制,根据需要分为:全天、白天
(7:00—19:00)和夜间(19:00—翌日 7:00)供电。 温度
监测部分(型号:ZDR鄄41,购于杭州泽大仪器有限公司)
由 4 个温度传感器(测量精度为依0. 1益)组成,每个传感器的线长 6 m,实时自动记录水稻冠层的温度数据。
为了降低试验区之间热量传递与扩散的影响,每个试验区之间的距离至少有 5 m。 该增温系统每套的设施成
本大约 3500 元,整个增温系统运行一季及维护约需 9 万元左右。
1. 5摇 数据采集与样品分析
温度数据均由温度记录仪自动记录,每间隔 20 min 自动记录 1 次,每 30 d 采集 1 次数据。 同时,观测水
稻的生育进程,在水稻成熟后,进行小区测产。
1712摇 8 期 摇 摇 摇 董文军摇 等:开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 摇
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所有数据用 Excel 2003 进行整理,并用 SPSS 11. 5 进行统计分析和方差检验。
2摇 结果与分析
2. 1摇 开放系统的有效增温范围及增温效果
图 2 为 2006 年 12 月份在南京农业大学校园观赏草坪内利用红外热成像仪(ThermaCAMTM p25, FLIR
SYSTEMS,Switzerland)分别在白天和夜间拍摄的地表增温热成像图。 在白天和夜间(图 2),该系统均可以显
著地增加加热小区的地表温度,且均能达到 2 m伊2 m 均匀有效的增温范围。 在这一范围内,与对应对照(点
sp7—9)的温度相比,白天点 sp1—3 和点 sp4—6 的温度增幅平均分别为 1. 0益和 1. 0益;夜间点 sp1—3 和点
sp4—6 的温度增幅平均分别为 1. 4益和 1. 3益。 同时,表 1 数据显示,距地面 45 cm、70 cm、0 cm和 100 cm的
增温幅度依次递增,且不同高度对应的夜间增温幅度均大于白天。 由此可见,该系统有明显的增温效果。 在
有效增温面积内,根据目前水稻种植的密度推算,可种植 120 穴水稻,可以满足田间地上部分的相关观察和监
测,以及土壤、水体和植株样品的采集。
图 2摇 开放式增温系统在(a)白天和(b)夜间的地面热成像图
Fig. 2摇 Thermal images of field warming at (a) daytime and (b) nighttime with Free Air Temperature Increased facility
表 1摇 开放式昼夜增温系统在草地空间上的增温效果
Table 1摇 Spatial warming effects of turf grass land for different diurnal warming regimes with Free Air Temperature Increased facility
处理 Treatment
距地面的垂直高度 The vertical height from the ground
0 cm 45 cm 70 cm 100 cm
全天增温 All鄄day Warming / 益 1. 2 0. 7 1. 1 2. 2
白天增温 Day Warming / 益 1. 0 0. 5 0. 9 1. 8
夜间增温 Night Warming / 益 1. 4 0. 8 1. 2 2. 6
摇 摇 表中某一温度数据为对应增温时段(白天,07:00—19:00,夜间,19:00—翌日 07:00,和全天,07:00—翌日 07:00)与常温对照温度均值的
差值
2. 2摇 不同增温情景下水稻冠层温度的变化特征及其增幅
图 3 呈现了该增温系统下,水稻分蘖期(冠层探头位置距地表 45 cm)、孕穗期(冠层探头位置距地表 65
cm)和灌浆期(冠层探头位置距地表 85 cm)代表性日期田间冠层温度的日变化以及全生育期冠层日平均温
度的变化动态。 该图显示,昼夜不同增温情景下冠层温度升高幅度差异明显,但在不同增温情景下水稻关键
生育期的冠层温度日变化与常规对照区温度的日变化基本一致,说明该增温系统不会改变田间温度的日变化
特征(图 3)。 全天、白天和夜间 3 种增温情景的温度增幅次序为:全天增温>夜间增温>白天增温。 在水稻的
整个生育期,与常规对照相比,全天、白天和夜间增温使冠层日平均温度分别提高 2. 0益、0. 6益和 0郾 9益,且增
温区冠层温度日变化趋势也与对照区的基本一致(图 3)。
由表 2 可知,在水稻生长的整个生育期内,3 种增温情景对水稻冠层的增温效果明显。 与常规对照相比,
全天增温下冠层的日平均温度、白天平均温度、夜间平均温度、日最高温度和日最低温度的温度增幅均最大,
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图 3摇 3 种增温情景下水稻冠层主要生育期温度的日变化及全生育期日平均温度的变化趋势
Fig. 3摇 Trends of diurnal temperature variation in the main growth stages and diurnal mean temperature during the whole growing
duration of rice canopy under FATI facility with three warming scenarios
CK:常规对照;AW:全天增温;DW:白天增温;NW:夜间增温
但日较差变化最小。 3 种增温方式不仅形成了差异显著的日平均温度、白天平均温度和夜间平均温度,而且
还形成了显著的日较差差异,能较好地模拟未来气候变暖的基本趋势。
表 2摇 昼夜不同增温情景下水稻冠层全生育期温度的平均增幅
Table 2摇 Average increments of rice canopy temperatures during whole growing duration under three warming scenarios
处理 Treatment AW DW NW
