地表O_3胁迫下冬小麦光合生产和干物质累积变化的模拟研究

苗慧军 | -> | 513| 0| 1.639979MB |臭氧,光合作用,干物质累积,系统动力学

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摘要:为定量评估地表臭氧(O3)胁迫对冬小麦光合生产的影响,引入了温度和生理年龄影响因子,并根据气孔导度和O3吸收通量模型计算得到的气孔O3吸收通量,建立了叶片O3吸收通量对最大光合速率的胁迫系数,结合呼吸作用模型,在系统动力学模拟环境中,模拟研究了O3胁迫下冬小麦光合生产和干物质累积的动态变化,并运用大田OTC 试验的地上、地下部分的干物质实测数据验证了模拟值。统计分析表明,干物质全重、地上和地下部分干物质的模拟值与实测值没有显著差异,同时表明,在恒定的150 nL·L-1 和100 nL·L-1 O3 浓度的胁迫下,与对照组相比,干物质分别损失了29.5%和16.6%。
    近几十年以来,地表O3 对冬小麦的影响研究已受到了国内外的广泛关注,并取得了大量的研究成果。研究表明,浓度升高会使冬小麦植株叶片出现褐斑和坏疽等伤害症状,降低叶面积,加速叶片老化[1],影响生育期[2],增大叶片细胞膜的透性[3],抑制植株生长,降低产量[4],增加气孔阻力[5],降低光合作用[6]。关于O3 对冬小麦影响的数值模拟研究方面在国外开展了较多的工作[7-9],而国内郑昌玲和王春乙[10-11]、刘建栋[12],以及姚芳芳[13]等人根据实测O3 浓度变化对冬小麦叶片光合速率的影响函数,建立了O3 对冬小麦生长和产量形成的影响模型。然而,O3 对作物的伤害作用与其生长环境的水汽压差(VPD)、温度等气候条件密切相关[14-15],气候条件制约着叶片气孔导度,从而直接影响O3 对作物光合速率的影响,而国内外现有的模型研究中,冬小麦光合速率的O3 胁迫效应都没有考虑叶片气孔的O3 吸收通量。
    长江三角洲是对流层O3 浓度增加最为显著的地区之一[16-18],长期监测结果表明该区域O3 最高浓度达196 nL·L-1[19]。如何准确评估并预测O3 浓度持续升高对长三角地区乃至全国主要农作物干物质累积和产量的影响,成为重要的研究热点之一。因此,本文引入温度和生理年龄影响因子,并根据气孔导度和O3 吸收通量模型计算得到的气孔O3 吸收通量,建立叶片O3 吸收通量对最大光合速率的胁迫系数,结合呼吸作用模型,在系统动力学模拟环境中,模拟研究O3 胁迫下冬小麦光合生产和干物质累积的动态变化。为开展O3 胁迫对长三角地区冬小麦产量影响的定量评估和大气污染物的环境影响评价提供参考,也可为政府及国际组织制订相应政策、法规提供理论依据。
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