灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)小麥干物質(zhì)分配的影響

張雷雷　何正奎　王巧云

摘? 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，空氣污染加劇，灰霾天氣發(fā)生頻率增加，導(dǎo)致到達(dá)地面的太陽(yáng)總輻射減少，散射輻射比例增加，從而影響作物生長(zhǎng)和糧食安全。

關(guān)鍵詞：灰霾；太陽(yáng)輻射；小麥；干物質(zhì)分配；分配指數(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化以及城市化進(jìn)程逐步加快，化石燃料消耗量劇增，土地利用情況也發(fā)生變化（由森林、草地向耕地以及由農(nóng)林用地向城建和工業(yè)用地轉(zhuǎn)變），導(dǎo)致地球空氣污染加重，灰霾天氣發(fā)生頻率逐漸增加^[1]。作為地表能量的直接來(lái)源--太陽(yáng)輻射，也會(huì)受到灰霾天氣的影響。未來(lái)在沒(méi)有經(jīng)濟(jì)可行的可再生或替代能源的情況下，化石燃料消耗和土地利用方式改變?nèi)詫⒗^續(xù)增加和加快，從而使我國(guó)灰霾問(wèn)題持續(xù)加重。由于灰霾天氣影響范圍大，持續(xù)時(shí)間久，其對(duì)我國(guó)作物生產(chǎn)的影響可能不小于其它類型的極端天氣事件（如高溫、干旱、冷害和凍害等），從而直接威脅我國(guó)糧食安全。

一、灰霾天氣簡(jiǎn)介

灰霾天氣是指大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使能見(jiàn)度小于10 km，空氣普遍有混濁現(xiàn)象的天氣狀況。灰霾天氣一般是大氣邊界層乃至對(duì)流層低層整體的大氣渾濁現(xiàn)象。雖然灰霾由于著重點(diǎn)和研究深度的不同而有著不同的定義，但是灰霾的本質(zhì)是不變的。灰霾本質(zhì)就是新型復(fù)合空氣污染，屬于細(xì)粒子污染，是與光化學(xué)污染相關(guān)聯(lián)的超細(xì)粒子污染。也可以說(shuō)，從廣義來(lái)講灰霾天氣的本質(zhì)就是細(xì)粒子氣溶膠污染，屬于大氣氣溶膠的范疇。

二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文針對(duì)灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)小麥干物質(zhì)分配的影響展開(kāi)研究，以“寧麥13”為試驗(yàn)材料，采用塑料薄膜進(jìn)行遮蔭處理，模擬不同程度灰霾天氣條件對(duì)小麥地上部干物質(zhì)分配的影響，為建立灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)小麥干物質(zhì)分配的影響模擬模型提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

從小麥拔節(jié)期開(kāi)始至收獲期用PE農(nóng)用膜在2m高度處平行于地面遮蔭（僅頂部遮蔭，四周不遮蔭），用以模擬灰霾天氣；設(shè)3個(gè)處理（CK、T1：膜厚度0.12mm，一層膜、T2：膜厚度0.12mm，三層膜），每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積為4*5 m²，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，全田面積855m²。在處理過(guò)程中，根據(jù)日出日落時(shí)間，每天日出之前將膜拉開(kāi)，日落之后將膜收起，以確保在每天光照較強(qiáng)、小麥光合速率較高的時(shí)間段進(jìn)行處理，同時(shí)消除夜間PE膜對(duì)地面長(zhǎng)波輻射吸收引起的處理與對(duì)照小區(qū)的溫度差異。試驗(yàn)期間小麥其他栽培措施，與常規(guī)大田生產(chǎn)相同。

1.2? 項(xiàng)目測(cè)定和方法

田間試驗(yàn)期間，拔節(jié)期不同處理3個(gè)小區(qū)各取樣代表性植株10株（每個(gè)處理共3個(gè)小區(qū)），將取樣樣品分為綠葉、莖鞘兩部分，孕穗期之后各生育期每處理3個(gè)小區(qū)各取樣3組（每個(gè)處理共10株），將取樣樣品分為綠葉、黃葉、莖鞘和穗四部分，在105℃下殺青15min，80℃下烘干至恒重，稱重，計(jì)算單位面積群體地上部干物質(zhì)累積量。