全日平均温度 Diurnal average temperature / 益 2. 0 0. 6 0. 9
昼间平均温度 Average temperature at daytime / 益 1. 7 1. 1 0. 1
夜间平均温度 Average temperature at nighttime / 益 2. 3 0. 2 1. 8
日最高温度 Average maximum temperature / 益 2. 1 0. 8 0. 5
日最低温度 Average minimum temperature / 益 2. 1 0. 2 1. 4
日较差 Average diurnal temperature range / 益 0. 1 0. 6 -0. 9
摇 摇 表中全日平均温度、日最高温度、日最低温度和日较差数据均为各增温处理(07:00—次日 07:00)温度与对应常规对照温度均值的差值,昼
间平均温度和夜间平均温度数据分别为各增温处理(07:00—19:00)和(19:00—次日 07:00)温度与对应常规对照温度均值的差值
2. 3摇 不同增温情景下水稻的生育进程及地上生物量
表 3 数据显示,不同增温情景对水稻生育进程、株高以及成熟期地上生物量的影响存在差异。 通过对
2007 年和 2008 年两年的数据分析发现,全天、白天和夜间增温分别使水稻从移栽到始穗的日期平均缩短了
3. 5、2 d和 2. 5 d,但对始穗至成熟期仅缩短了 0. 5、0. 5 d和 0 d,全生育期缩短了 4、2. 5 d和 2. 5 d。 说明增温
后对水稻始穗期的影响较大,而对始穗至成熟期影响较小。 同时,2007 年全天和夜间增温分别使水稻株高降
低 2. 6%和 4. 1% ,而白天增加 0. 1% ;2008 年全天、白天和夜间增温分别使水稻株高增加 2. 0% 、0. 8%和
3郾 4% 。 与常规对照相比,两年的差异均不显著(P>0. 05)。 增温趋向于降低水稻的地上生物量,2007 年全
天、白天和夜间增温分别使水稻地上生物量降低 7. 5% 、14. 0%和 3. 1% ,2008 年全天和夜间增温分别使水稻
地上部生物量降低 7. 9%和 2. 4% ,而白天增加 0. 9% 。 与常规对照相比,两年的差异均不显著(P>0. 05)。
3712摇 8 期 摇 摇 摇 董文军摇 等:开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 摇
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表 3摇 昼夜不同增温对水稻生育进程及地上生物量的影响
Table 3摇 Effects of three warming scenarios on rice growth stage and aboveground biomass under FATI facility
年份
Year
品种
Variety
处理
Treatment
移栽日期
Date of transplanting
/ (Month / Day)
日期(移栽后天数)
Date(Days after transplanting)
始穗 Heading 成熟 Harvesting
株高
Plant height / cm
地上生物量
Aboveground
biomass / ( t / hm2)
2007 武运粳 7 号 CK 06鄄16 08鄄29(73) 10 / 21(127) 120. 50依1. 32a 23. 90依2. 60a
AW 08鄄25(69) 10鄄18(124) 117. 33依5. 05a 22. 11依0. 90a
DW 08鄄27(71) 10鄄19(125) 120. 67依2. 91a 20. 55依0. 13a
NW 08鄄26(70) 10鄄19(125) 115. 50依1. 15a 23. 16依2. 64a
2008 南粳 44 CK 06鄄16 08鄄30(74) 10 / 14(120) 81. 38依0. 47a 18. 29依0. 14a
AW 08鄄27(71) 10鄄09(115) 83. 07依1. 95a 16. 85依0. 28a
DW 08鄄28(72) 10鄄11(117) 82. 07依0. 21a 18. 46依0. 83a
NW 08鄄28(72) 10鄄11(117) 84. 24依1. 04a 17. 86依0. 50a
摇 摇 同列数据中不同小写字母表示 5%的显著差异
2. 4摇 不同增温情景下水稻产量及其构成
由表 4 可以看出,2007 年白天和夜间增温分别使水稻产量下降 7. 5%和 5. 4% ,而全天增温下水稻增产
0. 6% ;2008 年白天和夜间增温分别使水稻产量下降 10. 3%和 3. 6% ,而全天增温下水稻增产 0. 7% 。 与常规
对照相比,两年的产量差异均未达到显著水平(P>0. 05)。 从产量构成来看,增温下有效穗数和结实率呈现递
增趋势,每穗粒数和千粒重呈现下降趋势。 两年的增温效果基本一致,但与常规对照相比,差异均不显著(P>
0. 05)。
表 4摇 昼夜不同增温对水稻产量及其构成的影响
Table 4摇 Effects of three warming scenarios on rice grain yield and its components under FATI facility
年份
Year
品种
Variety
处理
Treatment
有效穗数
Effective panicles
/ (104plants / hm2)
每穗粒数
Grains per spike
结实率
Seed setting rate
/ %
千粒重
1000 grain weight
/ g
实际产量
Actual yield
/ (kg / hm2)
2007 武运粳 7 号 CK 225. 0依15. 00a 160. 9依6. 80a 86. 3依1. 13a 27. 7依0. 35a 6887. 0依133. 68a
