太阳辐射减弱对冬小麦灌浆期叶绿素荧光及气体交换的影响

以冬小麦为供试材料,在大田试验条件下研究了模拟太阳辐射减弱对冬小麦旗叶光合色素、叶绿素荧光参数及气体交换的影响。试验中设计了15%、20%、40%、60%和100%(CK)自然太阳总辐射5种太阳总辐射处理,同时采用Diving-PAM叶绿素荧光仪和LCpro+光合仪测定了不同灌浆阶段作物叶绿素荧光及气体交换参数的动态变化。结果表明,太阳辐射减弱效应显著提高了冬小麦各灌浆期的叶绿素、叶黄素含量,但降低了Chla/Chlb和光合速率(Pn)。Fv/Fm、qP、Y(NO)、(1-qP)/NPQ及实际光量子效率(Yield)均随太阳辐射强度下降而呈现下降的趋势,而NPQ、Y(NPQ)和L(PFD)呈上升趋势。可见,太阳辐射减弱时冬小麦叶片会下调PSⅡ原初光化学反应的电子传递效率来适应光能不足的逆境胁迫(光化学猝灭系数qP的下降),同时降低电子递体(PQ)的活性(量子效率Yield降低),增加叶片热耗散,导致光合能力降低。

高浓度O_3及太阳辐射减弱对冬小麦PSⅡ光合活性及光能耗散的影响

为给地表太阳辐射减弱和O3浓度增加等大气环境变化条件下我国粮食生产和安全提供安全评估依据,利用开顶式气室(OTC)和黑色遮光网开展了1种熏气水平和2种辐射减弱程度的大田试验(野外CK,T1:遮光20%,T2:遮光40%,T3:O3浓度100 nL/L,T4:O3浓度100 nL/L与遮光20%复合,T5:O3浓度100 nL/L与遮光40%复合)。结果表明:T1、T2和T4组的Fv/Fm、L(PFD)与CK均相似且变化不明显,Yield、qP、Y(NO)、(1-qP)/NPQ分别较CK不同程度下降,而NPQ和Y(NPQ)较CK分别较大程度升高;T3—T5组的Fv/Fm,L(PFD)、Yield、qP、Y(NO)和(1-qP)/NPQ较CK不同程度降低,而NPQ和Y(NPQ)较CK分别显著升高且T5增幅显著大于T1—T4组。综上表明,复合胁迫下,冬小麦光能更多地向调节性热耗散途径分配,辐射减弱效应能使臭氧胁迫下冬小麦较好地自我调节以更好地适应逆境环境。尽管冬小麦对复合胁迫具有一定的适应能力,地表臭氧浓度升高和辐射减弱仍然是我国粮食生产中面临的一个重要问题。

O3浓度升高和太阳辐射减弱对小麦根际土壤微生物功能多样性的影响

采用开顶箱(OTC)法和遮光网技术,设置100 n L/L臭氧熏气与3个辐射减弱梯度结合,模拟臭氧浓度升高和太阳辐射减弱的复合大气背景。用BIOLOG生态测试板,采用孔平均颜色变化率法(AWCD)测定冬小麦根际土壤微生物利用不同碳源的能力,计算微生物群落多样性指数,对不同碳源的利用率进行了主成分分析。两年试验结果显示,臭氧熏气与太阳辐射减弱复合作用,降低了土壤微生物对碳源的利用速度和利用总量;除了聚合物以外其它碳源利用率显著降低;对土壤微生物多样性没有直接的影响;对碳源降解的抑制效应大于增强的O3与减弱的太阳辐射两因素各自的单独作用。太阳辐射减弱20%,一定程度上增加了对聚合物类的分解。O3熏气条件下太阳辐射减弱,糖类、胺类代谢变异度较高,受环境影响较大。

