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摘  要：气候变暖产生的影响在北方地区更加明显，且具有一定的不确定性，为明确未来气候变化对北方水稻产生的影响，了解增温条件下北方水稻的适应趋势及光合产物在不同器官中的分配特征，利用开放式主动增温系统（Free Air Temperature Increasing，FATI），以北粳2号水稻为实验材料，设置额定功率1500W的增温处理，模拟田间增温对北粳2号水稻生育及产量的影响。结果表明：增温处理使北粳2号水稻分蘖数及有效穂数明显增加，株高增高;叶面积指数（LAI）增加，除孕穗期外均达显著水平;增温促进了生长后期水稻地上部分干物质积累，提高了水稻地上部分干物质量;增温使北粳2号水稻有效穗数增加，穂粒数、结实率均有降低，产量较对照（不增温）略有增加，但未达显著水平。

关键词：水稻;气候变暖;开放式主动增温系统;干物质积累;产量

Abstract： The impact of climate warming is more obvious in northern China， with certain uncertainties. In order to clarify the impact of climate change on rice in northern China in the future， understand the adaptation trend of rice in northern China under warming conditions and the distribution characteristics of photosynthate in different organs， The open active Temperature Increasing system （FATI） is used to simulate the influence of field Temperature Increasing on the growth and yield of Beijing 2 rice by setting the Temperature Increasing treatment with the rated power of 1500W with Beijing 2 rice as experimental material. The results showed that the number of tillers and effective tasler number and plant height of Beijing 2 rice were significantly increased by warming treatment. Leaf area index （LAI） increased， reaching a significant level except at booting stage. Increasing temperature promoted dry matter accumulation and increased dry matter mass of rice in the late growth period. Warming increased the effective panicle number， decreased the tassel number and seed setting rate of Beijing 2 rice， and slightly increased the yield compared with the control （without warming）， but not to a significant level.关键词：rice;climate warming;open active heating system;dry matter accumulation;yield

IPCC报告指出：与工业革命前相比，地表平均温度上升了0.74℃，预测到21世纪末，我国平均气温可能升高2.2-4.2℃，中长期内全球变暖不可逆转。水稻作为重要的粮食作物之一，是全世界一半以上人口的主要食物来源[1]。水稻生长过程不仅受自身遗传因子控制，也受到环境因子的影响，在众多环境因子中，温度是最关键的驱动因子。 温度的升高对作物形态、光合作用、干物质积累及产量等方面都有重要影响。本文以北粳2号水稻为实验材料，利用稻田开放式增温系统，研究增温对水稻干物质积累和产量的影响，阐明增温后水稻干物质积累的响应机理，进而为未来全球气候变化背景下中国北方水稻的高产优质栽培提供理论依据。

1.材料与方法

1.1试验概况

本试验于2020年5-10月在沈阳农业大学水稻试验田（123°33′E，41°49′N）进行。试验地海拔高度41.6m，年平均温度8.1℃，年平均降雨量724.3mm，试验品种为北粳2号，于5月29日移栽进大田，移栽行株距30 cm×13.3 cm，每穴3株。每公顷施基肥：96 kg N，69 kg P ₂ O5 ，45 kg K2O;返青肥和分蘖肥：34.5 kg N。生长期内其他管理措施同当地常规管理模式。本年度气象条件有利于水稻生长，生殖生长期间未遭到低温冷害，7、8月多阴雨天气。

1.2 实验处理

设置对照CK（环境温度）和增温处理T（全天平均增温2.4℃）两个处理，各处理均设置3次重复，运用农田开放式主动增温系统（FATI）模拟大气增温并进行全天候不间断增温处理（雨天进行断电处理），对照CK安装与增温处理T相同的装置，但不供电。

