灰霾引起的太阳辐射变化对水稻干物质生产的影响
：随着社会经济的快速发展，大气气溶胶污染愈加严重，与之相关联的灰霾现象也日益频繁，明确灰霾对水稻干物质生产的影响，对改善水稻栽培措施以规避灰霾给水稻生产带来的风险具有重要的意义。本文以单季水稻为研究对象，通过遮阴处理模拟不同程度的灰霾，进而揭示水稻干物质积累对灰霾的响应。结果表明，灰霾导致的太阳总辐射量下降，会导致水稻干物质积累量的下降，二者呈正相关关系，而在灰霾程度相同的情况下营养生长阶段所受到的影响低于生殖生长阶段；与此同时，散射辐射比例的升高，可以在一定程度上补偿总辐射降低对水稻干物质生产带来的影响，即散射辐射具有“肥料效应”。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
1. 材料与方法 3
1.1 试验材料与试验地点 3
1.2 试验设计 3
1.2.1 模拟灰霾程度的确定及覆盖材料的选择 3
1.2.2 试验设计及田间管理 3
1.3 项目测定和方法 4
2. 结果与分析 4
3. 讨论与结论 8
致谢 9
参考文献 10
灰霾引起的太阳辐射变化对水稻干物质生产的影响
引言
近年来，由于自然与人类活动导致空气污染加剧，大气能见度降低，灰霾现象日益频繁。20世纪80年代以来中国平均灰霾天数呈明显增加趋势，到21世纪中国东部大部分地区几乎都超过100天，其中大城市区域超过150天[13]，而中国气象局的数据显示，江苏省是灰霾天气高发区，其中2013年南京市出现灰霾的天数为242天，达到有气象统计以来的最高值。灰霾的本质是与光化学污染相关联的细粒子气溶胶污染[4]。大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物所组成的体系，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[5]。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[6]。
太阳辐射是农业生态系统的能量源泉，是作物生长发育的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
基础。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。太阳辐射收入的多寡和群体转换效率的高低决定了作物的群体生产力[7]。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，因而不利于作物的生长发育以及干物质的生产和积累，直接影响作物的产量而威胁到粮食安全。相关研究表明[5,89]，太阳辐射减少会使得植物光合速率下降，同化物供应减少，干物质积累速率下降，干物质积累量减少，并且辐射减少程度越高，干物质减少越明显。
另一方面，由于超过光饱和点的光能，不但植物无法利用，还会带来光抑制等危害，而从天空各个方向而来的散射辐射使得太阳辐射在冠层中的分布更加均匀，有利于降低群体中低于光补偿点的叶面积比例，同时显著提高了位于光响应曲线线性部分的叶面积比例，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[1011]。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”[12]。
水稻是我国主要的粮食作物，在粮食生产和消费中处于主导地位[13]。水稻产量的形成过程，其实质是干物质生产、分配、运转的过程。水稻营养生长阶段的干物质积累是后期产量形成的重要基础，稻谷产量的高低取决于水稻干物质的生产量及其向籽粒运转分配的比例[1416]。目前，有关灰霾对作物生长的影响已经引起了人们的广泛关注，但对其研究多为模型模拟研究或是采取遮阴等方式模拟分析太阳总辐射的变化影响，而通过实验直接分析的太阳总辐射和散射辐射对作物干物质生产的影响研究鲜有报道。本研究利用PE膜改变太阳总辐射和散射辐射强度以模拟不同程度的灰霾天气，进而分析灰霾对水稻干物质生产的影响，以期正确分析水稻干物质积累，合理控制水稻生长环境，为保证水稻产量提供科学有效的栽培途径。
材料与方法
1．1 试验材料与试验地点
试验于2014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） Air quality levels
总辐射下降比例
Declining proportion of total radiation(%)
散射辐射比例 Proportion of diffuse radiation(%)
优良（0100）
Good air quality
0
≤50
轻度污染（101150）
Mild air pollution
11 21
51 59
中度污染（151200）Moderate air pollution
22 32
60 68
重度污染（201300）
Severe air pollution
33 54
69 87