AW 235. 0依5. 00a 151. 9依2. 74a 85. 6依5. 65a 26. 6依0. 77a 6928. 4依185. 21a
DW 238. 0依2. 00a 153. 8依9. 36a 88. 8依0. 99a 27. 6依0. 22a 6370. 7依234. 68a
NW 235. 0依5. 00a 152. 7依9. 09a 87. 2依2. 99a 27. 3依0. 42a 6515. 0依135. 85a
2008 南粳 44 CK 220. 0依5. 30a 147. 3依1. 50a 79. 6依0. 27a 27. 2依0. 39a 6906. 5依167. 66a
AW 225. 0依9. 00a 144. 6依2. 38a 83. 9依1. 60a 27. 0依0. 04a 6957. 0依559. 69a
DW 232. 0依4. 00a 143. 0依13. 86a 80. 8依0. 89a 27. 2依0. 19a 6194. 4依339. 46a
NW 225. 0依15. 00a 144. 8依3. 44a 81. 6依1. 92a 27. 2依0. 34a 6658. 0依111. 58a
摇 摇 同列数据中不同小写字母表示 5%的显著差异
3摇 讨论
3. 1摇 FATI系统的增温效果
由于增温系统的设计和试验所处生态系统的差异,不同的开放式增温系统存在不同的增温效果。 Nijs
等[15]对多年生黑麦草的增温研究表明,有效增温面积为 0. 2 m2,Bridgham等[22]和 Noormets等[23]在沼泽生态
系统上发现,有效增温面积为 2. 1 m2。 在草地系统的增温试验发现,能达到 3. 1 m2[24]。 本研究设计的 FATI
系统,在全天、白天和夜间 3 种不同增温情景下,可以形成 4 m2均匀稳定的增温面积,与 Wan 等[19]在北美高
草草原的研究结果一致。 根据目前水稻的种植密度,4 m2的有效增温范围可以种植 120 穴水稻,可以满足植
株、土壤和水体样品的采集和相关监测需要,表明该系统基本能满足田间增温试验的原位监测要求。 同时,当
风速>4 m / s时会影响系统的增温效果[25]。
不同开放式增温试验的增温幅度也有所不同。 Harte 等[18]监测发现,增温后未改变高山草甸的冠层温
度。 Wan等[19]在北美草原生态系统中报道的 1. 1益增温。 本试验设计的系统使水稻全生育期冠层温度提高
4712 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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0. 6—2. 0益,增温效果显著,且幅度在我国未来几十年内的增温预测范围内。 同时,监测发现昼夜不同增温情
景下水稻分蘖期、孕穗期和灌浆期田间冠层温度的日变化与常规对照区基本一致,但 3 个生育时期田间冠层
的增温幅度有所不同,分蘖期、孕穗期和灌浆期平均分别增加 0. 3—1. 0益、0. 3—1. 6益和 0. 8—3. 3益。 另外,
本试验设计的增温系统虽然能显著提高水稻冠层的温度,但由于田面灌水的比热大而对水温或地表温度的增
加影响不大,同时,该系统增温的方式为远红外辐射,为非破坏性增温[21],虽然改变农田小环境的光谱特征,
但几乎不影响植株进行光合。 这些数据表明该系统不仅可以获得较适宜的增温效果,而且不会改变田间温度
的日变化规律。
3. 2摇 昼夜不同增温对水稻生育进程和产量的影响
正常情况下,增温将促进作物生长发育,使生育期缩短[26]。 有模型研究表明,气候变暖 2益,水稻生育期
将缩短 14—15 d[27]。 另有模型预测,到 2100 年我国南方早稻生育期将平均缩短 4. 9 d,晚稻生育期将平均缩
短 4. 4 d[28]。 葛道阔等[29]的模型分析也认为,华中和华南稻区的单季稻或双季稻,生育期天数均因增温幅度
加大而逐渐减短。 但这些模型分析均未比较昼夜不同增温情景下,水稻生育期的变化趋势。 而且,模型预测
也没有具体明确影响的生育时期,而不同生育时期对水稻产量贡献差异显著。 本研究发现,昼夜不同增温处
理使水稻冠层气温升高 1益左右,显著影响了水稻的生育期。 2007 年全天、白天和夜间增温处理分别使水稻
从移栽到始穗期缩短 4 d、2 d和 3 d,2008 年缩短了 3 d、2 d和 2 d,但对始穗至成熟的天数影响不明显。 在气
候变暖的实际情景中,温度升高是非线性的且昼夜差异显著。 因此,对水稻生育期进行模型预测分析时,要注
意昼夜增温的差异,预测结果需要田间试验的验证。
同时,两年田间增温试验结果发现,昼夜不同增温对水稻株高、地上生物量积累、产量及其构成的影响不
同,且两年的试验结果基本相似。 总体而言,在增温 1益左右的情况下,白天和夜间增温呈现减产趋势,两年
平均分别减产 8. 9%和 4. 5% ,而全天增温增产 0. 7% 。 但与常规对照相比,产量差异均未达到显著水平。 张
宇等[30]利用 ORYZAI水稻模型与大气环流模式相嵌套分析显示,气候变暖使我国早稻、中稻和晚稻产量分别
下降 3. 7% 、10. 5% 和 10. 4% ;也有模型预测到 2100 年我国南方早稻平均减产 3. 6% ,晚稻平均减产
2郾 8% [28];气候变暖下长江中下游平原水稻产量呈减产趋势[31]。 较小幅度的夜间增温对水稻影响的生理机
制,以及夜间增温与白天增温对水稻影响的差异还不是很清楚[10]。 Mohammed 等[32鄄33]研究表明夜间增温对
水稻叶片的光合速率没有影响,但显著降低叶片的含氮量、花粉萌发、结实率和膜的热稳定性,提高呼吸速率,
而导致产量下降。 魏金连等[34]研究发现增温提前了水稻始穗期,缩短功能叶叶绿素缓降期,加速叶片衰老。
虽然本试验的两年研究结果与模型预测的减产趋势基本一致,但减产幅度存在显著的昼夜差异,这是模型预
测分析中未能体现的。 这进一步表明,模型预测分析不仅要考虑地区的环境背景温度差异,更要重视昼夜不
同增温对作物产量形成的实际差异,以降低预测的不确定性。
此外,从本试验的研究结果还可以看出,水稻产量对昼夜不同增温的响应存在差异,未来气候变暖将增加