1.3 试验测定项目及方法

1.3.1水稻冠层温湿度测定

采用TH6型温湿度记录仪对水稻冠层温湿度进行测定。测定时间为7月5日7时20分-10月2日7时20分，每隔20min记录一次温湿度数据。

1.3.2株高、分蘖动态

每个小区定点选取12穴作为观测点，每周测定一次分蘖数、株高 直至分蘖期结束，株高不再变化。

1.3.3 叶面积指数测定

在水稻各主要生育期，每个重复选取2穴水稻，采用CI-203手持式激光叶面积仪测定其叶面积，用比重法计算其叶面积指数。

1.3.4 干物重的测定

在水稻各主要生育期，每个重复选取2穴水稻，剪除根，将稻株分为茎、叶、鞘、（穗）三（四）部分，再将各器官分开装在纸袋里，标记好后把所有纸袋放在105℃的烘箱中杀青30 min，再将温度降至80℃左右烘干至衡重，冷却后用天平称量其干物质质量。

1.3.5产量构成因素测定

分别测定每穴穗数、穗粒数、千粒重，计算籽粒结实率、测定小区产量等。

1.4 数据分析

所有数据采用Microsoft Excel 2010 整理，并用SPSS 22.0进行统计分析和方差检验，采用单因素方差分析（One-way ANOVA）法进行差异显著性检验，采用 LSD 法进行差异显著性检验，数据以平均值±标准差（Mean±SE）表示。

2.结果与分析

2.1增温处理对水稻冠层温湿度的影响

通过对对照和增温处理小区冠层温度进行比较分析可知，增温处理使水稻在全生育期内平均增温2.4℃（图1a）。在典型晴天（8月2日）增温处理使水稻全天平均增温2.5℃，白天平均增温幅度为1.7℃，夜间平均增温幅度为3.6℃，夜间平均增温幅度大于白天，且形成了明显的日较差差异，能较好的模拟未来气候变暖的基本趋势（图1b）。

通过对对照和增温处理小区冠层湿度进行比较分析可知，在水稻整个生育期内，增温处理使水稻冠层湿度平均减少10.24%（图2a）。增温处理对水稻冠层湿度影响夜间大于白天。

2.2增温处理对水稻茎蘖动态及株高的影响

同一时期不同小写字母表示不同处理间有显著差异（P<0.05），同一时期不同大写字母表示不同处理有极显著影响（P<0.01），下同

试验结果表明，增温处理使水稻分蘖数及有效穂数均显著高于对照，增幅分别为13%（P<0.01）、 37%（P<0.01）、 24%（P<0.01）、 14%（P<0.01）、 22%（P<0.01）、 24%（P<0.01）、 24%（P<0.01），有效穂数增幅为24%（P<0.01），均达显著水平。增温使水稻分蘖盛期提前一周左右（图3）。

增温处理使北粳2号水稻株高显著高于对照，增幅分别为6%（P<0.01）、6%（P<0.01）、10%（P<0.01）、10%（P<0.01）、9%（P<0.01）、7%（P<0.01）、7%（P<0.01）、6%（P<0.01）、5%（P<0.01），达显著水平。（图4）

2.3增温处理对水稻LAI的影响

光合产物的多少决定了水稻的产量，水稻产量的高低与其叶面积的大小和变化动态有着密切的联系。增温处理使北粳2号水稻LAI值增加，拔节期、抽穗期、灌浆期增幅分别为19%（P<0.05），16%（P<0.01），8%（P<0.01），均达到显著水平。孕穗期增幅为9%，孕穗期LAI值与对照无显著性差异。（图5）

2.4增温处理对水稻干物质生产的影响

分析表明，增温处理下，茎的干物质积累量在成熟期达到最大，为18.64g/穴;叶、鞘的干物质积累量在抽穗期达到最大值，分别为12.83g/穴、12.38g/穴;穂的干物质积累量从抽穗期开始呈逐渐增加趋势，在成熟期达到最大值，为33.72g/穴。增温处理对成熟期茎、叶、鞘及抽穗期穂的干物质量的影响达到显著性水平， 其余时期对各器官的影响均未达到显著水平。（表1）

对增温处理下北粳2号水稻主要生育期单穴干物重及群体干物重进行分析，结果表明，增温处理提高了水稻地上部分干物质质量，各主要生育期水稻地上部分生物量分别增加了8.38%、4.62%、6.55%、3.42%、17.84%，且达显著水平;其中成熟期增幅最大（表1）。