利用SPN1型太阳辐射计（DeltaT Devices公司，英国）和Soma太阳分光辐射计（Konica Minolta公司，日本）分别测定农用PE膜透光率及不同方向（东西向、南北向）、不同角分布（0o、15o、30o、45o、60o、75o、90o、105o、120o、135o、150o和165o）下光谱成分（红橙光、黄绿光和蓝紫光）占可见光比例的测定，并与对照（无覆盖塑料薄膜）进行比较，选取符合灰霾天气下的辐射变化状况以及不同方向不同光质光谱占可见光比例与对照无显著差异的PE膜为覆盖材料。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
1. 材料与方法 3
1.1 试验材料与试验地点 3
1.2 试验设计 3
1.2.1 模拟灰霾程度的确定及覆盖材料的选择 3
1.2.2 试验设计及田间管理 3
1.3 项目测定和方法 4
2. 结果与分析 4
3. 讨论与结论 8
致谢 9
参考文献 10
灰霾引起的太阳辐射变化对水稻干物质生产的影响
引言
近年来，由于自然与人类活动导致空气污染加剧，大气能见度降低，灰霾现象日益频繁。20世纪80年代以来中国平均灰霾天数呈明显增加趋势，到21世纪中国东部大部分地区几乎都超过100天，其中大城市区域超过150天[13]，而中国气象局的数据显示，江苏省是灰霾天气高发区，其中2013年南京市出现灰霾的天数为242天，达到有气象统计以来的最高值。灰霾的本质是与光化学污染相关联的细粒子气溶胶污染[4]。大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物所组成的体系，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[5]。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[6]。
太阳辐射是农业生态系统的能量源泉，是作物生长发育的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
基础。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。太阳辐射收入的多寡和群体转换效率的高低决定了作物的群体生产力[7]。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，因而不利于作物的生长发育以及干物质的生产和积累，直接影响作物的产量而威胁到粮食安全。相关研究表明[5,89]，太阳辐射减少会使得植物光合速率下降，同化物供应减少，干物质积累速率下降，干物质积累量减少，并且辐射减少程度越高，干物质减少越明显。
另一方面，由于超过光饱和点的光能，不但植物无法利用，还会带来光抑制等危害，而从天空各个方向而来的散射辐射使得太阳辐射在冠层中的分布更加均匀，有利于降低群体中低于光补偿点的叶面积比例，同时显著提高了位于光响应曲线线性部分的叶面积比例，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[1011]。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”[12]。
水稻是我国主要的粮食作物，在粮食生产和消费中处于主导地位[13]。水稻产量的形成过程，其实质是干物质生产、分配、运转的过程。水稻营养生长阶段的干物质积累是后期产量形成的重要基础，稻谷产量的高低取决于水稻干物质的生产量及其向籽粒运转分配的比例[1416]。目前，有关灰霾对作物生长的影响已经引起了人们的广泛关注，但对其研究多为模型模拟研究或是采取遮阴等方式模拟分析太阳总辐射的变化影响，而通过实验直接分析的太阳总辐射和散射辐射对作物干物质生产的影响研究鲜有报道。本研究利用PE膜改变太阳总辐射和散射辐射强度以模拟不同程度的灰霾天气，进而分析灰霾对水稻干物质生产的影响，以期正确分析水稻干物质积累，合理控制水稻生长环境，为保证水稻产量提供科学有效的栽培途径。
材料与方法
1．1 试验材料与试验地点
试验于2014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） Air quality levels
总辐射下降比例
Declining proportion of total radiation(%)
散射辐射比例 Proportion of diffuse radiation(%)
优良（0100）
Good air quality
0
≤50
轻度污染（101150）
Mild air pollution
11 21
51 59
中度污染（151200）Moderate air pollution
22 32
60 68
重度污染（201300）
Severe air pollution
33 54
69 87
利用SPN1型太阳辐射计（DeltaT Devices公司，英国）和Soma太阳分光辐射计（Konica Minolta公司，日本）分别测定农用PE膜透光率及不同方向（东西向、南北向）、不同角分布（0o、15o、30o、45o、60o、75o、90o、105o、120o、135o、150o和165o）下光谱成分（红橙光、黄绿光和蓝紫光）占可见光比例的测定，并与对照（无覆盖塑料薄膜）进行比较，选取符合灰霾天气下的辐射变化状况以及不同方向不同光质光谱占可见光比例与对照无显著差异的PE膜为覆盖材料。
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