太阳辐射减弱对灌浆期冬小麦光合特性及膜脂过氧化水平的影响

以扬麦13为供试材料,通过大田试验方法研究了太阳辐射减弱对冬小麦灌浆期光合生理特性、保护酶系统及膜脂过氧化水平的影响.设置了5个太阳辐射减弱处理,各处理的太阳辐射强度分别为自然光照的100%(CK),60%,40%,20%和15%.结果表明:太阳辐射减弱导致冬小麦叶片的光合生理特性发生明显变化,表现为净光合速率(Pn)减少,气孔限制值(Ls)和蒸腾速率(Tr)显著降低,但胞间CO2浓度(Ci)却逐渐上升;随着太阳辐射减弱程度的增加,冬小麦叶片的CAT(过氧化氢酶),SOD(超氧化物歧化酶)和POD(过氧化物酶)活性均显著增加,表现出较高的抗性,但MDA(丙二醛)含量及EC(电导率)降低,说明太阳辐射减弱未使作物膜系统受到明显伤害;在太阳辐射减弱条件下,冬小麦光合色素的含量增加较明显,但w(Chla)w(Chlb)下降,对太阳辐射中偏向短波部分波段的吸收能力增强.综上所述,在太阳辐射减弱条件下,冬小麦灌浆期通过提高保护酶系统的活性避免细胞膜系统的膜脂过氧化伤害,同时提高w(Chlb)以增强光能的利用能力.尽管如此,由于太阳辐射能量的不足,作物的Pn仍持续下降,且主要是由非气孔因素引起.

太阳辐射减弱对冬小麦叶片光合作用膜脂过氧化及同化物累积的影响

为了探究气溶胶的太阳辐射减弱效应对农作物叶片生理特性及同化物累积的影响,以扬麦13为供试材料,在大田试验条件下系统研究了不同辐射减弱处理（100%、60%、40%、20%、15%）对冬小麦叶片光合作用、膜脂过氧化水平和同化物积累的影响。结果表明：太阳辐射减弱至自然光的60%-15%时,冬小麦叶片净光合速率减少15.8%-70.1%,光合色素的含量（叶绿素a、b和类胡萝卜素）显著提高,其中叶绿素b含量的增加最明显。太阳辐射减弱会抑制冬小麦叶片膜脂过氧化程度,减少细胞膜透性,且辐射减弱的程度越高,影响越大。当太阳辐射为自然光的60%-15%时,冬小麦叶片的可溶性糖含量比对照降低了32.22%-76.45%,可溶性蛋白含量降低了19.02%-48.12%,但总游离氨基酸含量比对照增加了47.46%-177.87%。上述结果表明,太阳辐射减弱后会减弱冬小麦光合作用,增加光合色素含量,抑制膜脂过氧化程度,从而导致作物体内同化物的累积受阻,糖类及蛋白质的含量显著降低,必然会影响作物的产量及品质形成。

麦田根际土壤反硝化作用对O_3熏气和太阳辐射减弱的响应

为研究臭氧浓度升高和太阳辐射减弱复合背景下,麦田土壤反硝化作用及N2O排放的变化,采用开顶箱(OTC)法和遮光网技术,设置3个臭氧浓度梯度及3个辐射减弱梯度,连续4a对小麦生长季麦田土壤进行臭氧浓度增加太阳辐射减弱以及它们的复合作用的试验。采用MPN(最大或然数)法测定反硝细菌的数量,用气相色谱法测定反硝化强度。结果显示反硝化细菌数量和反硝化强度受小麦生长发育的影响,在小麦成熟期收割后土壤反硝化细菌数量和反硝化强度增加得特别明显。O3连续作用3个生长季后,以及太阳辐射减弱处理,土壤反硝化菌和反硝化强度显著升高,N2O排放量显著增加。减弱的太阳辐射与增加的O3复合作用,在小麦的每个生育期均显著促进了反硝化菌数量增加和反硝化强度增强,促进率显著高于O3和遮荫的单独作用。结果说明,O3浓度增加以及太阳辐射减弱对土壤反硝化菌和反硝化强度均有一定的促进作用,减弱的太阳辐射与高浓度的O3两因素之间存在协作关系,太阳辐射减弱有利O3的吸收,增加O3伤害,促进反硝化过程。

