地表O胁迫下冬小麦的生长生理效应及产量损失评估

摘要

随着工业化和城市化的迅猛发展，氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)等臭氧(O3)前体物大量增加，从而导致近地层大气O3污染加剧，对粮食作物、经济作物和自然植被等产生了重要影响和巨大的伤害。开展地表O3增加对长三角地区典型农作物的影响研究，将为我国在气候变化背景下大气污染物的作物效应和粮食安全评估提供第一手区域实验资料。本文在重新设计改进的开顶式气室(OTC)的基础上，开展大田实验，设置对照组(CK)和两个O3增加处理，O3浓度分别为100nl·L-1(T1)、150nl·L-1(T2)，系统研究O3浓度增加对冬小麦(扬麦12)的生长、生理、品质和产量构成等方面的影响，并利用第一手大田实验资料，基于浓度阈值和O3暴露时间得到的AOT40，评估当前O3浓度增加对长三角地区冬小麦的产量损失。主要结论如下： (1).O3浓度增加的处理组与对照组相比，冬小麦整个生长季缩短，籽粒灌浆持续时间缩短，叶片提前老化；同时，冬小麦的株高、干物质量、叶面积等均显著下降(p<0.05)，最大降幅分别达到了10.01％、36.56％和29.17％；冬小麦干物质累积的分配也发生变化，茎秆所占比重下降，麦穗比重上升。 (2).O3浓度增加的处理组与对照组相比，冬小麦单位面积小穗数、株数、穗粒数、千粒重、经济产量、生物产量等产量指标均随着O3浓度的增加而下降，单位面积小穗数、千粒重、经济产量CK与O3处理组间均差异显著(p<0.05)，其中T1、T2处理的单位面积生物产量分别比CK下降了16.11％和39.17％。 (3).品质分析表明，冬小麦籽粒氨基酸总量大小顺序为T1>T2>CK，而必需氨基酸总量大小顺序为T2>T1>CK，方差分析结果表明，处理间差异显著(p<4.05)；同时，与对照组相比，处理组冬小麦粗蛋白含量增加，但其各组分间变化趋势不同，其中，清蛋白和球蛋白的含量大小顺序为T2>T1>CK，而醇溶蛋白和谷蛋白含量的大小顺序则依次为T1>T2>CK：此外，与对照组相比，处理组淀粉含量下降，处理与对照组间呈显著负相关关系(p<4.05)，处理组T1、T2冬小麦淀粉含量分别下降了4.06％和16.61％。O3胁迫不利于冬小麦产量提高，但却能促进籽粒营养品质和加工品质的合成。 (4).根据开顶式气室(OTC)大田试验的实验数据资料，从四种建立的O3对小麦产量影响的剂量-响应模型中，选取了一种最符合本地区的函数方程，并对本地区2007年的产量损失和经济损失进行了评估分析，结果表明：江苏省因为O3污染导致小麦减产5％的AOT40(即临界水平)为3.33ppm·h，造成的冬小麦产量损失为599.98kg/hm2，全省的损失总量为122.34万吨，经济总损失16.88亿元.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引 言

1.1 O3及其污染现状

1.1.1 O3概述

1.1.2 O3污染现状

1.2 O3对农作物影响研究进展

1.2.1 O3对作物生长生理的影响

1.2.2 O3对作物产量的影响

1.2.3 O3对作物品质的影响

1.2.4 O3对农作物影响的模型研究

1.3本文研究的目的、意义及研究内容

第二章实验材料与方法

2.1研究资料

2.2开顶式气室(OTC)

2.2.1 OTC气室的发展

2.2.2 OTC气室的设计

2.2.3 OTC气室的物理性能评价

2.3实验设计和管理

2.3.1试验田的管理

2.3.2 O3浓度的设定

2.4观测和测定项目及方法

2.4.1生长生理指标

2.4.2产量构成

2.4.3籽粒品质测定

2.5数据处理

第三章O3胁迫对冬小麦生长生理的影响

3.1 O3胁迫对冬小麦生育期的影响

3.2 O3胁迫对冬小麦生长的影响

3.2.1 株高

3.2.2单株生物量

3.2.3叶面积

3.2.4叶单面鲜重

3.2.5干物质分配

3.3 O3胁迫对冬小麦叶绿素含量的影响

3.4讨论与结论

3.4.1讨论

3.4.2结论

第四章O3胁迫对冬小麦产量及构成的影响

4.1 O3胁迫对冬小麦产量构成的影响

4.2 O3胁迫对冬小麦产量的影响

4.3冬小麦产量与产量构成因子的相关性分析

4.4讨论与结论

4.4.1讨论

4.4.2结论

第五章O3胁迫对冬小麦品质的影响

5.1 O3胁迫对冬小麦籽粒氨基酸及其组成的影响

5.2 O3胁迫对冬小麦籽粒蛋白质及其组分的影响

5.3 O3胁迫对冬小麦籽粒淀粉含量的影响

5.4主要讨论与结论

5.4.1讨论

5.4.2结论

第六章基于AOT40的O3对本地区冬小麦产量影响的综合评估

6.1研究方法

6.1.1评估模型简介

6.1.2评估模型的建立与选取

6.1.3冬小麦产量损失和经济损失的推算

6.3讨论与结论

6.3.1讨论

6.3.2结论

第七章结论与展望

7.1研究的主要内容和主要结论

7.2研究主要特色

7.3研究存在的不足与展望

7.3.1存在的不足

7.3.2研究展望及对策

参考文献

参与科研项目、学术活动及发表或待发表文章

致 谢