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毕业论文

英文翻译

原文标题 Rice yield decline with higher night temperature from global warming

译文标题 全球变暖背景下夜间增温对水稻产量的影响

全球变暖背景下夜间增温对水稻产量的影响

Shaobing Peng*, Jianliang Huangdagger;, John E. Sheehy*, Rebecca C. Laza*, Romeo M. Visperas*, Xuhua ZhongDagger;,Grace S. Centeno*, Gurdev S. Khushsect;para;, and Kenneth G. Cassmanpara;

*Crop, Soil, and Water Sciences Division, International Rice Research Institute, DAPO Box 7777, Metro Manila, Philippines; dagger;Crop Physiology and Production

Center, College of Plant Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan, Hubei 430070, China; Dagger;Rice Research Institute, Guangdong

Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou, Guangdong 510640, China; sect;University of California, Davis, CA 95616; and Department of Agronomy and

Horticulture, University of Nebraska, Lincoln, NE 68583

Contributed by Gurdev S. Khush, May 27, 2004

摘要:预测到的全球变暖对作物产量的影响已经通过利用模拟模型的间接方法被评估。对观测到的气候变化对农作物生长发育和产量影响的直接研究为评估气候变化对农业生产的影响提供了更多精确的信息。我们分析了1979年到2003年国际水稻研究机构的天气数据，通过1992年到2003年由国际水稻研究机构指导的灌溉农田实验的数据来调查温度变化的趋势和水稻产量与温度之间的关系。我们发现1979年到2003年，年平均最高气温和最低气温分别升高0.35℃,1.13℃，在作物旱季（1月到4月），水稻产量和最低温度之间存在紧密联系。在旱季，作物生长季最低温度每升高1℃，作物产量降低10%，但最高温度的变化对作物产量的影响微不足道。本文提供了在全球变暖背景下夜间增温导致水稻产量下降的直接依据。

引言：

随着人口的增长和经济的发展，世界水稻产量每年必须增长1%左右才能满足日益增长的粮食需求。大部分粮食作物产量增加源自现存农田的高产，这样可以避免环境退化、生态系统的破坏以及生物多样性的丧失。实现高产依靠增加总的作物生物量，因为仅有很小的余地来进一步增加指定去播种的生物量的比例。作物总生物量主要取决于光合作用以及呼吸损耗，而这两者对温度均很敏感。未来的粮食产量将会被CO₂及污染气体，如臭氧等在大气中浓度增加以及由气候变化所导致的温度升高等效应的复杂的相互作用所影响。

二十世纪，全球平均地表空气温度上升了约0.5℃，预计本世纪将会进一步升高1.5至4.5℃。在过去的一个世纪中，大气中温室气体浓度稳定增加，夜间日最低气温上升速度比日最高气温更显著。虽然通过使用作物模拟模型，对预测的气候变化对作物产量的影响进行了评估，但是对观察到的气候变化对作物生长和产量影响的研究很少。在本研究中，我们分析了从1979到2003年在国际水稻研究所（IRRI）农场（洛斯巴诺斯，丽，菲律宾）的气象数据，从而来评估在干、湿作物季节平均最高和最低气温以及太阳辐射的变化趋势。通过利用1992至2003年在IRRI农场最优灌溉管理条件下田间试验的产量数据，粮食产量与温度以及辐射之间的关系得以评估。我们的目标是确定温度或辐射是否有显著的时间变化趋势，以及这些变化是否对粮食产量有影响。

材料与方法：

气象数据采集：

这项研究的气象站点设置在北纬14°11N，东经121°15E，海拔21米的IRRI农场。数据记录始于1979年1月1日。该站点的规格是10.5 * 9.5m，周围常年种植着灌溉水稻。它符合世界气象组织的标准规范。测量水稻产量的试验田距离气象站1公里，地形平坦。最近的山峰（马基林山，海拔lt;1000米）位于气象站西南方约8公里的距离。在气象站本研究所使用的气象仪器包括辐射积分器，日射表，测量最低最高温度玻璃温度计、干湿球湿度计和温湿计。气象站中放置额外的仪器作为备用以防止主要设备出现故障。