该地区的热量,提高有效积温,延长适宜水稻生长的时间,同时加快水稻生长发育,这有利于双季稻种植的推
广。 本研究结果显示,增温导致减产的关键因子是穗粒数的下降,这可能与水稻穗分化和开花受精时的高温
相关。 白天增温与夜间增温提高了这两个时期的冠层温度,可能加重了高温热害。 江淮是我国的中稻主产
区,高温导致的花而不实现象比较普遍。 而且,增温后将使开花期提前,从而遭遇高温的可能性提高。 因此,
在未来气候变暖及极端性天气增加的趋势下,江淮中稻的安全种植显得非常重要。 从现在的试验结果和以前
的研究结论来看,不同水稻品种的耐热能力差异显著[35鄄36],同时,诸如施肥和田间灌水措施等对调节水稻冠
层温度也有明显作用[37鄄38]。 所以,选育耐高温水稻新品种和完善水稻栽培技术,是江淮地区农田生态系统应
对未来气候变化的重要措施。 总之,本试验设计的增温系统和对单季稻的研究结果对开展气候变暖下水稻的
响应与适应的研究和未来江淮地区的水稻生产具有重要的参考价值。
4摇 结论
综上所述,该开放式增温系统在稻田中能形成 4 m2的有效增温面积,达到 1益左右的增温幅度。 该系统
5712摇 8 期 摇 摇 摇 董文军摇 等:开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 摇
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增温后的田间温度日变化趋势与常规对照区的基本一致,全生育期内日平均温度的变化动态与常规对照区也
基本一致。 此外,增温后对水稻的生育进程和产量也产生了一定的影响,昼夜不同增温导致的水稻生育期和
产量变化差异显著。 因此,本研究设计的开放式增温系统基本能满足稻田系统对气候变暖响应与适应的试验
研究要求。 同时,本研究发现昼夜不同增温对水稻生长发育和产量的影响差异显著,且实际增温的生育期缩
短天数和产量下降幅度与模型预测分析的结果也存在明显差异,说明相关模型分析需要在田间增温试验中验
证。 由于该系统是开放的,在稻田中运行,一定要由专业的技术人员负责日常管理和维护。 鉴于该系统的增
温范围有限,为了获得足够的监测和取样面积,可以考虑适当增加试验重复。 另外,为了避免人为干扰,应该
尽量减少不必要的田间操作。 由于风速对增温效果存在一定影响,在常年风速较大的区域,该系统的试验效
果可能受到一定影响。
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7712摇 8 期 摇 摇 摇 董文军摇 等:开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 8 April,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The relationship between Populus euphratica忆s radial increment and groundwater level at the lower reach of Tarim River
AN Hongyan, XU Hailiang, YE Mao,et al (2053)
……………
…………………………………………………………………………………
Influence of elevation factor on soil profile texture configuration: a case study of the alluvial plain of Fengqiu County
TAN Manzhi, MI Shuxiao, LI Kaili, et al (2060)
………………
…………………………………………………………………………………
Effects of ozone on AsA鄄GSH cycle in soybean leaves WANG Junli, WANG Yan, ZHAO Tianhong, et al (2068)……………………
The effects of physical and chemical factors on the growth and lipid production of Chlorella
ZHANG Guiyan, WEN Xiaobin,LIANG Fang, et al (2076)
……………………………………………
………………………………………………………………………
Response of net productivity of masson pine plantation to climate change in North Subtropical Region
CHENG Ruimei, FENG Xiaohui, XIAO Wenfa, et al (2086)
…………………………………
………………………………………………………………………
Soil respiration of Zoysia matrella turfgrass in subtropics LI Xibo,YANG Yusheng,ZENG Hongda,et al (2096)………………………
Effect of UV鄄B radiation on the leaf litter decomposition and nutrient release of Pinus massoniana
SONG Xinzhang, ZHANG Huiling, JIANG Hong, et al (2106)
……………………………………
……………………………………………………………………
Physiological ecological effect of endophyte infection on Achnatherum sibiricum under drought stress
HAN Rong, LI Xia, REN Anzhi, et al (2115)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Zinc Tolerance and Accumulation Characteristics of Armillara mellea ZHU Lin,CHENG Xianhao,LI Weihuan,et al (2124)…………
