UV--B增强下施钾对花生生长、产量和品质影响及模拟

摘要

人类活动导致大量氯氟烃和氮氧化物等物质进入大气，引起平流层臭氧耗损。大气平流层臭氧每减少1％，到达地面的UV-B将增加2％。平流层臭氧的减少导致到达地面的UV-B辐射显著增加，并对地面植物产生了重要的影响。然而，植物并不是在单一因子影响下生长的，仅仅考虑单一因子对植物的作用很难正确评估全球变化而产生的种种生物学和生态学效应。因此，目前UV-B辐射与其它因子复合作用的研究越来越受到国内外研究者的重视。钾素是作物必需的营养元素，参与光合作用、糖的代谢、蛋白质和脂肪的合成与运输过程，并能调节气孔的开闭和细胞的渗透压，从而提高植物的抗旱、抗寒、抗病、抗盐、抗倒伏能力，通过增施钾肥，能促进植株的生长发育，其主要经济性状发生明显变化。通过调控施钾量是否可缓解UV-B辐射增强所引起的植物生长受阻及光合效率下降，尚缺少相关报道。 花生是全球最重要的四大油料作物之一。同时花生又是需钾较多的作物，而土壤的钾营养状况也会影响UV-B辐射对植物的作用，因而UV-B辐射与钾素相互作用对植物的影响研究就非常必要。 本研究以花生为材料，在大田试验条件下，设置(1)自然光+低钾(E0+K1)，(2)自然光+高钾(E0+K2)，(3) UV-B增强20％+低钾(E1+K1)，(4) UV-B增强20％+高钾(E1+K2)，(5)UV-B增强40％+低钾(E2+K1)，(6) UV-B增强40％+高钾(E2+K2)，六个处理对花生生长发育及产量（百仁重、单株果重、单株荚数、单位面积产量等）和品质（蛋白质、脂肪、油酸、亚油酸含量等）的影响进行研究，探讨UV-B对花生伤害的机理及防护措施，为减轻UV-B辐射对农作物伤害提供新途径，对提高花生的产量、品质具有重要的理论意义和实践指导意义。 主要研究结果如下: (1)花生的生理特性 与对照相比，在花生的花针期、结荚期及饱果期，UV-B增强抑制了花生叶片叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率，且随着UV-B辐射强度增大，花生的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率的下降幅度也随之增大。但在自然光条件下，高钾处理比低钾处理花生叶绿素均值增加6.38％。 UV-B辐射增强使花生叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率日均值降低，但胞间CO2浓度日均值升高，且各处理花生叶片净光合速率日变化均呈“双峰”变化趋势。 增施钾肥可促进花生生长，提高叶片的叶绿素含量以及净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及水分利用效率，在一定程度上可缓解UV-B辐射增强对花生净光合速率和蒸腾速率的抑制。 (2)花生的生长发育和产量 UV-B辐射增强抑制花生的株高，不同处理的花生各生育期株高都较对照的矮，其矮化程度随UV-B辐射增大而增大。其中，UV-B辐射增强20％，花生株高降低3.11％，UV-B辐射增强40％，株高降低8.70％。 UV-B辐射增强导致了花生产量的降低，且随着UV-B强度增大，这种降低的趋势越明显。结果表明，UV-B辐射增强，增加了花生的空秕率、千克果数，而降低株荚果重、荚果理论产量、百仁重、出仁率，进而降低花生的产量。但在自然光条件下，高钾处理比低钾处理花生荚果产量提高7.99％。 增施钾肥可以显著增加花生株荚果数、株荚果重、荚果理论产量、出仁率、百仁重，降低空秕率、从而促进花生产量及其构成因素的增加，且适当的提高施钾量，花生产量进一步提高。 (3)花生的品质 UV-B辐射增强使花生脂肪、亚油酸含量呈现下降趋势，而蛋白质、油酸和O/L(油酸/亚油酸)呈现上升趋势，进而提高花生油脂稳定性和耐储藏性，降低了花生营养品质。 增施钾肥可以不同程度提高花生蛋白质、油酸、亚油酸含量及比值(O/L)，使花生的脂肪含量降低。在自然光条件下，高钾处理比低钾处理花生脂肪含量降低了2.18％，使得花生油质更加稳定，耐储存性增强，但出油率下降，营养品质提高。 (4)本研究利用DNDC模型模拟了UV-B增强及施钾对花生产量的影响，对模型进行了敏感性分析，研究表明，该模型模拟花生产量影响因素从大到小依次为:钾肥施用量＞ UV-B＞年平均气温＞年降水量。对模型进行验证发现不同试验处理下，N-RMSE均小于6％而R2均大于0.5，说明DNDC模型所得的模拟值与实测值有较好的吻合度，可以基本模拟花生产量的变化。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2．UV-B辐射对农作物影响的研究进展

