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本科生论文翻译

英文题目 Night-time warming affects N and P dynamics

and productivity of winter wheat plants

翻译题目 夜间变暖对冬小麦植株的N

和P动态和生产力的影响

夜间变暖对冬小麦植株的N和P动态和生产力的影响

Yaohong Zhang, Renying Li, and Yanling Wang

1Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing, China (e-mail: yhzhang@nuist.edu.cn); and 2College of Applied Meteorology,Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing, China.

Received 19 February 2012, accepted 7 December 2012.

夜间升温影响冬小麦植株的N和P动态和生产力。目前每天的夜间温度比地球表面大部分时间的日间白天温度增加得更快。为了了解夜间变暖如何影响冬小麦的动态表现，在2010/2011和2011/2012的生长季节进行了开放式实验，实验通过在装有反射窗帘的夜间覆盖地块来提高温度。结果表明，夜间覆盖（NC）处理的平均夜间温度比未覆盖的（CK）提高了0.98℃。在拔节期、开花期和成熟期，NC处理的植株全氮积累量比对照高17-43％，而植株全磷受到NC处理的影响取决于生长期。夜间覆盖处理显着降低了N转运效率，导致在灌浆期间植物茎中保留更多的N。虽然磷转运到谷物比对照地块高29-41％，但NC处理减少了花后磷吸收27-41％，这取决于生长季节，导致磷收获指数和磷利用效率明显降低。当夜间温度升高时，由于产量高峰减少，每穗粒数减少和每粒籽粒重量减少，谷物产量减少6-25％。

关键词:夜间增温，氮，磷，小麦

冬小麦（Triticum aestivum L.）是中国主要的粮食作物之一，种植面积广，占主要作物总面积的20％以上。最近，冬小麦增长的大部分区域温度在白天和夜间都有所增加，根据全球环流模式预测，到21世纪末，全球地表温度可能上升1.4至5.8℃，并且每日最低（或夜间）温度大约是相应日温度的三倍，这种空前的昼夜温差增加的变化可能在小麦生产中发挥重要作用。然而，大多数关于作物生长和粮食产量对全球变暖反应的研究都是基于日平均气温，这可能会涵盖夜间高温对小麦生产力的不同影响。因此，实验夜间高温对冬小麦植株生长和籽粒产量的影响对于制定农业适应措施以应对夜间升温对区域和全球范围内农业生态系统的潜在影响至关重要。

