灰霾导致的太阳辐射变化对水稻冠层微气候的影响
灰霾天气导致到达地面的太阳总辐射下降及散射辐射比例增加，从而影响作物生长和产量。为研究灰霾对作物冠层微气候的影响，利用PE塑料薄膜作为覆盖材料，在2015年进行田间模拟不同程度灰霾处理试验，对太阳辐射和冠层微气候进行了持续观测。结果表明试验装置可以较好的模拟不同程度灰霾条件下的太阳辐射变化。可为进一步研究灰霾对作物生长和产量的影响提供了有效的田间试验手段和技术支持。
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
1.3观测项目与方法2
1.3.1大田环境数据的测定2
1.3.2产量及产量构成因素测量2
2结果与分析2
2.1模拟灰霾装置对太阳辐射及散射辐射的控制效果2
2.2模拟灰霾装置对田间微气候的影响3
3讨论4
3.1灰霾天气的成因比较复杂4
3.2未考虑光质的变化情况4
3.3装置操作有待改善4
4结论4
致谢4
参考文献5
灰霾导致的太阳辐射变化对水稻冠层微气候的影响
引言
引言
随着经济的快速发展，工业化以及城市化进程逐步加快，化石燃料消耗量剧增，土地利用情况也发生变化（由森林、草地向耕地以及由农林用地向城建和工业用地转变），导致地球空气污染加重，灰霾天气发生频率逐渐增加[12]。作为地表能量的直接来源太阳辐射，也会受到灰霾天气的影响。未来在没有经济可行的可再生或替代能源的情况下，化石燃料消耗和土地利用方式改变仍将继续增加和加快，从而使我国灰霾问题持续加重。由于灰霾天气影响范围大，持续时间久，并且在我国经济发达的作物高产地区（长江中下游、华北和华南）发生的频率和强度更大[34]，其对我国作物生产的影响可能不小于其它类型的极端天气事件（如高温、干旱、冷害和冻害等），从而直接威胁我国粮食安全。
灰霾会导致到达地面的太阳辐射减少。1955?2000的45年间，我国太阳辐射平均每年下降3.1 W m2[5]。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
但是，灰霾在导致到达地面的太阳辐射减弱的同时，也使得地面太阳辐射中散射辐射的比例增加[69]。散射辐射在作物冠层中的衰减速率低于直射辐射，因此其在冠层中的分布比直射辐射更均匀（即下部叶片接受到的散射辐射更多），从而提高整个作物冠层的光能利用率[10]。散射辐射比例增加对作物产量的促进作用被称为“散射辐射的肥效作用（diffuseradiation fertilizationeffect）” [1112]。国内外关于灰霾对作物影响的研究主要以模型预测阶段，缺乏有效模拟灰霾的田间试验设备进行数据支撑和检验，因而影响了模拟研究结果的可信度。
本研究根据不同程度灰霾条件下太阳辐射变化情况，确定了轻、中和重度灰霾条件下太阳辐射变化情况，从而选择合适的聚乙烯塑料薄膜作为覆盖材料，模拟不同程度灰霾导致的太阳辐射变化，并通过与自然条件下的太阳辐射变化及冠层微气候的持续观测及对比分析，评价其运行效果，为进一步研究灰霾对作物生长和产量的影响提供有效的田间试验手段和技术支持。
1 材料与方法
1．1 试验材料与地点
试验于2015年7月10月，以单季水稻品种‘南粳46号’为研究对象，在江苏省农业科学院试验田（32.03oN，118.87oE）进行。田间管理及施肥、灌溉按照当地高产田水平管理。
1．2 试验设计
根据长江三角洲地区上海站点的空气质量指数（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的观测值之间的关系，确定轻度灰霾条件下总辐射下降1121%，散射辐射比例为5159%；中度灰霾条件下总辐射下降2232%，散射辐射比例为6068%，重度灰霾条件下总辐射比例为3354%，散射辐射比例为6987%。由于轻度灰霾在自然条件下经常出现且造成的太阳辐射变化比较小，因此本试验以模拟中度和重度灰霾为主。利用SPN1型太阳辐射计（DeltaT Devices公司，英国）测定农用PE膜透光率及散射辐射比例，并与对照（无覆盖塑料薄膜）进行比较，选取1层和3层120μm厚度PE塑料薄膜作为覆盖材料，分别模拟中度和重度灰霾。