Expansion strategies of Caragana stenophylla in the arid desert region
ZHANG Jianhua, MA Chengcang, LIU Zhihong, et al (2132)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of mixed plant residues from the Loess Plateau on microbial biomass carbon and nitrogen in soil
WANG Chunyang, ZHOU Jianbin, XIA Zhimin,et al (2139)
………………………………
………………………………………………………………………
Survival strategy of Stipa krylovii and Agropyron cristatum in typical steppe of Inner Mongolia
SUN Jian, LIU Miao, LI Shenggong, et al (2148)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial distribution of arbuscular mycorrhizal fungi in Salix psammophila root鄄zone soil in Inner Mongolia desert
HE Xueli, YANG Jing, ZHAO Lili (2159)
……………………
…………………………………………………………………………………………
An experimental study on the the effects of different diurnal warming regimes on single cropping rice with Free Air Temperature
Increased (FATI) facility DONG Wenjun, DENG Aixing, ZHANG Bin, et al (2169)…………………………………………
Endophytic bacterial diversity in Achnatherum inebrians by culture鄄independent approach
ZHANG Xuebing, SHI Yingwu,ZENG Jun, et al (2178)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Hierarchical Partial Least Squares (Hi_PLS) model analysis of the driving factors of Henan忆s Ecological Footprint (EF) and its
development strategy JIA Junsong (2188)…………………………………………………………………………………………
Evaluation on spatial distribution of soil salinity and soil organic matter by indicator Kriging in Yucheng City
YANG Qiyong,YANG Jinsong,YU Shipeng (2196)
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The toxicity of lupeol of Inula britanica on Tetranychus cinnabarinus and its effects on mite enzyme activity
DUAN Dandan,WANG Younian,CHENG Jun,et al (2203)
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Abundance and biodiversity of ammonia鄄oxidizing archaea and bacteria in littoral wetland of Baiyangdian Lake, North China
YE Lei, ZHU Guibing, WANG Yu, et al (2209)
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Changes of leaf water potential and water absorption potential capacities of six kinds of seedlings in Karst mount area under
different drought stress intensities: Taking six forestation seedlings in karst Mountainous region for example
WANG Ding,YAO Jian,YANG Xue,et al (2216)
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Comparison of structure and species diversity of Eucalyptus community LIU Ping, QIN Jing, LIU Jianchang, et al (2227)…………
Ecosystem services valuation of the Haihe River basin wetlands JIANG Bo,OUYANG Zhiyun,MIAO Hong,et al (2236)……………
