灰霾引起的太阳辐射变化对小麦产量以及产量构成因素的影响
*景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^351916072*
e wheat yield, medium (T1) and severe (T2) haze respectively, the yield declined by 9% and 13%, and diffuse radiation fraction increased can in a certain extent make up for the total radiation decreased the negative impact. In mild and severe haze under the grain number per spike were decreased by 6.57% and 10.47%, the decline reached significant level. Panicle number per mu respectively, a decrease of 3% and 5%, all reached significant level; 1000 grain weight were decreased by 2.25% and 8.96%, T1 was not reached, T2 to significant level.我国中东部地区（100°E以东，42°N以南）频繁发生灰霾天气。灰霾发生率最高的季节是冬季，约占全年霾日数的五分之二，其次是秋春季节，夏季发生灰霾天气的频率较低[1]。小麦属长日照作物，秋冬春恰处冬小麦生长发育的时期，因此灰霾对其影响时间长。引起灰霾的主要物质为气溶胶，但具体物质成分非常复杂，近年来中国工业化与城市化建设的快速发展，生产或生活所排放的气溶胶越来越多，灰霾现象频繁发生[2,3]。灰霾主要通过改变太阳辐射而影响作物的生长发育，即大气中的气溶胶粒子吸收、反射太阳辐射，使地面接受太阳辐射减少[4]。近年来随着灰霾发生频率的增加，到达地面的太阳总辐射量呈下降趋势，但散射辐射量却没有明显下降，甚至产生了上升的趋势[5]。灰霾引起的太阳总辐射减弱造成作物的总生物量和收获指数下降[6]。王春乙等[7]对南京地区水稻、小麦的研究表明，产量均随着大气气溶胶量的增大而减小，但减少趋势逐渐减缓，且冬小麦减少的趋势比水稻大。此外，散射辐射比例的增大，作物冠层下方所接收的散射光增加，会对产量构成因素产生积极的影响，即“肥料效应”[8]。本文以小麦（宁麦13）为材料，采用塑料薄膜模拟不同程度灰霾天气条件对小麦产量及产量构成因素的影响，为今后模拟研究灰霾对小麦产量及产量构成因素的影响提供数据支持。1材料与方法1.1 试验材料与地点试验小麦品种为宁麦13。地点位于江苏省农业科学院内试验田（32.03 N，118.87 E），属亚热带季风气候，年平均气温17.8 ℃，年日照时数1687 h，年平均降水量1034 mm，降水集中在6-9月，其降雨量占全年的60~70% [9]。1.2 试验设计1.2.1土壤理化分析试验前测定土壤理化性质见表1。表1 供试土壤基础理化特性Table 1 Soil physicochemical properties生长季Grow season土壤有机质 Soil organic matter (g·kg-1)全氮Total N (g·kg-1)全磷(P) Total phosphorus(g·kg-1)全钾(K)Total K(g·kg-1)碱解氮 Available N (mg·kg-1)有效磷 Available phosphorus (mg·kg-1)小麦季Wheat season17.491.291.8012.5186.818.341.2.2灰霾程度的确定根据长江中下游地区上海站点（2012年11月–2013年6月）空气质量指数（AQI，air quality index）及其相对应的来源于中国气象局总辐射和散射辐射比例观测值之间的关系，确定不同程度的灰霾情况见表2。表2空气质量等级与总辐射、散射辐射比例的关系Table 2 The relationship between air quality and changes of radiation空气质量等级（AQI）Air quality levels总辐射下降比例Declining proportion of total radiation(%)散射辐射比例Proportion of diffuse radiation(%)优良（0-100）Good air quality0≤50轻度污染（101-150）Mild air pollution11-2151-59中度污染（151-200）Moderate air pollution22-3260-68重度污染（201-300）Severe air pollution33-5469-871.2.3试验设计小麦播种时间为2014年11月9日，灰霾处理从拔节期开始（2015年3月21日），至收获结束(2015年5月29日)，于晴天8:00～17:00，在2m高度处覆盖PE农用膜（仅顶部遮荫，四周不遮荫）模拟灰霾天气。