灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量构成因素的影响
随着工业化和城市化进程的加快，灰霾天气日益频繁，严重影响人类健康与生活。明确灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量及其构成因素的影响，对准确预测灰霾天气对我国水稻产量的影响并制定相关对策来保障我国粮食安全意义重大。本研究以单季水稻品种“南粳46”为研究对象，采用农用PE膜进行遮阴处理，模拟不同程度的灰霾天气条件对水稻产量及其构成因素的影响。结果表明，灰霾导致的太阳总辐射下降会显著降低水稻产量，轻度、重度灰霾分别使产量下降7.8%和17.3%，而散射辐射比例的增加可以在一定程度上弥补总辐射下降带来的负面影响。在轻度、重度灰霾下单位面积有效穗数分别下降2.8%和4.0%、每穗粒数分别下降4.2%和13.4%、结实率分别下降1.3%和3.0%、千粒重分别下降3.2%和7.2%，下降幅度均达到显著水平。本研究可为建立灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量的影响模拟模型提供试验数据支持。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验材料与试验地点 2
1.2 试验设计 2
1.2.1 模拟灰霾程度的确定及覆盖材料的选择2
1.2.2 试验设计及田间管理2
1.3 项目测定和方法 3
1.4 数据处理方法 3
2 结果与分析3
2.1 不同程度灰霾对水稻产量的影响3
2.2 不同程度灰霾对水稻产量构成因素的影响3
2.2.1 不同程度灰霾对水稻单位面积有效穗数的影响4
2.2.2 不同程度灰霾对水稻每穗粒数的影响4
2.2.3 不同程度灰霾对水稻结实率的影响4
2.2.4 不同程度灰霾对水稻千粒重的影响5
2.3 不同程度灰霾对水稻收获指数的影响5
3 讨论 6
致谢6
参考文献6
灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量构成因素的影响
引言
自工业化以来，化石燃料的使用导致空气污染加剧，大气能见度降低，近几十年来气溶胶污染问题日趋加重，灰霾现象日益频繁[1]。灰霾是一
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
种空气普遍混浊现象，大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色，其本质是与光化学污染相关联的细粒子气溶胶污染[2]。大量对灰霾天气的光学观测结果表明，灰霾天气的大气颗粒物浓度大幅增加，气溶胶粒子会吸收散射太阳辐射和地面辐射出的长波辐射，影响地—气辐射收支，削弱到达地表的短波辐射量[1]。与此同时，大气气溶胶厚度增加会与太阳直射光相互作用，增加到达地表的太阳辐射的散射次数，增长太阳辐射在大气中传输的距离，增加吸收物质对太阳辐射的吸收，从而提高散射辐射在总辐射中的比例[3]。
太阳辐射能是大气和地球表面物理过程及生物过程的主要能源，是植物制造有机物的唯一能量来源。作物依靠太阳辐射提供的能量进行光合作用，将水和CO2转化成其生长所需的有机物，进而完成生长发育。在水稻高产育种和高产栽培中，尽可能地提高群体的光合效率和物质生产能力是其研究的方向。相关研究表明，日益频繁的灰霾使得到达地表的太阳总辐射降低，会阻碍作物对太阳辐射的吸收量，对水稻的光能利用率、叶面积指数、干物质积累和分配以及水稻最终产量均具有不同程度的影响，因而不利于作物的生长发育，直接影响作物的产量进而对粮食安全产生威胁[45]。Chameides等利用大气气溶胶光学模型和作物生长模型模拟分析了灰霾对太阳辐射及其对水稻产量的影响，结果表明总表面太阳辐射的增加（减少）的百分比与水稻产量的增加（降低）的百分比呈1:1的关系，作物产量显著受到区域尺度的灰霾的影响[6]。在水稻上，前期遮光使水稻分蘖数明显降低（降低26.72%），齐穗期与成熟期发生延迟，遮光结束后，水稻灌浆期剑叶叶面积比对照增加了33.86%，每穗实粒数、千粒重、有效穗数与产量均比对照降低，差异显著[7]。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[8]。散射辐射的增加，作物冠层中下部叶片接收到的散射辐射更多，使得太阳辐射在作物冠层中的分布更加均匀，从而改变了冠层上部叶片的光强分布和光合速率，进而提高作物群体的光合速率[910]。因而，太阳总辐射强度在一定范围内降低时，散射辐射比例的增加能够显著提高水稻群体的光合速率，抵消太阳总辐射变化对作物生产力的部分影响，即散射辐射具有“肥料效应”[11]。