许多研究发现，与全球变暖相关的夜间高温对粮食作物（包括水稻和小麦）的产量和生物量产量有很大影响（Cheng et al.2009;Mohammed and Tarpley 2009）。例如，Fang等人（2010）发现夜间温度升高2.58℃时，由于夜间高温导致不育分蘖数显着增加，小穗数减少，穗粒数减少，冬小麦单产减少27％。CERES模型预测，由于缩短了小麦生长期，日最低气温的升高会导致产量下降（Wilkens and Singh 2001）。然而，最近的一项研究表明，华北冬小麦产量不受夜间温度升高的影响（Fang et al.2012）。田等人（2011）观察到，夜间变暖显著降低了冬小麦无效分蘖，导致产量增加了18％。另一方面，夜间高温可能会增加氮（N）和磷（P）的土壤矿化，因此可能会改变植物根系对氮和磷的吸收（Sardans et al.2008; Patil et al. 2010）。此外，由于温度升高（Wolfe-Bellin et al.2006; Prieto et al.2009）内部养分利用可能受到生理过程变化的影响，这对植物生产产生了深远的影响（Li et al.2011）。 一些研究报道了高温对某些植 物 物 种 氮 吸 收 和 分 配 的 影 响（Jonassona et al.2004; An et al.2005; Yang et al.2011）。然而，即使在冬季和早春期间冬小麦通常受到明显的夜间变暖的负面影响，但没有研究同时探索夜间高温对小麦N和P积累和易位的影响（IPCC 2001）。营养（N和P） 吸收是决定光合能力和植物生产力的最重要的植物变量之一。 许多研究主要是在没有施氮的自然系统中进行的，已经表明变暖可以增加或减少所研究植物的氮积累。例如，An等人（2005）观察到，由于地上生物量的增加百分比高于暖化期间叶片氮浓度的百分比降低，因此4年的实验升温增加了5-20％的草地氮积累。然而，在生长室进行的其他研究发现，夜间高温会降低叶片中地上生物量和氮浓度，导致植物氮积累减少。因此，高温夜间温度下植物氮积累主要受植物生物量和植物氮浓度对变暖的响应的综合影响（An et al.2005）。 最近，在控制环境室进行的水稻作物研究表明，夜间高温对整个植物氮浓度没有影响，但通过增加植物地上生物量显着增加氮的吸收（Cheng et al.2010）。至于磷，先前的研究已经观察到，升高的温度（包括夜间温度）可以增加土壤磷酸酶活性，从而增强土壤磷矿化（Sardans et al.2006 ），导致植物叶中磷浓度增加 42％（Sardans et al.2008）。然而，其他研究表明，由于温度升高引起的土壤水分减少可能会限制土壤养分扩散能力，并降低一些土壤酶和植物根系酶的活性（Llorens et al.2004）。此外，由于土壤中的微生物对P 的竞争比植物更为主要（Kellogg 和Bridgham 2001），因此在变暖的情况下土壤中有效磷的增加并未伴随着地上生物量中P积累的增加。许多其他植物变量如N和P易位可能会显着影响内部养分效率和小麦生产力（Dordas 2009）。以前的研究发现，田间尺度升温操作可以减少草地从活叶到衰老的N转运（An et al.2005），或者改善灌木中茎和叶的P分配（Sardans et al.2008）。最近，Cheng等人（2010）报道，在繁殖期生长期间，夜间高温会显着降低从营养部位到稻穗的N易位，导致谷物产量下降。然而，我们对冬小麦植株氮素和磷素生理过程中对夜间高温的反应以及它们对粮食产量潜在影响的认识有限。大多数先前的研究使用可控环境室或温室来模拟夜间升温，这并不能真实反映现场条件。为了准确确定夜间高温对冬小麦的影响，需要进行旷场实验。在这项研究中，我们假设夜间温度升高会对小麦生物量和粮食产量以及营养物质利用率产生重大影响。我们的主要目标是：（i）确定夜间高温对冬小麦籽粒产量和产量构成的影响，以及（ii）表征氮和磷动态变化对夜间高温的响应。

材料和方法

实验设计

实验在2010/2011年和2011/2012年11月中旬至5月的冬小麦生长季节期间在中国江苏省南京信息工程大学大学农业气象实验站进行，该地区属暖温带半湿润季风气候。年平均气温15.38℃，七月份是最热的月份（平均28.38℃），一月份最冷（平均0.88℃）。年平均降水量856毫米，大部分在6月至8月间降落。试验站土壤为单性-滞育性格雷索，其中总有机碳9.28 g·kg^-1、总氮1.06 g·kg^-1、可利用磷6.89 mg·kg^-1（0.5m碳酸氢钠，钼磷蓝比色法提取）、交换性钾125mg·kg^-1（1.0m中性CH₃COONH₄萃取，火焰光度计法）。

本研究中使用的小麦品种为宁麦15号，该品种在中国南京广泛种植。在这两年中，播种在11月10日进行，播种量为400粒活种子每平方，间距为15厘米。每公顷地共施用138公斤氮，分开播种，50％在播种前施用，50％施用于小麦生长期。磷和钾在种植前施用，过磷酸钙和氯化钾施用量分别为30公斤/公顷和75公斤/公顷。播种前用手除草来控制杂草。根据需要喷洒杀虫剂（吡虫啉）和杀真菌剂（戊唑醇）以防治害虫和疾病。

