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CO_2浓度倍增与介质施氮对冬小麦物质生产及氮素利用的影响

王佩玲  
【摘要】: 大气CO2浓度升高对植物生长影响是当前国内外研究的热点问题之一,该研究在国外开展较早,而我国主要研究开始于20世纪90年代末,主要集中在大气CO2浓度增加对作物生物学指标、生理指标以及产量性状影响方面的研究,将几种因素综合考虑的较少,资料相对贫乏,而且一些结果仍需进一步验证。本研究采用开顶式气室(Open Top Chambers,OTCs),以冬小麦(Triticum aestivum L.)为供试作物,通过土培实验,研究大气CO2浓度倍增对生长在不同介质施氮水平(不施氮(N0)、每千克土施氮0.15g(N1)和0.30g(N2))下冬小麦品种光合荧光特性、生长发育、冬小麦产量构成及氮素分配利用的影响。研究获得以下主要进展: 1.实验表明,与背景CO2浓度相比,大气CO2浓度升高对不同生育时期冬小麦叶片的叶绿素含量、各荧光参数值和净光合速率均有影响,不施氮条件下随大气CO2浓度增加各主要生育期叶片叶绿素含量均显著降低,Fo值有不同程度升高,Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo值及净光合速率有不同程度地下降,这表明大气CO2浓度升高使低氮营养下作物PSⅡ受到的光损伤增加,对其电子传递、电子受体QA氧化还原、最大光化学效率和潜在活性有一定的抑制作用,光合系统的光能转换和碳固定能力降低。同时,不同介质施氮水平对冬小麦各主要生育期叶片叶绿素含量、荧光参数值和净光合速率也有不同程度的影响,在高浓度CO2下,施氮可使两个基因型冬小麦叶绿素含量和Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo明显增加,N1、N2水平显著高于N0水平,但两个施氮处理(N1和N2)间差异大都不显著。 2.大气CO2浓度倍增对两基因型冬小麦叶面积、株高、成熟期茎长、穗下第一节间长、穗长有均有一定影响,但影响程度与介质施氮有关,N0处理时,大气CO2浓度倍增对冬小麦生长状况影响均不显著,基因型间差异也不明显;N1、N2处理下,大气CO2浓度倍增后,除叶面积外,显著增加了其它各个生长指标值。介质不施氮时,大气CO2浓度升高对小偃22号和小偃6号产量的影响不明显,介质施氮后大气CO2浓度升高使得两基因型冬小麦的产量显著增加,对小偃22号产量的影响大于小偃6号,穗数和穗粒数增加是提高产量的主要原因。另外,大气CO2浓度倍增后株高的变化与穗下第一节间长增加相关,而且均受施氮水平调节。同时,增加施氮水平有利于大气CO2浓度升高后叶片保持较高光合面积,接受更多光能。 3.大气CO2浓度倍增后对两基因型冬小麦的氮素含量有一定影响,但影响大小取决于介质施氮水平、器官部位和生长时期。CO2浓度倍增升高不利于增加冬小麦各器官氮素含量,在生育后期表现的尤为明显,其中,对根部的影响较小,对其它部位影响较为显著。供氮介质不足时,大气CO2浓度倍增对两基因型冬小麦成熟期氮素累积量有负面效应,小偃6号和小偃22号氮收获指数也明显下降,增施氮肥后,当大气CO2浓度升高时作物体氮素累积量显著增加,氮收获指数均随施氮量增加而增加,以高产高氮效品种小偃22号表现尤为明显。 以上结果初步证明,在本实验条件下,当介质氮素供应不足时,大气CO2浓度倍增对作物代谢及生长发育等指标总体上表现为抑制作用或者效应不显著,但介质施氮肥后可以明显改善这种由大气CO2浓度升高给作物带来的不利影响,可明显促进作物生长发育,说明大气CO2浓度升高与介质施氮对冬小麦生长发育具有明显正交互效应。研究结果虽然充分证明了基本假设“大气CO2浓度倍增和介质施氮水平对作物物质生产及氮素利用存在正交互作用”,但对“不同品种影响程度与施氮水平有关”尚未完全证明,且对大气CO2浓度对作物的影响机理尚未研究清楚,在今后的实验中仍需进一步研究证明。


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