本文针对灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量的影响展开研究，以单季稻品种“南粳46”为试验材料，采用农用PE膜进行遮荫处理，模拟不同程度灰霾天气条件对水稻产量及其构成因素的影响，为建立灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量的影响模拟模型提供试验数据支持。同时也为农业生产中定量评估灰霾对水稻产量影响，从而制订相应对策和保障国家粮食安全提供重要的科学依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料与试验地点
试验于2015年以单季水稻品种“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。
1．2 试验设计
1.2.1模拟灰霾程度的确定及覆盖材料的选择
根据长江三角洲地区上海站点（2012年11月–2013年6月）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，确定模拟不同程度灰霾下的辐射条件（表1）。
表1 空气质量等级与总辐射、散射辐射比例的关系
Table 1 The relationship between air quality and changes of radiation
空气质量等级（AQI）
总辐射下降比例
(%)
散射辐射比例
(%)
优良（0100）
0
≤50
轻度污染（101150）
11 21
51 59
中度污染（151200）
22 32
60 68
重度污染（201300）
33 54
69 87
1.2.2 试验设计及田间管理
试验于2015年进行，5月10日播种，6月8日移栽，分蘖期（7月15日）开始处理，处理时遮荫膜放置于距地面2 m的钢管架子上，以保证处理小区良好的通风条件，消除辐射因子外的其它小气候要素差异。试验采用随机区组设计，每个小区面积5×4 m2，设CK、T1、T2三个处理，每个处理三个重复，其中，T1处理采用一层0.12mm厚农用PE膜，模拟轻度灰霾，T2处理采用三层0.12mm厚农用PE膜，模拟重度灰霾。通过对处理后膜下透光率及透射光散射辐射比例增加幅度的分析，处理效果如表2。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验材料与试验地点 2
1.2 试验设计 2
1.2.1 模拟灰霾程度的确定及覆盖材料的选择2
1.2.2 试验设计及田间管理2
1.3 项目测定和方法 3
1.4 数据处理方法 3
2 结果与分析3
2.1 不同程度灰霾对水稻产量的影响3
2.2 不同程度灰霾对水稻产量构成因素的影响3
2.2.1 不同程度灰霾对水稻单位面积有效穗数的影响4
2.2.2 不同程度灰霾对水稻每穗粒数的影响4
2.2.3 不同程度灰霾对水稻结实率的影响4
2.2.4 不同程度灰霾对水稻千粒重的影响5
2.3 不同程度灰霾对水稻收获指数的影响5
3 讨论 6
致谢6
参考文献6
灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量构成因素的影响
引言
自工业化以来，化石燃料的使用导致空气污染加剧，大气能见度降低，近几十年来气溶胶污染问题日趋加重，灰霾现象日益频繁[1]。灰霾是一
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
种空气普遍混浊现象，大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10千米，使远处光亮物微带黄、红色，使黑暗物微带蓝色，其本质是与光化学污染相关联的细粒子气溶胶污染[2]。大量对灰霾天气的光学观测结果表明，灰霾天气的大气颗粒物浓度大幅增加，气溶胶粒子会吸收散射太阳辐射和地面辐射出的长波辐射，影响地—气辐射收支，削弱到达地表的短波辐射量[1]。与此同时，大气气溶胶厚度增加会与太阳直射光相互作用，增加到达地表的太阳辐射的散射次数，增长太阳辐射在大气中传输的距离，增加吸收物质对太阳辐射的吸收，从而提高散射辐射在总辐射中的比例[3]。