地表太阳辐射减弱下麦田土壤酶活性及有效养分的动态变化

采用田间遮光试验模拟不同程度太阳辐射减弱,在大田中设置85%、80%、60%、40%、0%的遮光梯度种植冬小麦,观测了冬小麦生长发育进程的变化,对冬小麦不同生育期土壤过氧化氢酶、转化酶、脲酶的活性和土壤速效磷、钾、铁、锰进行了研究。结果显示,不同程度的遮光都延迟了冬小麦的生育进程,太阳辐射减弱程度越大,物候延迟越显著。遮光60%、80%的处理促进了小麦近根区和远根区过氧化氢酶的活性。各遮光处理均降低了土壤脲酶活性和生育后期土壤转化酶活性,遮光80%时最为显著地降低了土壤转化酶活性。太阳辐射减弱降低了近根区土壤速效钾、铁、锰含量,随着遮光程度的增加呈CK>40%>60%>80%的趋势。

太阳辐射减弱和O_3增加对冬小麦植株磷含量、分配和转运的影响

采用开顶式气室(OTC)和遮阳网模拟O3增加和地表太阳辐射减弱条件,测定冬小麦不同生育期不同器官的磷含量,并分析O3增加和太阳辐射减弱对植株体内磷含量、分配和转运的影响。结果表明,(1)太阳辐射减弱条件下冬小麦根、茎、叶和穗中磷含量均比自然光条件下显著增加(P<0.05),根和穗中磷的分配率降低,叶和生育后期茎中磷的分配率增加,植株营养器官中磷的总转运量(P<0.01)和转运率降低(P<0.05);(2)100nL.L-1O3处理(T)会增加根、茎、穗和生育后期叶中磷含量,降低乳熟期-成熟期根和穗中磷的分配率,增大成熟期茎和叶中磷的分配率,极显著降低根、茎、叶和营养器官中的磷转运量(P<0.01),增加叶和营养器官中磷的转运率。(3)O3增加和不同太阳辐射减弱的复合处理均会增加根、茎、叶和穗中磷含量,极显著降低植株根、茎、叶和营养器官中磷的转运量(P<0.01),降低穗和孕穗期-抽穗期根中磷的分配率(P<0.05),增加灌浆期-成熟期磷在茎和叶中的分配率(P<0.05),各复合处理对茎和穗中磷分配率的影响,随着太阳辐射减弱程度的增加而增大,并且在乳熟期-成熟期表现为协同作用。

太阳辐射减弱对冬小麦生长发育及产量的影响

[目的]研究太阳辐射减弱对冬小麦生长发育及产量的影响。[方法]通过盆栽模拟试验,设置不同的太阳辐射减弱梯度(自然光、70%太阳辐射、50%太阳辐射),研究太阳辐射减弱对冬小麦干物质积累及产量的影响。[结果]太阳辐射减弱使冬小麦生育期延长,穗、叶和茎等干物质积累减少。太阳辐射减弱下,有效穗数、穗粒数、穗重、千粒重等产量构成指标下降。[结论]太阳辐射减弱对冬小麦的生长发育和产量存在明显的抑制效应。

模拟太阳辐射减弱对不同播期冬小麦田N_(2)O排放影响及光谱估算

太阳辐射减弱是全球气候变化的主要特征之一。太阳辐射减弱对农田氧化亚氮(N_(2)O)排放有何影响以及能否基于高光谱遥感进行估算,尚未见报道。通过田间模拟试验,探讨了不同遮阴强度下不同播期对冬小麦田N_(2)O排放的影响及基于冠层高光谱变量估算N_(2)O排放通量。采用普通黑色遮阳网覆盖冬小麦植株冠层,以模拟太阳辐射减弱。遮阴强度设3个水平,即对照(CK,不遮阴,遮阴率为0)、中度遮阴(S1,遮阴率为61.85%)和重度遮阴(S2,遮阴率为83.91%);播期设2个水平,即常规播期(T)和晚播(L)。结果表明:①遮阴显著提高了冬小麦农田N_(2)O排放量,即S2>S1>CK;晚播明显降低麦田N_(2)O排放量。②冬小麦冠层光谱反射率与N_(2)O排放通量的敏感波段,主要在红光波段和近红外波段,拔节期呈显著正相关,最大相关系数为0.92,孕穗—抽穗期呈显著负相关,最大负相关为-0.75。6种植被指数与N_(2)O排放通量呈显著相关性,其中NLI(非线性植被指数)与N_(2)O排放通量的相关系数最佳,为0.93(拔节期)、-0.77(孕穗—抽穗期)。③于拔节期建立了以NLI和629、630 nm原始反射率(ρ629、ρ630)为参数估算N_(2)O排放通量的逐步回归模型,建模集和验证集决定系数R^(2)分别为0.89和0.83;于孕穗—抽穗期建立了以ρ1072、ρ760为参数估算N_(2)O排放通量的双变量模型,R^(2)分别为0.70和0.75。研究认为,通过构建高光谱遥感参数模型估算农田N_(2)O排放量是可行的,这为进一步开展区域农田N_(2)O排放量遥感监测提供了试验参考依据。