在1990年之前，标准测量每天分别在07：30，14：00，和17：00记录，共三次。自1990以来，标准测量只在08：00记录。这些测量包括干湿球温度，日最低、最高气温以及总辐射。世界气象组织开发的气候计算机系统，，是主要的数据库管理工具，包括综合数据录入、数据验证和数据质量控制。历史天气数据被导入气候计算机系统，成为对录入新数据进行数据质量控制而设定具体范围的依据。对于给定月份，气候计算机系统依据全球气象站具体极值的限制、其他相关的元素值以及前一天的记录值来检查每一个记录条目。设定的极值范围源自联合国粮食及农业组织，菲律宾大气、地球物理和天文服务机构公开发表的报告。

仪器的性能一年进行一次标准化评估。工作标准仪器与储存标准仪器进行对比，在气象站安装的仪器也与工作标准仪器进行对比。标准温度计和干湿球湿度计与由IRRI气象站获得的用于菲律宾大气、地球物理和天文服务管理系统的仪器作对比。存储标准基普佐南（代尔夫特，荷兰）日射表在荷兰每5年校准一次。安装在气象站的仪器在每一作物生长季开始之前进行校准。

作物数据采集：

IRRI的农场坐落在一个潮湿的热带低地环境中，这里的水稻是一年两熟或一年三熟制。在周边地区标准水稻生长季分为干湿两季（一月至四月为干季，从六月下旬至九月为雨季）。从1992年到2003年，田间试验在IRRI农场每年的干、湿两季进行。在IRRI湿地土壤的pH = 6-6.6，有机C = 14.4–16.2克/公斤，N = 1.40–1.50克/公斤，阳离子交换容量= 32.9–40.6 cmol/kg。

在每个生长季，IR72与其他品种（其他品种是不同季节的）被安排在一个随机的有四次重复的完整实验中。IR72是IRRI在菲律宾于1988年发布的适于灌溉低地的籼稻近亲繁殖的品种。因为它的高产量，该品种已被广泛应用于田间试验。为排除遗传因素，只有IR72的作物数据被用于研究。在托盘中育苗。十四日龄幼苗在1月3日和22日之间的旱季和6月17日和7月17日之间的雨季移栽。穴距为0.2*0.2米，每穴4苗，测点面积为5*6米。在旱季移栽前1天在所有的测点施加P（过磷酸钙30kg /公顷 ），K（氯化钾 40公斤/公顷），Zn（七水硫酸锌 5公斤/公顷）。磷，钾和锌的应用率在雨季减少了50％，因为与旱季相比较雨季的产量潜力较小。在干燥的季节，植物通过施加尿素获得200公斤/公顷全氮，用于四分裂（60公斤作基肥，中旬分蘖40公斤，幼穗分化60公斤和抽穗期40千克）来确保N充足。在潮湿的季节，植物得到120公斤/公顷全氮，在四个阶段同等的分配。田地在移栽后4天被淹没，当田排水时5–10厘米的洪水深度已经保持到成熟期之前的7天。利用已批准的农药控制昆虫、疾病和杂草，以避免产量损失。

十二个小穴（0.48平方米）是从每个重复试验的一个5平方米收获面积在成熟期进行对角采样，以确定每穴穗数，地上总生物量，收获指数和产量构成。植物中被分离成的秸秆和穗。穗手工脱粒，淹没在自来水中分离出饱满的穗与不饱满的穗。取出三个30克饱满的穗和5克不饱满的穗的样品来确定穗数。在70℃的烘箱中烘干至恒重后确定穗轴干重，饱满的穗和不饱满的穗。地上总生物量的秸秆，穗轴，饱满的穗和不饱满的穗干物质的总和。每穗实粒数、结实率（100times;填充小穗数/总颖花数），和收获指数（100times;结实量/地上总生物量）是计算得到的。谷物产量在每个重复的一个5平方米面积确定并调节至0.14克/克鲜重的水分含量。

根据学生t检验，温度和辐射变化的时间的趋势显着性关系的概率水平为：Plt;0.05。产量和气候参数之间的关系通过相关性和部分相关性分析来评价。

结果与讨论：

图1：IRRI农场从1979年至2003年全年最高和最低温度趋势和辐射(A–C), 旱季(1月至4月(D–F), 雨季(六月到九月) (G–I)。 通过学生实验，在A，D，和G的最高温度趋势（斜率）和在F中的辐射不显著水平P lt; 0.05。