设置3个处理，分别为CK、T1（中度灰霾）、T2处理（重度灰霾）。采用随机区组设计，每处理3 次重复。每个小区面积为20 m2, 其中南北方向边长为4m, 东西向边长为5m,高度为2 m。灰霾模拟从作物拔节期开始，至收获结束，于晴天的 08:00～17:00 覆膜处理。灰霾模拟装置与对照小区处于同一大田中，最大限度保证作物其他生长条件与自然条件下一致。 处理期间遇到不良天气，如阴天、下雨等不进行覆膜。
1．3 观测项目与方法
1．3．1 大田环境数据的测定
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处气温、相对湿度以及地下3 cm处土壤温度。数据采集频率为 1 min采集1次，记录每 30 min 的平均值。
1．3．2 太阳辐射及散射辐射数据的测定
由 SPN1 型日照强度计（DeltaT Devices Ltd.）自动采集，采集频率为1 min采集1次，记录每 30 min 的平均值。
2 结果与分析
2．1 模拟灰霾装置对太阳辐射及散射辐射的控制效果
为检验田间模拟灰霾装置对太阳总辐射的控制效果，水稻生长季的关键生育期内各选有代表性的晴天，分析计算每日 08:00～17:00 试验处理期间太阳总辐射数据随时间的变化（图 1）。结果表明，与CK 相比，试验T1、T2太阳总辐射分别下降18%和30%。
图1 2015年关键生育期典型晴天总辐射的日变化
Fig.1 Diurnal time course of total radiation on clear days in key rice development stages in 2015
田间模拟灰霾装置对散射辐射的控制效果（图 2）。将测定的太阳总辐射和散射辐射用于计算散射辐射比例（散射辐射/太阳总辐射），试验T1、T2散射辐射比例分别为67%和87%。根据太阳总辐射及散射辐射比例的测定结果，可以得出基本达到了中度和重度灰霾的模拟效果。
图2 2015年关键生育期典型晴天散射辐射及其散射辐射比例的日变化
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
1.3观测项目与方法2
1.3.1大田环境数据的测定2
1.3.2产量及产量构成因素测量2
2结果与分析2
2.1模拟灰霾装置对太阳辐射及散射辐射的控制效果2
2.2模拟灰霾装置对田间微气候的影响3
3讨论4
3.1灰霾天气的成因比较复杂4
3.2未考虑光质的变化情况4
3.3装置操作有待改善4
4结论4
致谢4
参考文献5
灰霾导致的太阳辐射变化对水稻冠层微气候的影响
引言
引言
随着经济的快速发展，工业化以及城市化进程逐步加快，化石燃料消耗量剧增，土地利用情况也发生变化（由森林、草地向耕地以及由农林用地向城建和工业用地转变），导致地球空气污染加重，灰霾天气发生频率逐渐增加[12]。作为地表能量的直接来源太阳辐射，也会受到灰霾天气的影响。未来在没有经济可行的可再生或替代能源的情况下，化石燃料消耗和土地利用方式改变仍将继续增加和加快，从而使我国灰霾问题持续加重。由于灰霾天气影响范围大，持续时间久，并且在我国经济发达的作物高产地区（长江中下游、华北和华南）发生的频率和强度更大[34]，其对我国作物生产的影响可能不小于其它类型的极端天气事件（如高温、干旱、冷害和冻害等），从而直接威胁我国粮食安全。
灰霾会导致到达地面的太阳辐射减少。1955?2000的45年间，我国太阳辐射平均每年下降3.1 W m2[5]。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