试验所用PE膜的厚度为0.12mm，小区面积为4m*5 m。采用随机区组设计，设置3个处理，共9个小区（3个处理，3个重复），其中，T1处理采用一层膜，模拟中度灰霾，总辐射下降约15%、散射辐射比例约55%；处理T2，采用三层膜，模拟重度灰霾，总辐射下降约44%，而散射辐射比例为78%；处理CK，自然条件。处理期间若遇到不良天气，如阴天、雨雪天气等不进行覆膜，其他栽培措施均严格按照正常管理来进行。1.3 测定项目1.3.1 环境数据测量环境数据测定由数据采集器CR1000 (Campbell Scientific Inc.)进行自动采集，采集项目包括冠层上方1.5 m处的气温、相对湿度、太阳总辐射、光合有效辐射以及地下3 cm处土壤温度，数据采集频率为每1 min采集1次，取30 min平均值。1.3.2产量及产量构成因素测量小麦成熟期，每处理每重复用测产框选取1m*1m的面积进行小麦测产并进行考种，测量单位面积有效穗数、每穗粒数、千粒重。1.3.3 数据处理方法本试验数据均采用Microsoft Office Excel软件进行数据处理，SPSS软件进行统计分析。2结果与分析2.1不同程度灰霾对小麦产量的影响不同灰霾条件对小麦产量的影响结果如图1所示。自然条件（CK）、中度灰霾（T1）、重度灰霾（T2）的平均产量分别为6716.8kg/ha、6113.5kg/ha、5811.2kg/ha。从图可得知与CK相比，T1和T2下小麦产量均显著下降，T1使小麦产量减少603.3kg/ha，幅度约为9%； T2使小麦产量减少905.5kg/ha，幅度约为13%。这说明模拟灰霾引起的太阳辐射变化会显著降低小麦的产量，且降低幅度随着灰霾程度的增加而增加。图1不同程度灰霾对小麦产量的影响Fig.1 Effect on yield of wheat by haze2.2不同程度灰霾对小麦产量构成因素的影响2.2.1灰霾对单位面积有效穗数的影响不同灰霾条件对小麦单位面积有效穗数的影响如图2所示。试验数据表明自然条件(CK) 、中度灰霾(T1) 、重度灰霾(T2)平均穗数分别为552穗/m2、536穗/m2、525穗/m2。与CK 相比，T1小麦的有效穗数下降16穗，幅度约3%，差异不显著；T2有效穗数下降27穗，幅度约5%，差异不显著。有效穗数的形成与有效分蘖数相关，但分蘖在拔节之前，本次试验进行模拟灰霾处理是从拔节期开始的，造成有效穗数差异不显著。图2 不同程度灰霾对小麦穗数的影响Fig. 2 Effect on spike number of wheat by haze2.2.2 灰霾对穗粒数的影响不同灰霾条件对小麦穗粒数的影响如图3，试验数据表明自然条件(CK) 、中度灰霾(T1) 、重度灰霾(T2)，三者之间差异显著。CK、T1、T2平均穗粒数分别为49、46、44（粒）。与CK相比，T1下降约6.57%，差异显著；T2下降约10.47%，差异显著。影响穗粒数主要在花前，此时小麦植株对环境条件变化最为敏感。若此时光照条件不充分，则会引起流向麦穗的光合同化物衰减，大量小花分化过程受到阻碍或者分化之后败育，导致穗粒数下降。此外，有关研究表明遮光存在一个临界期，减少光照过程若在临界期之前，穗粒数减少量与光辐射减少量呈线性相关。如再继续减少光照，就会引起质变，导致大量花不育或不结实，此次试验的遮光量虽已造成穗粒数大幅度下降，但均未达到“临界值”。图3 不同程度灰霾对小麦穗粒数的影响Fig.3 Effect on grain number per spike of wheat by haze2.2.3 灰霾对千粒重的影响不同灰霾条件对小麦千粒重的影响如图4。千粒重由小麦的灌浆速率决定的，有研究表明，对千粒重影响最大的时期是开花10天以后，此时灌浆开始，辐射下降会抑制灌浆期营养物质转运[10]。试验结果表明自然条件(CK)、中度灰霾(T1)、重度灰霾(T2)千粒重分别为42.32g、41.37g、38.53g。与CK 相比，T1小麦的千粒重下降0.95g，幅度约2.25%，差异不显著；T2小麦的千粒重下降3.79g，幅度约8.96%，差异显著。图4 模拟不同程度灰霾对小麦千粒重的影响Fig. 4 Effect on 1000-grain weight of wheat by haze2.2.4 灰霾对收获指数的影响收获指数为产量/生物量的比值。