实验设计和加温处理

在这两年中，实验设计包括两个处理和六个重复的完全随机区组。两种处理方法是夜间覆盖（NC）处理和夜间未覆盖处理（CK）。NC处理（夜间变暖地块）通过在夜间覆盖反射窗帘进行植被加温（Beier et al. 2004），减少了红外辐射的损失。支撑架（重量轻）建立在温暖的阴面，以支持铝窗帘，其中能反射96％的直接辐射和95％的散射辐射（Beier et al. 2004）。温暖的地块是2*3米，但边缘测量0.5米，所以有效地块面积为1*2平方米。从19：00点到07：00点，变暖的土地被自动覆盖。为了保持降水的效果，当夜间降雨时，雨水传感器会自动将反射窗帘移除，并在雨停时自动再次将植被覆盖在植被上。从分蘖开始（ZGS20）到成熟期（ZGS99）进行夜间覆盖。为了减少影响，与CK处理相同的轻脚手架用于CK图，但没有任何帘。实验使用ZDR-4温度记录仪（Ze Great Instrument Co，Ltd.，Hangzhou，China）在整个试验期间每15分钟在两个处理地块中监测空气（ 20cm）和土壤（-5cm）的温度。在每个小区的有效区域对角放置六个温度传感器（三个空气传感器和三个土壤传感器）。确定了NC地块（19:00-07:00）与CK地块相比的温度增量。在2010/2011年和2011/2012年的实验中，NC处理的平均气温分别比CK处理高0.7℃和1.0℃，而NC处理的土壤温度与CK对比分别高出1.1℃和1.3℃。每周使用安装在每个小区中的时域反射探针测量两次土壤湿度，这两种温度处理的数据一致（数据未显示）。

采样和测定

采样和测定是在拔节（ZGS33）、开花期（ZGS69）和成熟期（ZGS99）完成的。所有20厘米长的植株在地面水平上被切割，在拔节时被分离成叶子、秆，在开花时被分离成叶子、秆和穗，在成熟时被分离成叶子、秆、糠和谷粒。将所有植物部分在70℃烘箱干燥至恒重以测定干重。分析植物样品的氮（微凯氏）和磷（铵磷蓝显色法）浓度，并通过将N或P浓度乘以干重计算N和P积累。从成熟期每个有效地块的中间收获1m²，测定谷物产量、单位面积穗数、每穗粒数和1000粒重。

计算了与籽粒灌浆过程中小麦植株内N和P积累和再活化有关的下列参数：

1. 花后N或P积累=收获时地上生物量的N或P含量 - 开花时地上部生物量的N或P含

2. N或P易位（NT或PT）=开花时地上生物量的N或P含量 - 成熟时叶、秆和谷壳的N或P含量

3. 氮磷转运效率( NTE或PTE ) ( % ) = (氮磷转运量/氮磷含量-开花时的地上生物量) *100%。

4. 易位N或P对籽粒的贡献（CTN或CTP）（％） =（N或P易位量/成熟时籽粒的N或P含量）*100%

5. N或P收获指数=谷物的N或P含量/空中植物部分的N或P含量

6. 基于谷物产量的N或P利用效率=粮食产量/空中植物部分氮或磷含量

7. 基于生物量的N或P利用效率=地上生物量/空中植物部分的N或P含量

数据分析

所有统计分析均使用SPSS12.0软件进行。数据进行正态性测试并根据需要进行对数转换，以便在统计分析之前对分布进行归一化。在P = 0.05时使用ANOVA和LSD计算确定统计学显着性差异。平均值的标准误差也被计算出来，并在曲线图中表示为误差线。

结果与分析

N和P的积累和转运

图1给出了三个生长阶段的总氮和磷积累量。在两个生长季，夜间覆盖（NC）处理显着增加了拔节期，花期和成熟期的总氮积累量，并且增加了总磷积累量，这取决于成长阶段。 夜间覆盖生长期对总磷积累有显着影响（P = 0.05）。在成熟期，NC处理增加了两年中茎的N浓度，但对每个生物量级中的P浓度没有影响（图2）。因此，在成熟过程中茎中N累积量比对照样地高72-119％，而在两种温度处理之间各个生物量分数中P累积量没有显着差异（图3）。在2010/2011年生长季节，CK对全株植株的花后N和P积累进行了分析分别为8.2和3.6克每平方，显着高于NC图中5.9和2.1克每平方的值。NC处理使2010/2011生长季节的N转运量增加了26.3％，并且显着增强了转运的N对谷物N的贡献。在这两个生长季节中，N转运效率NC处理比CK处理低11-18％（表1）。NC处理增加了两个生长季节中磷的易位量和易位磷对籽粒磷的贡献（表2）。

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