原位条件下臭氧对农作物生长的影响及防护

摘要

随着工业化和城市化的迅速发展，近地层大气的臭氧(O3)浓度日益升高，对农作物及生态环境产生重大影响，被认为是当代最严重的大气污染物之一，已成为当今世界研究者密切关注的环境问题，是生态学、环境科学研究的热点。但大多研究是采用高浓度、短期熏蒸的模拟方式来研究O3浓度的变化对作物生长的影响。本文利用改进型开顶式气室(open-tapchambers，简称OTCs)在国内首次采用模拟静态、动态熏蒸的方式，在原位条件下研究了O3浓度变化对长江三角洲地区主要农作物油菜、水稻的形态特征、生理生化特性和产量的影响，并研究了O3胁迫下的水稻对外源抗坏血酸的响应。本文为进一步探究大气污染及其防止提供重要参数，为指导农业生产，保证粮食安全提供理论依据。本文主要结论如下： 1.在不同浓度O3处理下，水稻(油菜除外)叶片出现典型的可见性O3伤害症状，如褪绿、褐色坏死斑、干枯坏死等。随着O3浓度的升高，各作物的叶片老化加速、环境胁迫敏感性增强、出现生长抑制和产量降低等。 2.随着O3浓度的提高，各作物的生育期缩短。O3胁迫对生育前期影响不大，主要影响生长后期。特别是抽穗期大大延迟，缩短了水稻的开花灌浆时间，对水稻籽粒粒重和品质造成严重影响；植株矮化、叶面积下降、生物量减少；干物质的分配发生变化，叶片的生物量百分比增加；对生长前期的相对生长速率、净同化率、粒/叶比也随着O3浓度的升高而下降。 3.在外源抗坏血酸的作用下，水稻的各项生长指标发生了改变，如水稻的枝梗数、结实率、干物质的积累等均有明显的提高。水稻的收获指数也有一定程度的提高。 4.由水稻叶片气体交换参数可以看出，在O3胁迫下，水稻的光合速率、气孔导度、蒸腾速率都呈下降趋势。而经抗坏血酸处理后，各处理的光合速率均呈上升趋势，但气孔导度却呈下降趋势。由此看出，喷洒外源抗坏血酸对光合速率的影响，不是由于气孔导度的变化而引起的，从而反映出抗坏血酸对光合器官或细胞的光合活性有一定的保护作用和促进作用。另一方面，蒸腾速率的提高，这进一步反映了外源抗坏血酸对光合速率的促进作用不是气孔导度变化引起的，而应是抗坏血酸对光合器官的保护或对细胞光合活性的促进作用。 5.剖析了不同的O3浓度和熏气方式对油菜叶片光合限制部位的影响。研究表明，恒定浓度下的熏气方式，O3浓度的增加并未引起叶片的光合速率、气孔导度和气孔限制值的显著性差异；但同样剂量下动态熏气方式的光合速率，气孔导度显著低于对照，而光合细胞活性升高和气孔限制值下降的事实说明，非气孔限制因素——叶肉细胞光合活性的变化是导致动态熏气下油菜叶片光合速率降低的主要原因，表观光量子产额和羧化效率的下降也证实了这一点。 6.试验发现，不论是O3浓度还是熏气方式都对油菜叶片的蒸腾速率产生了明显影响，表现为随O3浓度增加其叶片蒸腾速率下降，且100nll-1处理显著低于对照，但同样剂量(100nll-1)下动态熏气能显著提高油菜的蒸腾速率，分别比CF、100nll-1处理高12.5％和29.4％。这在以往的试验中是没观察到的，通过我们的试验结果可以初步看出，以往的O3熏气方式(恒定浓度)无法真正模拟出植物对大气O3浓度升高的响应过程。 7.通过试验发现油菜的叶片，无论是在低浓度O3还是高浓度O3熏气，叶片均未有O3的可见性伤害症状，但干物质积累和单株产量却有差异，油菜产量的差异不能由叶片的可见性伤害反映出来，用伤害症状来评估污染对油菜的影响势必有一定的局限性，因此有待于进一步的探讨和研究。

目录

文摘

英文文摘

研究生学位论文的独创性声明及导师指导研究生学位论文的承诺及关于其他单位与人员对研究生学位论文使用授权的说明

第一章综述

第二章大气O3浓度变化对农作物影响及防护的试验模拟和方法

第三章O3对农作物生长的影响及防护

第四章结论与讨论

参考文献

致谢

作者简介