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《南京信息工程大学》 2011年
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太阳辐射减弱对冬小麦生理生化及产量的影响研究

麦博儒  
【摘要】:当前,太阳辐射减弱所引起环境效应受到了人们的广泛关注。近年来,中国地区大气气溶胶的浓度、大气浑浊度及灰霾日数增加导致到达地表的太阳辐射呈现降低趋势,其中长江三角洲地区的降低较明显。本研究通过大田试验及模型模拟方法系统研究了太阳辐射减弱对冬小麦生长发育、光合生理特性、干物质累积及分配、产量的影响,建立、修订光合作用及干物质生产模型。通过作物模式分析了辐射减弱条件下农作物干物质的累积和分配特征,提出了模式的改进措施,为全面准确评估气候变化对我国主要粮食作物产量的影响提供依据。主要结果如下: (1)在太阳辐射减弱条件下,冬小麦叶绿素(Ch1)、类胡萝卜素(Car.)和叶黄素(Xanthophy)的含量明显上升,增强了作物对光能的吸收和利用能力。从拔节期至成熟期,60%-40%自然光处理降低了叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、水分利用率(WUE)和气孔导度限制值(Ls),增加了胞间二氧化碳浓度(Ls)。在同样的辐射减弱条件下,上述变量对光强的敏感度明显受到抑制。太阳辐射减弱条件下,冬小麦叶片光合系统未发生光抑制或光破坏,因此其最大量子效率和初始荧光上升。辐射减弱显著抑制光合系统Ⅱ(PSII)反应中心的吸收与利用光能的能力、光化学猝灭系数(qP)及叶片的电子递体(PQ)的活性,增加了PSII吸收的光能向热耗散途径分配的比例。60%-40%自然光处理显著增强冬小麦叶片的过氧化物酶(POD)、超氧化歧化酶(SOD)活性,提高丙二醛(MDA)和电导率(EC)的含量,有效清除了自由基对质膜系统的伤害。太阳辐射减弱降低叶片可溶性糖、可溶性蛋白质的含量,但促进总游离氨基酸的累积。 (2)60%-20%自然光条件下,冬小麦增加株高(PH)和叶面积(LA),降低单位叶重(LMA)、根干物质比(RMR)、茎干物质比(SMR)和根冠比(LCR),提高叶干物质比(LMR)、叶重分数(LMF)、叶面积比(LAR)和叶面积-根干物重比(LARMR)。上述调整一定程度上提高了光能的获取和利用能力,但不足以弥补光能不足所带来的影响,因此总生物量(TB)净同化率(NAR)和相对生长率(RGR)持续下降。 (3)修订的WheatGrow(WG)模型能较好地反映太阳辐射减弱条件下冬小麦光合作用和干物质生产的变化。在水肥充足条件下60%、40%自然光处理的冬小麦光合作用和总干物质质量分别下降了23%、31%,35%、41%,籽粒产量下降了34.08%和47.91%。在极端情况下,20%和15%自然光处理的冬小麦光合速率、总干物重及籽粒产量分别下降了46%和48%,56%和57%,88.31和87.40%。 (4)CERES-Wheat模型一定程度上能反映太阳辐射减弱对冬小麦干物质的累积的影响,但未能反映干物质在不同器官中的分配特征。60%-15%自然光条件下,冬小麦总生物量下降了37.61%-71.69,根、茎和叶生物量分别下降了46.49%-57.30%、21.7-76.76%和51.8%-66.2%。
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