论文部分内容阅读
选择黑龙江省作为研究区域，根据主栽水稻生育期内所需积温选取14个代表性品种，重点分析CO2浓度升高对寒地粳稻生长发育以及增温和大气CO2肥效的交互作用对不同熟性品种水稻产量的影响。以开顶式气室(OTC)试验和CERES-Rice作物模型为研究手段，OTC试验设定3个CO2浓度梯度:390、450和550μmol·mol-1。利用2012年的OTC试验数据进行CO2浓度升高对粳稻生长发育以及产量的影响分析;利用2013年的OTC试验数据进行不同熟性粳稻品种的产量及产量构成对CO2浓度升高响应的差异分析;利用2013年的逐日气象资料及OTC试验资料驱动CERES-Rice作物模型，对品种的遗传参数进行调试，然后采用经验证的CERES-Rice作物模型分别模拟3个CO2浓度水平下，伴随温度升高1、2、3和4℃时，早、中、晚熟品种水稻产量，以分析增温和CO2浓度增加对不同熟性品种水稻产量的交互作用。结果表明: (1) CO2浓度增加，加快寒地粳稻东农428生育进程。叶龄和抽穗期提前，抽穗速率加快，550μmol·mol-1、450μmol·mol-1CO2浓度处理较390μmol·mol-1CO2浓度处理，抽穗期分别提前79h、29h，齐穗期分别提前73h、17h，缩短了始穗至抽穗的时间，延长了抽穗到齐穗的时间，使整个抽穗时间分别缩短44h、30h。550μmol·mol-1CO2浓度处理较390μmol·mol-1CO2浓度处理，灌浆速率加快，最大灌浆速率增加，到达最大灌浆速率的时间提前，高速灌浆时间缩短。CO2浓度增加抑制单叶叶面积的增加，使单位叶面积呈先增后减的趋势，并使水稻到达最大叶面积的时期提前。 (2) CO2浓度增加，促进寒地粳稻东农428总干物质的积累。根、茎、穗部干物质积累量增加，叶片干物质积累量先增加后减少。在水稻分蘖期、孕穗期、灌浆期及成熟期，550μmol·mol-1CO2浓度处理与390μmol·mol-1CO2浓度处理对比，根系干物质累积量依次增加74.12％、52.47％、70.65％、95.70％，地上部分干物质的累积量依次增加31.79％、26.26％、24.98％、22.23％;450μmol·mol-1CO2浓度处理与390μmol·mol-1CO2浓度处理对比，根系干物质累积量依次增加25.28％、25.34％、24.54％、33.12％，地上部分干物质的累积量依次增加19.12％、15.98％、10.16％、4.39％，CO2浓度增加对根系干物质累积的促进作用大，促进水稻根系生长，根冠比升高。550μmol·mo1-1CO2浓度处理的水稻单株产量较390μmol·mol-1CO2极显著增加15.64％。CO2浓度增加，产量构成中有效穗数和穗位数增加，千粒重和结实率下降，其中有效穗数变化最大。 (3) CO2浓度增加，寒地粳稻产量增加，产量增加的主要贡献来自于有效分蘖数的增加，不同熟性品种产量构成变化不一致。有效穗数、千粒重、结实率均随CO2浓度升高而增加，穗位数随CO2浓度升高的变化趋势因品种不同而不同，但无论是增加趋势还是减少趋势，CO2浓度的增加都会加强其增加或减少的趋势。不同熟性品种产量及产量构成变幅比较，产量增幅表现为早熟品种＞中熟品种＞晚熟品种;有效分蘖数增幅表现为早熟品种＞中熟品种＞晚熟品种;穗位数变幅表现为晚熟品种＞早熟品种＞中熟品种;千粒重增幅表现为中熟品种＞晚熟品种＞早熟品种;结实率增幅表现为中熟品种＞晚熟品种＞早熟品种。有效分蘖数增幅最大，与产量增幅最接近。 (4)随CO2浓度升高，不同熟性品种水稻产量均上升，随温度升高，早熟品种产量持续下降，中、晚熟品种产量先上升再下降。若不考虑CO2肥效作用，除了中熟和晚熟品种在增温1℃时会有3.1％和0.27％的小幅增产外，其余均表现为减产，其中早熟品种减产幅度最大，增温4℃时减产高达57.7％，而中熟和晚熟品种减产10％左右。若考虑CO2肥效作用，450μmol·mol-1CO2浓度下，中熟和晚熟品种在增温2℃时仍增产0.75％和3.2％;550μmol·mol-1CO2浓度下，中熟品种在增温3℃时仍增产4.5％，晚熟品种在增温4℃时仍增产0.39％。而无论是否考虑CO2肥效作用，早熟品种在增温作用下均表现大幅度减产。与不考虑CO2肥效相比，大气CO2肥效作用有效提高了水稻产量，但CO2肥效对增产的贡献率在不同品种间差异不明显，且贡献率均小于10％。