2.5增温处理对水稻产量及其构成因素的影响

由表4可知，增温处理使北粳2号水稻有效穂数比对照产生显著增加，增幅为20%（P<0.01）;增温处理使北粳2号水稻穂粒数、结实率均有降低，千粒重、单穴产量、产量均有增加，但无显著性差异。

3.讨论

全球气候变暖及其变化的不确定性可能会对粮食安全产生威胁，因此，阐明温度升高对水稻的影响以及了解水稻的生理机制，将为未来全球气候变化背景下中国北方水稻的高产优质栽培提供理论依据。王啟梅等[2]的研究表明营养生长期的增温会使水稻株高增长加快，同时使水稻的分蘖和叶面积增加，但对最终的株高影响因品种而异。这与本文的研究结果是一致的。本研究结果发现，增温处理使北粳2号水稻分蘖数及株高均高于对照（不增温），且达显著水平。

相关研究发现增温处理使水稻叶面积得到扩展，叶面积指数（LAI）增加[3]。朱秋明[4]的研究表明，不同生育期叶面积指数（LAI） 与产量、单位面积穗数和每穗粒数呈正相关，与千粒质量和结实率呈负相关。本实验通过对增温条件下北粳2号水稻叶面积指数（LAI）与产量构成变化趋势进行分析发现，增温使北粳2号水稻在各主要生育期叶面积指数（LAI）均有增加，同时使北粳2号水稻有效穗数增加，穂粒数、结实率均有降低，产量略有增加，但未达显著水平。

诸多研究结果证实，温度对水稻生长起主导作用。适当升高温度会促进作物的生长，当温度升高超过作物生长的最适温度，就会成为影响作物生长的限制因子。本研究中，增温处理未对水稻生长发育起到抑制作用，增温条件下生育中后期水稻地上部分生物量的积累仍有增加，但积累比例小于生育前期。

本研究采用昼夜统一增温的方法对试验区域进行增温。由于全球气候变暖还存在明显的昼夜不对称性，日最低气温的增幅高于日最高气温的增幅，导致温度的日较差降低。为此，在后续的试验中将对试验设计进行进一步完善。在分析气象观测资料基础上，结合试验地的实际情况，设计不同生育阶段、昼夜间不同增温幅度的试验，开展研究，使其结果和结论更加具有实际意义。

4.结论

（1）开放式主动增温系统（FATI）可使北粳2号水稻冠层全生育期平均增温2.4℃，且能形成较好的日较差差异;使水稻冠层全生育期湿度较对照平均减少10.24%，符合未来气候变暖的温湿度变化特征，能够满足未来大气变暖条件下对北方水稻的影响及其反应生理机制的研究要求。

（2）增温处理使北粳2号水稻分蘖数及有效穂数均高于对照，且达显著水平。增温处理使水稻最终株高较对照增高5.56cm。

（3）光合产物的多少决定了水稻的产量，水稻产量的高低与其叶面积的大小和变化动态有着密切的联系。增温处理使北粳2号水稻LAI值增加，除孕穗期外均达显著水平。

（4）增温促进了生长后期水稻地上部分干物质积累，提高了水稻地上部分干物质量。

（5）增温处理使北粳2号水稻有效穗数增加，穂粒数、结实率均有降低，使北粳2号水稻产量较对照（不增温）略有增加，但未达显著水平。

参考文献

[1] 花后开放式增温对小麦产量及品质的影响[J]. 中国农业科学， 2012， 45（8）：1489-1498.

[2] 王啟梅， 李岩， 刘明，等. 营养生长期高温对水稻生长及干物质积累的影响[J]. 中国稻米， 2015， 21（4）：33-37.

[3] 董文军. 昼夜不同增温对粳稻产量和品质的影响研究[D]. 南京农业大学， 2011.

[4] 朱秋明， 邓翠婷， 叶俊希， 等. 不同生育期水稻叶面积指数与产量的关系[J]. 仲恺农业工程学院学报， 2016， 29（3）：17-21.