从1979年到2003年这25年期间，平均最高气温和最低气温分别上升0.35和1.13°C（图1，A、B）。最低温度的升高幅度是最高温度的3.2倍，这与1951到1990年地球表面的大部分地区观测到的最低温度增加约是最高温度的三倍的结果相一致。然而，1950到1993年期间，在我们站点的增长幅度大于全球趋势。

在IRRI农场观察到较大的增温幅度可能反映了在二十世纪的最后一个季度较强微量气体下的全球变暖。虽然平均最高温度在雨季（六月至九月）略有增加， 但是在干季（四月至一月）平均最高温度没有明显的变化趋势（图1，D、G）。从1979到2003年，平均最低温度在干季增加了1.33°C，在雨季增加了0.80°C（图1，E、H）。在同一时期平均辐射也有所增加（图1，C、F、I）。与最高温度相比，辐射与最低温度之间有更为密切的正相关。在一般情况下，由于辐射冷却，较高的太阳辐射会导致较高的最高温度和较低的最低温度。我们的数据表明，如果辐射保持稳定，夜间增温幅度会更大。在我们站点上观察到的温度上升是不可能是由当地空气污染造成的，因为这种气候变暖的趋势与发生在菲律宾和全球其他地方的温度上升是一致的。夜间增温同样发生在菲律宾水稻研究所的研究农场（穆尼奥斯、新怡诗夏省）。在干季，平均最低温度在该站点每年增加0.052°C 。

图2：水稻产量（粮食产量，地上总生物量，每平方米穗粒数）和生长季节平均最高温度（A-C），最低温度（D-F），和辐射（G-I）之间的关系。产量数据是从灌溉田间试验获得，其中作物管理措施进行了优化，实现了在IRRI农场的水稻品种IR72从1992至2003年在旱季的最高产量。成长季平均最高温度，最低温度和辐射是从移植的整个生长季节每天的平均值计算的。

在干燥的季节，最高温度与作物产量不相关（P = 0.65；图2，A）。作物产量和最低温度呈现负相关关系（P＜0.01）。作物产量和辐射之间呈现正相关关系（P＜0.05；图2 D和G）。相对于辐射，作物产量与最低温度的关系更为密切，最低温度和辐射率与作物产量的相关性指数分别为77%和54%。在辐射保持不变的情况下，作物产量和最低温度之间的偏相关系数与为-0.72。在最低温度保持不变的情况下，作物产量与辐射之间的偏相关系数为0.20。这个部分相关分析表明，在干燥季节，即使是小的幅度的夜间增温，对灌溉水稻的产量也产生一定的负面影响，并且这种影响与辐射所产生的影响是独立的。在雨季，作物产量和产量的属性与最低温度，最高温度，或辐射均是不相关的（P＞0.10），部分原因可能是由于从1992到2003年温度和辐射的年变化在湿季比在干季小。例如从1992年到2003年，季平均最低温度的范围在干燥季节为1.8°，在潮湿季节为0.6°C。

此外，在潮湿的季节，台风的出现会导致某些年份的农作物倒伏现象，这可能会削弱作物产量和气候参数之间的关系。

在干燥的季节，地面上成熟的总生物量，包括粮食和秸秆，和一个非常狭窄的范围内的最低温度（＜2°C）之间呈现强烈的负线性关系（P＜0.01；图2e）。最低温度每升高1°C，生物产量减少了约10%。作物生育期的长短和最低温度（磷= 0.14）之间没有显著关系。因此，夜间增温导致的作物产量的减少与生育期的缩短没有关系。同样地，籽粒产量、总生物量与辐射没有密切关系，他们受最低温度的影响较大(图2 E、H)。最高温度和总生物量之间也没有显著的的关系(P = 0.91;图2 b)。

在干燥的季节每平方米的穗数和最低温度之间有严格的负线性关系（P＜0.01；图2F）。另外，类似于粮食和生物产量，每平方米的小穗与最低温度的辐射不密切相

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