Effects of Phragmites australis on methane emission from a brackish estuarine wetland MA Anna, LU Jianjian (2245)………………
Genetic differentiation and the characteristics of uptake and accumulation of lead among Camellia sinensis populations under
different background lead concentrations of soils in Yunnan,China
LIU Shengchuan, DUAN Changqun, LI Zhenhua, et al (2253)
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Comparison of zooplankton lists between Coilia mystus food contents and collections from the Yangtze River Estuary & Hangzhou
Bay LIU Shouhai,XU Zhaoli (2263)………………………………………………………………………………………………
Reconstruction and analysis of July鄄September precipitation in Mt. Dagangshan, China
QIAO Lei, WANG Bing, GUO Hao, et al (2272)
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Analysis on economic and ecological benefits of no鄄tillage management of Carya cathayensis
WANG Zhengjia, HUANG Xingzhao, TANG Xiaohua, et al (2281)
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GIS鄄based analysis of the accessibility of urban forests in the central city of Guangzhou, China
ZHU Yaojun,WANG Cheng,JIA Baoquan,et al (2290)
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Review and Monograph
Impact factors and uncertainties of the temperature sensitivity of soil respiration
YANG Qingpeng, XU Ming,LIU Hongsheng,et al (2301)
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The advance of allometric studies on plant metabolic rates and biomass
CHENG Dongliang,ZHONG Quanlin, LIN Maozi, et al (2312)
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Practice and the research progress on eco鄄compensation for cultivated land MA Aihui,CAI Yinying,ZHANG Anlu (2321)…………
Discussion
Soil water holding capacities and infiltration characteristics of three vegetation restoration models in dry鄄hot valley of Yuanmou
LIU Jie, LI Xianwei, JI Zhonghua, et al (2331)
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Scientific Note
Effects of secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and cadmium uptake
HU Kun, YU Hua, FENG Wenqiang, et al (2341)
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2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊 Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊 Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1 ~ 9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任: 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑: 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 8 期摇 (2011 年 4 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 8摇 2011
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