1．2．1．UV-B辐射增强对植物形态生长发育的影响

1．2．2 UV-B辐射对植物生理特性的影响

1．2．3 UV-B辐射增强对农作物产量的影响

1．2．4 UV-B辐射增强对农作物品质的影响

1．3 UV-B辐射与其他环境因子交互作用对作物的影响

1．4 钾素对植物影响研究进展

1．4．1 钾的植物生理作用研究

1．4．2 钾对农产品产量和品质的影响研究

1．4．3 花生的钾素营养及施钾作用

1．5 DNDC模型的发展

1．6 存在的问题

1．7 研究内容及目的

1．7．1 研究内容

1．7．2 研究目的

1．8 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 材料及试验地点

2．2 试验设计

2．3 测定方法

2．3．1 生长及生理生态指标的测量方法

2．3．2 产量及构成因子的测定

2．3．3 花生籽仁品质的测定

2．4 DNDC模型简介

2．4．1 DNDC模型基本参数的获取

2．4．2 模型的敏感性分析

2．4．3 模型验证

2．5 数据处理及统计分析方法

第三章 UV-B增强下施钾对花生不同生育期生长及生理特性的影响

3．1 UV-B增强下施钾对花生不同生育期株高的影响

3．2 UV-B增强下施钾对花生不同生育期叶片叶绿素含量的影响

3．3 UV-B增强下施钾对花生不同生育期叶片净光合速率的影响

3．4 UV-B增强下施钾对花生不同生育期叶片蒸腾速率的影响

3．5 UV-B增强下施钾对花生不同生育期叶片气孔导度的影响

3．6 UV-B增强下施钾对花生不同生育期叶片胞间CO2浓度的影响

3．7 UV-B增强下施钾对花生不同生育期叶片水分利用效率的影响

3．8 讨论

3．9 本章小结

第四章 UV-B增强下施钾对花生生理特性日变化的影响

4．1 UV-B增强下施钾对花生叶片净光合速率日变化的影响

4．2 UV-B增强下施钾对花生叶片蒸腾速率日变化的影响

4．3 UV-B增强下施钾对花生叶片气孔导度日变化的影响

4．4 UV-B增强下施钾对花生叶片胞间CO2浓度日变化的影响

4．5 UV-B增强下施钾对花生叶片水分利用效率日变化的影响

4．6 讨论

4．7 本章小结

第五章 UV-B增强下施钾对花生产量及其构成的影响

5．1 UV-B增强下施钾对花生单株荚果数的影响

5．2 UV-B增强下施钾对花生单株荚果重的影响

5．3 UV-B增强下施钾对花生百仁重的影响

5．4 UV-B增强下施钾对花生荚果理论产量的影响

5．5 UV-B增强下施钾对花生空秕荚率的影响

5．6 UV-B增强下施钾对花生出仁率的影响

5．7 UV-B增强下施钾对花生千克果数的影响

5．8 讨论

5．9 本章小结

第六章 UV-B增强下施钾对花生品质的影响

6．1 UV-B增强下施钾对花生脂肪含量的影响

6．2 UV-B增强下施钾对花生蛋白质含量的影响

6．3 UV-B增强下施钾对花生油酸含量的影响

6．4 UV-B增强下施钾对花生亚油酸含量的影响

6．5 UV-B增强下施钾对花生油酸及亚油酸比值(O／L)的影响

6．6 讨论

6．7 本章小结

第七章 UV-B增强下施钾DNDC模型对花生产量影响的模拟

7．1 DNDC模型敏感性分析

7．2 花生产量的DNDC模型验证

7．3 花生产量的模拟值与实测值对比

7．3．1 不同施钾对花生产量的影响

7．3．2 不同辐射水平对花生产量的影响

7．4 讨论

7．5 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 本文主要结论

8．2 主要特色与创新点

8．3 讨论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及主持参与的科研项目

致谢