理论上，太阳辐射中散射辐射比例增大，导致小麦冠层与底层的光辐射量差减小，叶面积指数增加，延长了冠层底部的光合生产能力，使得收获指数略低。收获指数试验数据如图5所示自然条件(CK)、中度灰霾(T1) 、重度灰霾(T2)的收获指数分别为51.03%、50.86%、49.32%。与CK相比，T1下降约0.34%，差异不显著；T2下降约3.36%，差异不显著。图5 不同程度灰霾对小麦收获指数的影响Fig. 5 Effect on harvest index of wheat by haze3讨论与结论灰霾不仅会显著减少到达小麦光合器官的太阳总辐射，同样也会改变散射辐射占总辐射的比例。随着太阳总辐射的降低，小麦的产量也随之下降，各产量构成因素也随之下降[10-12]。与对照相比，本次试验T1、T2分别总辐射下降了9%、13%。Chameides在研究中指出，太阳总辐射下降百分比与作物产量下降百分比呈1:1的关系[13]，但本次试验数据表明，产量下降百分比均小于总辐射下降的百分比，散射比例的增加有利于小麦的光合作用，从而弥补了一部分产量的下降，即“肥料效应”。本次试验采用0.12mm厚的农用PE膜来模拟灰霾天气，通过改变使用PE膜的层数模拟不同程度的灰霾天气，研究灰霾引起的太阳辐射变化对小麦产量以及产量构成因素的影响。太阳辐射的变化可显著地影响小麦的光合作用、养分吸收及物质分配等生理作用，对小麦的光能利用率、叶面积指数、干物质积累和分配以及小麦最终产量均具有不同程度的影响，最终影响作物产量。拔节期之后模拟灰霾，导致的太阳辐射降低，光合同化物降低，主要影响穗粒数。在小麦抽穗扬花期时，导致部分花不育或不结实，从而引起穗粒数的降低；在小麦灌浆期时，导致部分籽粒灌浆受阻，但是由于散射辐射的抵消作用，千粒重的减少不显著。产量构成因素单位面积穗数在拔节期之前已决定，而本次试验处理于拔节期开始，因此处理间差异不显著。此外，灰霾对收获指数也有所影响，但并不显著。综上所述，穗粒数是受灰霾影响最大的产量构成因素，其次是千粒重，若在灰霾发生频率较大地区栽培小麦，应优先考虑大穗型品种，尽可能地提高群体光合效率和物质生产能力。因试验条件有限，小麦品种仅局限于冬小麦，试验地点仅为长江中下游的南京地区，在其他小麦品种及气候型地区模拟灰霾，是否对小麦产量构成因素造成影响尚待进一步研究。致谢参考文献宋连春. 1961-2012年中国冬半年霾日数的变化特征及气候成因分析[J]. 气候变化研究进展, 2013, 9(5): 314-318.吴兑. 近十年中国灰霾天气研究综述[J]. 环境科学学报, 2013, 32(2): 257-269.孙彧, 马振峰, 牛涛等. 最近40年中国雾日数和霾日数的气候变化特征[J]. 气候与环境研究, 2013, 18 (3): 397-406. 麦博儒. 太阳辐射减弱对冬小麦生理生化及产量的影响研究[D]. 南京:南京信息工程大学. 2011: 87-92.翟微. 大气气溶胶辐射效应对长江三角洲地区主要作物生产的影响[D]. 北京:中国气象科学研究院, 2006: 15-19.裴保华. 模拟林木遮光对小麦生育和产量的影响[J]. 河北农业大学学报. 1998, 21 (1) : 1-5.王春乙. 气溶胶浓度增加影响作物生产[N]. 中国气象报. 2007-12-31.王伟男. 田间开放式模拟灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量及产量构成的影响[D]. 南京大学. 2015:29-41.林杰, 张金池, 吴玉敏, 彭桂兰, 施开分, 李海东. 南京市水土流失的现状、原因及防治对策[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2008, 32(2): 43-46.Mu H.R., Lan X. 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目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1材料与方法2
1.1试验材料与地点2
1.2试验设计2
1.2.1土壤理化分析2
1.2.2灰霾程度的确定2
1.2.3试验设计2
1.3测定项目3
1.3.1环境数据测量3
1.3.2产量及产量构成因素测量3
1.3.3数据处理方法3
2结果与分析3
2.1不同程度灰霾对小麦产量的影响3
2.2不同程度灰霾对小麦产量构成因素的影响3
2.2.1灰霾对单位面积有效穗数的影响3
2.2.2灰霾对穗粒数的影响4
2.2.3灰霾对千粒重的影响4
2.2.4灰霾对收获指数的影响5
3讨论与结论5
致谢6
参考文献7
灰霾引起的太阳辐射变化对小麦产量及产量构成因素的影响
引言
引言
原文链接：http://www.jxszl.com/nongxue/zwbh/52217.html
