增温背景下不同土壤对冬小麦产量品质影响评价

利用冬小麦品种‘镇麦168’,以黄棕壤、砂礓黑土、风沙土、红壤、潮土、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、砖红壤、盐碱土和棕壤共12种典型农田土壤为基质,在开放式增温系统开展模拟大气增温框栽试验。试验设置常温对照(CK)和增温1.5℃(eT)两个处理,增温处理为冬小麦全生育期增温。以成熟期冬小麦单穗粒数、千粒重等表征产量变化,籽粒淀粉、蛋白质及其组分等营养指标体现品质构成。结果表明:(1)全生育期增温分别使黄棕壤、风沙土、黑土、黄土、灰钙土和紫色土冬小麦较常温对照减产33.82%、20.96%、16.60%、55.92%、28.45%和21.19%,但潮土冬小麦增产16.13%(P<0.05),其他土壤条件下冬小麦产量无明显变化。(2)就冬小麦营养品质,直链淀粉和支链淀粉含量在增温作用下较常温对照存在不同程度下降,且直链淀粉降幅大于支链淀粉,在红壤、黑土、黄土、灰钙土、紫色土、盐碱土和棕壤条件下冬小麦总淀粉含量显著降低(P<0.05)。籽粒蛋白质及其组分,清蛋白和球蛋白呈显著增加趋势,而醇溶蛋白和谷蛋白显著下降,且降幅大于前两者增幅,除红壤冬小麦总蛋白含量无显著变化以外,其他11种土壤条件下冬小麦总蛋白含量均较常温对照显著降低(P<0.05)。冬小麦可溶性总糖仅在潮土、灰钙土和紫色土条件下显示出显著增加趋势(P<0.05)。(3)利用隶属函数对常温对照和增温各处理进行综合品质排名,表现最好的为常温组黑土冬小麦(U=0.707),常温组中棕壤(U=0.691)、灰钙土(U=0.647)、紫色土(U=0.644)和黄土冬小麦(U=0.644)次之,品质最差的是常温下红壤冬小麦(U=0.364)和增温下红壤冬小麦(U=0.368)。除潮土冬小麦以外,其他11种土壤冬小麦品质均表现为增温劣于对照。(4)常温条件下冬小麦产量最大影响因素为单穗粒数,直接通径系数为0.630,其次为有效穗数和球蛋白,均体现为直接作用,直接通径系数分别为0.538和-0.118;增温条件下冬小麦产量最大影响因素也是单穗粒数,直接通径系数为0.603,其次为有效穗数、千粒重和总淀粉,有效穗数和总淀粉通过与单穗粒数的间接作用对冬小麦产量产生影响,间接通径系数分别为0.322和0.381。综合而言,增温通过对冬小麦产量构成和籽粒营养成分的综合作用影响品质,12种典型农田土壤中,潮土冬小麦对增温表现为正效应,其他土壤为负效应,冬小麦产量品质形成对气候变暖响应受到土壤类型的调控。

增温对不同土壤上冬小麦保护酶活性的影响

为探究全球气候变暖背景下冬小麦生长发育情况,通过全生育期增温,研究温度升高对冬小麦叶片保护酶活性和产量的影响。2021年11月,在南京信息工程大学农业气象试验站进行框栽试验,以常温为对照(CK),以开放式增温装置模拟大气增温1.5℃(eT)条件,以在南移的黑龙江黑土、北移的海南砖红壤和江苏南京黄棕壤上生长的冬小麦为研究材料,以成熟期小麦株高、单穗粒数、千粒质量等指标体现生长量的变化,以拔节期和开花期冬小麦叶片的叶绿素(SPAD)和丙二醛(MDA)含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性等指标表征保护酶系统的变化。结果表明:全生育期增温使生长在黄棕壤、黑土和砖红壤上的小麦叶绿素含量分别显著减少了9.51%、19.03%和4.60%,使开花期MDA含量分别显著增加了10.59%、14.83%和13.72%,说明增温通过影响光合作用和膜脂过氧化衰减了叶片功能使开花期叶片SOD、POD和CAT活性显著升高,这表明冬小麦叶片在增温条件下仍保持了较高的抗氧化能力。相关性分析表明,开花期MDA含量、POD活性与产量指标呈显著负相关(P<0.05)。此外,全生育期增温显著降低了生长在黄棕壤和黑土上冬小麦的株高、单穗粒数和千粒质量,最终导致产量分别减少33.86%和16.53%,然而黑土上生长的冬小麦各参数对增温的响应程度低于黄棕壤。增温导致砖红壤上生长的冬小麦千粒质量有所降低,但是最终产量未达到5%的显著差异。综合而言,增温能通过降低光合作用、提升膜脂过氧化水平导致冬小麦生长减缓,且这种减缓作用在黑龙江黑土冬小麦上的效应较弱,但对黄棕壤上的冬小麦影响较大。