不同土壤湿度条件下空气湿度升高对小麦产量形成的机理研究

随着全球气候变暖，空气中水汽含量逐年升高，高空气湿度可能成为继高温胁迫后限制小麦生产的另一重要气候因素。但目前关于小麦产量对空气湿度变化的响应机理尚鲜见报道。本研究通过盆栽和人工气候室相结合的方法，在不同土壤湿度条件下设置不同空气湿度处理，以产量为主线，通过对开花期至成熟期不同阶段土壤湿度和空气湿度的调控，在明确其对空气导度、蒸腾速率、光合速率的影响的基础上，探讨叶片中氮素的分配再分配、茎中过聚糖的积累运转、籽粒中淀粉的合成等响应机理，及不同基因型品种对空气湿度变化的反应差异，以期明确不同土壤湿度条件下空气湿度升高对小麦产量的影响及其生理生化基础，为提高江汉平原小麦籽粒产量，有效应对由于二氧化碳和水汽浓度升高而导致的全球变暖对小麦生产的不利影响提供理论依据。

摘要：江汉平原为湖北省小麦主产区之一，小麦孕穗至成熟期空气相对湿度偏高是限制该地区小麦籽粒产量提高的重要气候因素。旨在研究空气相对湿度升高对小麦的产量效应，以期为提高江汉平原小麦籽粒产量奠定理论基础。在系统分析江汉平原近30年空气相对湿度分布特征的基础上，通过人工气候室等设施于小麦孕穗期、开花期、灌浆中期进行高空气湿度处理（处理时间为10 d），并以外界空气湿度处理为对照，于处理第5天、处理第10天、恢复后第5天、恢复后第15 天等时期取样，分析空气相对湿度升高对小麦旗叶光合特性、旗叶及倒三叶SPAD值、叶片衰老进程、根系活力、株高、干物质积累量、籽粒产量及产量构成因素等的影响。结果表明，（1）1983—2013年江汉平原空气相对湿度呈不规则震动，2—5年为一个周期，孕穗期空气相对湿度达78%以上年份有12个；2011—2012年度及2012—2013年度江汉平原小麦孕穗期空气相对湿度偏高，平均分别为77.4%和79.1%；表明江汉平原小麦孕穗期高空气湿度天气频繁出现。（2）人为增加空气相对湿度达100%条件下，与对照相比，旗叶及倒三叶SPAD值均降低，其中高空气湿度处理第5天差异不显著，第10天差异达显著水平；恢复正常空气湿度后，高空气湿度处理与对照间差异幅度缩小，但仍低于对照水平。（3）空气湿度升高对旗叶光合速率的影响与SPAD一致，即空气相对湿度升高，旗叶光合速率下降，撤除高空气相对湿度处理后，旗叶光合速率与对照间差异减小。（4）人为增加空气相对湿度达100%条件下，分析旗叶及倒三叶丙二醛含量及根系活力表明，空气相对湿度升高，叶片膜质过氧化加速、根系活力降低，撤除高空气湿度处理后，叶片膜质过氧化程度及根系活力与对照间差异幅度均减小，但仍显著低于对照水平，表明高空气湿度对叶片衰老及根系活力的副效应是不可逆转的。（5）空气相对湿度升高，植株干物质积累量及籽粒产量均显著降低，成熟期干物质积累量较对照降低5.5%，籽粒产量降低10.0%，其中籽粒产量降低归因于穗粒数和穗粒重的降低，分析表明穗粒数较对照降低6.0%，穗粒重较对照降低4.2%。在本试验条件下，空气相对湿度升高导致小麦旗叶光合速率等光合指标下降、膜质过氧化加速、根系活力降低，最终生物产量（含株高）和籽粒产量均显著降低，其中籽粒产量的降低主要归因于穗粒数的降低，其次为穗粒重。