太阳辐射能是大气和地球表面物理过程及生物过程的主要能源，是植物制造有机物的唯一能量来源。作物依靠太阳辐射提供的能量进行光合作用，将水和CO2转化成其生长所需的有机物，进而完成生长发育。在水稻高产育种和高产栽培中，尽可能地提高群体的光合效率和物质生产能力是其研究的方向。相关研究表明，日益频繁的灰霾使得到达地表的太阳总辐射降低，会阻碍作物对太阳辐射的吸收量，对水稻的光能利用率、叶面积指数、干物质积累和分配以及水稻最终产量均具有不同程度的影响，因而不利于作物的生长发育，直接影响作物的产量进而对粮食安全产生威胁[45]。Chameides等利用大气气溶胶光学模型和作物生长模型模拟分析了灰霾对太阳辐射及其对水稻产量的影响，结果表明总表面太阳辐射的增加（减少）的百分比与水稻产量的增加（降低）的百分比呈1:1的关系，作物产量显著受到区域尺度的灰霾的影响[6]。在水稻上，前期遮光使水稻分蘖数明显降低（降低26.72%），齐穗期与成熟期发生延迟，遮光结束后，水稻灌浆期剑叶叶面积比对照增加了33.86%，每穗实粒数、千粒重、有效穗数与产量均比对照降低，差异显著[7]。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[8]。散射辐射的增加，作物冠层中下部叶片接收到的散射辐射更多，使得太阳辐射在作物冠层中的分布更加均匀，从而改变了冠层上部叶片的光强分布和光合速率，进而提高作物群体的光合速率[910]。因而，太阳总辐射强度在一定范围内降低时，散射辐射比例的增加能够显著提高水稻群体的光合速率，抵消太阳总辐射变化对作物生产力的部分影响，即散射辐射具有“肥料效应”[11]。
本文针对灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量的影响展开研究，以单季稻品种“南粳46”为试验材料，采用农用PE膜进行遮荫处理，模拟不同程度灰霾天气条件对水稻产量及其构成因素的影响，为建立灰霾导致的太阳辐射变化对水稻产量的影响模拟模型提供试验数据支持。同时也为农业生产中定量评估灰霾对水稻产量影响，从而制订相应对策和保障国家粮食安全提供重要的科学依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料与试验地点
试验于2015年以单季水稻品种“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。
1．2 试验设计
1.2.1模拟灰霾程度的确定及覆盖材料的选择
根据长江三角洲地区上海站点（2012年11月–2013年6月）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，确定模拟不同程度灰霾下的辐射条件（表1）。
表1 空气质量等级与总辐射、散射辐射比例的关系
Table 1 The relationship between air quality and changes of radiation
空气质量等级（AQI）
总辐射下降比例
(%)
散射辐射比例
(%)
优良（0100）
0
≤50
轻度污染（101150）
11 21
51 59
中度污染（151200）
22 32
60 68
重度污染（201300）
33 54
69 87
1.2.2 试验设计及田间管理
试验于2015年进行，5月10日播种，6月8日移栽，分蘖期（7月15日）开始处理，处理时遮荫膜放置于距地面2 m的钢管架子上，以保证处理小区良好的通风条件，消除辐射因子外的其它小气候要素差异。试验采用随机区组设计，每个小区面积5×4 m2，设CK、T1、T2三个处理，每个处理三个重复，其中，T1处理采用一层0.12mm厚农用PE膜，模拟轻度灰霾，T2处理采用三层0.12mm厚农用PE膜，模拟重度灰霾。通过对处理后膜下透光率及透射光散射辐射比例增加幅度的分析，处理效果如表2。
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