2結(jié)果與分析

2.1? 灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)葉分配的影響

不同處理葉分配指數(shù)均隨著時(shí)間的推移而降低。從拔節(jié)期處理開(kāi)始，與CK相比，T1和T2處理葉分配指數(shù)均呈增加趨勢(shì)，在灌漿期各處理差異最顯著，分別增加6.48%和9.32%。結(jié)果表明：植株在灰霾條件下，將更多的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移到葉片，且灰霾越嚴(yán)重，葉分配指數(shù)增加越顯著。葉分配指數(shù)的增加與SLA有關(guān)。比葉面積增加，植株葉片變薄，利于增加冠層LAI，進(jìn)而有利于提高接受截獲光的葉片面積。除此之外，葉分配指數(shù)的增加還與散射輻射比例增加有關(guān)。自然狀態(tài)下生長(zhǎng)的植株（對(duì)照）抽穗期冠層下部已出現(xiàn)較多枯黃葉，而灰霾（散射輻射比例增加）處理的植株衰老減緩，基部仍有較大綠葉面積，葉片數(shù)目均比CK多，處理葉面積增加顯著，進(jìn)而葉分配指數(shù)增加。

2.2? 灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)莖分配的影響

不同的輻射條件對(duì)小麥莖分配的影響，三個(gè)處理下，從孕穗期到成熟期莖的分配指數(shù)都呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，表現(xiàn)為抽穗期達(dá)到最大值。拔節(jié)期T1、T2與CK差異明顯，分別低1.05%、1.20%。從孕穗期到灌漿期，T1與CK差異雖不明顯，但差異基本呈上升趨勢(shì)，而T2明顯低于CK，分別低0.76%，1.08%和1.49%。成熟期T1、T2都低于CK，分別低0.12%和0.60%。說(shuō)明孕穗期到灌漿期，莖的干物質(zhì)分配指數(shù)下降變快。可能是由于灰霾條件下，在小麥生殖生長(zhǎng)時(shí)期，地上部向葉的分配指數(shù)增加，以適應(yīng)不良?xì)夂驐l件，盡量保證植株的產(chǎn)量，從而相應(yīng)減少向莖分配的量。

2.3? 灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)穗分配的影響

不同的輻射條件對(duì)穗分配的影響，三種條件下，穗的分配指數(shù)都呈上升趨勢(shì)。孕穗期T1和T2明顯低于CK，分別低3.67%和7.36%。抽穗期到灌漿期T1比CK低2.30%、3.76%，T2比CK低4.95%、4.03%。成熟期，處理組也低于CK。從孕穗期到成熟期，呈現(xiàn)CK>T1> T2。說(shuō)明小麥地上部干物質(zhì)向穗的分配指數(shù)隨灰霾程度的增加而降低，從而影響產(chǎn)量。

2.4? 灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射變化對(duì)收獲指數(shù)的影響

根據(jù)穗分配在不同處理下隨生育時(shí)期的變化規(guī)律，我們進(jìn)而對(duì)不同處理對(duì)小麥?zhǔn)斋@指數(shù)的影響展開(kāi)研究。與穗分配指數(shù)下降趨勢(shì)相同，同CK相比，T1、T2收獲指數(shù)均下降，分別下降了0.34%和3.36%，T2差異顯著。說(shuō)明灰霾程度越重，其導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射的變化使得籽粒在地上部干物質(zhì)總量中所占的比例下降，即地上部干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)化的比例降低，從而降低產(chǎn)量。

三、結(jié)論

本試驗(yàn)采用0.12mm厚的農(nóng)用PE膜模擬灰霾天氣，通過(guò)改變使用的PE膜的層數(shù)模擬不同程度的灰霾天氣，研究小麥各時(shí)期地上部各器官干物質(zhì)分配的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：灰霾導(dǎo)致的太陽(yáng)輻射的降低會(huì)使得地上部干物質(zhì)向葉的分配比率在整個(gè)生育期內(nèi)都顯著增加。相比較而言，莖的干物質(zhì)分配指數(shù)在孕穗到灌漿期間有明顯降低，而向穗的分配比例在抽穗到灌漿期下降最快，且最終導(dǎo)致穗的干物質(zhì)分配指數(shù)明顯低于正常情況。說(shuō)明小麥響應(yīng)太陽(yáng)輻射的減弱的表現(xiàn)是減少莖的比例，增加葉的比例，以便獲得更多的光合產(chǎn)量，而太陽(yáng)輻射的降低最終還是會(huì)影響干物質(zhì)向籽粒的分配。

試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明灰霾超過(guò)一定程度后，其產(chǎn)生的太陽(yáng)輻射的變化會(huì)使得小麥地上部器官干物質(zhì)向葉的分配指數(shù)上升，向莖的分配指數(shù)下降，最終還會(huì)導(dǎo)致向籽粒中分配的比例降低。灰霾具體超過(guò)什么程度會(huì)對(duì)器官分配指數(shù)造成明顯的影響，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)的定量研究；小麥對(duì)太陽(yáng)輻射降低的響應(yīng)機(jī)理也需要更多試驗(yàn)進(jìn)行解釋；面對(duì)日益嚴(yán)重的灰霾現(xiàn)象，如何應(yīng)對(duì)以保證小麥籽粒的分配指數(shù)也需要試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步研究。