太阳辐射减弱对冬小麦旗叶光合速率的影响

以冬小麦扬麦13号为供试材料,设计了15%(T15)、20%(T20)、40%(T40)、60%(T60)和100%(CK)自然光5个处理,在大田条件下研究了模拟太阳辐射减弱对冬小麦旗叶光合速率日变化及其影响因素的影响.结果表明:太阳辐射减弱显著提高了冬小麦叶绿素和叶黄素含量,降低了光合速率(Pn).不同辐射减弱条件下冬小麦Pn日变化差异较大,日最高值表现为CK>60%自然光>40%自然光>20%自然光>15%自然光,其中CK呈双峰曲线变化,有明显的"午休"现象,其他各处理均呈单峰型曲线变化,"午休"现象不明显,但峰值出现时间滞后.相关分析表明,太阳辐射减弱是影响Pn日变化的主导因子,但其他因子也显著影响Pn.与CK相比,60%和40%自然光处理中光合有效辐射(PAR)、叶温(Tl)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)与Pn均呈显著正相关,表明上述因子对Pn有正效应;冬小麦叶片胞间二氧化碳浓度(Ci)和气孔导度限制值(Ls)在60%和40%自然光处理中与Pn呈显著负相关,但在20%和15%自然光处理中与Pn呈显著正相关,说明太阳辐射强度高于40%自然光时Ci和Ls对Pn有负效应,太阳辐射强度低于40%自然光时则为正效应.

太阳辐射减弱条件下冬小麦光合作用和干物质生产的模拟

为了深入了解太阳辐射减弱对冬小麦光合作用及产量的影响,在大田试验条件下设置了自然太阳总辐射(CK)、60%CK、40%CK、20%CK和15%CK5个太阳辐射处理组,同时测定了太阳辐射变化对不同生育期冬小麦光合作用及干物质生产的影响。在此基础上,对单叶光合速率、生理年龄、温度、CO2和叶面积指数等因子的影响函数进行了修订,建立了反映太阳辐射变化对冬小麦光合作用和干物质生产影响的作物生长模型。结果表明:该模型能较好地反映太阳辐射减弱条件下冬小麦光合速率和干物质生产的变化,其中光合速率和总干物质质量的平均相对误差分别为4.1%和8.3%,在水肥充足条件下,与对照CK相比,60%～15%CK处理的冬小麦光合速率和总干物质质量分别下降了23%～48%和35%～57%。

地表太阳辐射减弱对小麦根际土壤微生物碳代谢指纹的影响

采用遮荫网设置4个太阳辐射通量梯度(20%、40%、60%、100%),对小麦生长季麦田土壤进行太阳辐射减弱的试验,用BIOLOG生态测试板(ECO MicroPlate),采用孔平均颜色变化率法(average well-color development,AWCD)测定不同太阳辐射通量处理下的冬小麦根际土壤微生物利用单一碳源的能力,计算微生物群落多样性指数,对不同碳源的利用率进行主成分分析,重复2年的试验,研究太阳辐射减弱对麦田土壤微生物多样性的影响。结果表明:1)太阳辐射减弱,土壤微生物对单一碳源的利用速度降低,碳源分解的总量降低;2)土壤微生物优势种群、群落丰富度和个体数量在群落中的分布状况未受到太阳辐射减弱的直接影响;3)微生物对大多数碳源的代谢能力减弱,糖类代谢受辐射减弱的影响最大,变异度最高。结果说明,小麦根际土壤微生物碳代谢受地表太阳辐射减弱的影响,这为了解大气环境变化对土壤微生态的影响提供了参考。