但是，灰霾在导致到达地面的太阳辐射减弱的同时，也使得地面太阳辐射中散射辐射的比例增加[69]。散射辐射在作物冠层中的衰减速率低于直射辐射，因此其在冠层中的分布比直射辐射更均匀（即下部叶片接受到的散射辐射更多），从而提高整个作物冠层的光能利用率[10]。散射辐射比例增加对作物产量的促进作用被称为“散射辐射的肥效作用（diffuseradiation fertilizationeffect）” [1112]。国内外关于灰霾对作物影响的研究主要以模型预测阶段，缺乏有效模拟灰霾的田间试验设备进行数据支撑和检验，因而影响了模拟研究结果的可信度。
本研究根据不同程度灰霾条件下太阳辐射变化情况，确定了轻、中和重度灰霾条件下太阳辐射变化情况，从而选择合适的聚乙烯塑料薄膜作为覆盖材料，模拟不同程度灰霾导致的太阳辐射变化，并通过与自然条件下的太阳辐射变化及冠层微气候的持续观测及对比分析，评价其运行效果，为进一步研究灰霾对作物生长和产量的影响提供有效的田间试验手段和技术支持。
1 材料与方法
1．1 试验材料与地点
试验于2015年7月10月，以单季水稻品种‘南粳46号’为研究对象，在江苏省农业科学院试验田（32.03oN，118.87oE）进行。田间管理及施肥、灌溉按照当地高产田水平管理。
1．2 试验设计
根据长江三角洲地区上海站点的空气质量指数（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的观测值之间的关系，确定轻度灰霾条件下总辐射下降1121%，散射辐射比例为5159%；中度灰霾条件下总辐射下降2232%，散射辐射比例为6068%，重度灰霾条件下总辐射比例为3354%，散射辐射比例为6987%。由于轻度灰霾在自然条件下经常出现且造成的太阳辐射变化比较小，因此本试验以模拟中度和重度灰霾为主。利用SPN1型太阳辐射计（DeltaT Devices公司，英国）测定农用PE膜透光率及散射辐射比例，并与对照（无覆盖塑料薄膜）进行比较，选取1层和3层120μm厚度PE塑料薄膜作为覆盖材料，分别模拟中度和重度灰霾。
设置3个处理，分别为CK、T1（中度灰霾）、T2处理（重度灰霾）。采用随机区组设计，每处理3 次重复。每个小区面积为20 m2, 其中南北方向边长为4m, 东西向边长为5m,高度为2 m。灰霾模拟从作物拔节期开始，至收获结束，于晴天的 08:00～17:00 覆膜处理。灰霾模拟装置与对照小区处于同一大田中，最大限度保证作物其他生长条件与自然条件下一致。 处理期间遇到不良天气，如阴天、下雨等不进行覆膜。
1．3 观测项目与方法
1．3．1 大田环境数据的测定
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处气温、相对湿度以及地下3 cm处土壤温度。数据采集频率为 1 min采集1次，记录每 30 min 的平均值。
1．3．2 太阳辐射及散射辐射数据的测定
由 SPN1 型日照强度计（DeltaT Devices Ltd.）自动采集，采集频率为1 min采集1次，记录每 30 min 的平均值。
2 结果与分析
2．1 模拟灰霾装置对太阳辐射及散射辐射的控制效果
为检验田间模拟灰霾装置对太阳总辐射的控制效果，水稻生长季的关键生育期内各选有代表性的晴天，分析计算每日 08:00～17:00 试验处理期间太阳总辐射数据随时间的变化（图 1）。结果表明，与CK 相比，试验T1、T2太阳总辐射分别下降18%和30%。
图1 2015年关键生育期典型晴天总辐射的日变化
Fig.1 Diurnal time course of total radiation on clear days in key rice development stages in 2015
田间模拟灰霾装置对散射辐射的控制效果（图 2）。将测定的太阳总辐射和散射辐射用于计算散射辐射比例（散射辐射/太阳总辐射），试验T1、T2散射辐射比例分别为67%和87%。根据太阳总辐射及散射辐射比例的测定结果，可以得出基本达到了中度和重度灰霾的模拟效果。
图2 2015年关键生育期典型晴天散射辐射及其散射辐射比例的日变化
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/nongxue/zwbh/482.html
