遮荫条件下O_3胁迫对冬小麦气孔导度影响的模拟

为了探究在遮荫条件下地表O3浓度增加对冬小麦气孔导度的影响,开展了两种不同强度遮荫与开顶式气室（OTC）相结合的大田试验,设置3个处理组：O3浓度为（100±9）nL.L-1结合（60±5）%遮荫的处理组（T1）;O3浓度为（100±9）nL.L-1结合（20±5）%遮荫的处理组（T2）;O3浓度为（100±9）nL.L-1不作遮荫的处理组（CK）。利用SC-1型气孔导度仪测定了3个处理组冬小麦不同生育期的气孔导度值。综合分析了生育期和O3胁迫,以及水汽压差（VPD）、温度（T）、光照（PAR）环境因子的变化对冬小麦气孔导度的影响,采用修正后的Jarvis非线性气孔导度模型模拟了3个处理组的气孔导度值。结果表明：遮荫对大田环境因子均产生了影响,其中,T1、T2处理组8：00—16：00点的平均温度和水汽压差较CK相比分别下降了5.6℃、4.1℃和0.84kPa、0.74kPa;用该模型得到的气孔导度模拟值与观测值进行了比较,R2=0.88,表明模型模拟效果良好;同时,根据O3吸收通量模型计算出T1、T2和CK处理组在整个O3熏蒸时期,冬小麦O3累积吸收通量分别为14.92、15.52、16.23mmolO3.m-2,并由此建立了O3吸收通量（x）与干物质损失（y）的关系分别为：y=1.0-0.038x和y=1.0-0.022x,表明在相同O3胁迫条件下,遮荫导致了冬小麦O3累积吸收通量的差异,在60%和20%遮荫条件下,O3吸收通量增加10mmol.m-2,与CK相比,其干物质累积损失分别为38.0%和22.0%。     

臭氧胁迫对水稻光合作用与产量的影响

采用开顶式气室（OTC）,对水稻“3694繁”（Oryza sativa L.3694 Fan）进行田间原位臭氧（O3）熏气实验,研究了不同O3浓度熏气处理下水稻光合色素、气体交换参数以及产量的响应。实验设置分4个水平：过滤大气组（CF,10 nL.L^-1）、自然大气组（NF,40nL.L^-1）和两个不同浓度的O3处理组（O1：100 nL.L^-1;O2：150 nL.L^-1）。结果表明：（1）与CF组相比,两个不同浓度的O3处理均导致水稻叶片光合色素含量大幅度下降,加速水稻的衰老过程;（2）在实验进程中,O3处理导致水稻叶片气体交换参数发生显著变化,饱和CO2浓度的净光合速率（Psa）t、气孔导度（Gs）、水分利用效率（WUE）、气孔限制值（Ls）和羧化效率（CE）均呈现下降趋势,表明O3浓度的升高使水稻光合作用对CO2的利用效率降低,水稻在灌浆期对O3最为敏感;（3）O3处理使水稻产量损失明显,当AOT40值达到2.32μL.L^-1h时,就能导致水稻产量10%的减产。     

地表O3胁迫下冬小麦光合生产和干物质累积变化的模拟研究

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150nL·L^-1和100nL·L^-1 O^3,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％。     

臭氧对水稻生长的影响及外源抗坏血酸的防护作用

利用开顶式气室研究了臭氧浓度升高对水稻（Oraza sativa L.）生长的影响及外源抗坏血酸（Exogenous Ascorbic Acid）的防护作用。臭氧处理共设4个水平：空气NF（No-Filter,臭氧浓度约20-50 nL·L^-1）、过滤CF（Charcoal-Filter,臭氧浓度约为5-15 nL·L^-1）、臭氧Ⅰ（8 h平均100 nL·L^-1）、臭氧Ⅱ（8 h平均200 nL·L^-1）,外源抗坏血酸浓度设置为0.1％（m/V）。结果表明,与NF处理相比,高浓度O3（200 nL·L^-1）处理会造成水稻叶片的叶绿素a、水稻的株高、叶面积、穗粒数及粒重,分别下降了47.9％、17. 8％、31.6％、45.7％和42.9％;喷施外源抗坏血酸后,与各自的对照相比,以上各生长指标分别上升了11.6％、7.7％、17.4％、5.6%、11.1%。可见外源抗坏血酸能有效缓解O3对水稻的胁迫作用,提高了水稻对O3的抗性,促进水稻的生长。     

地表臭氧胁迫对北方冬小麦光合及生理特征的影响

为进一步探明北方地区地表臭氧（O3）浓度增加对冬小麦光合日变化、光响应能力和气体交换的影响,通过开顶式气室（OTC）,利用LI-6400便携式光合仪,开展了4种O3熏气水平下光合作用的原位测定（碳滤空气,CF;自然空气,NF;100 nL.L-1,CF100;150 nL.L-1,CF150）。结果表明,在拔节初期,4个处理组间的净光合速率Pn、气孔限制值Ls及胞间CO2浓度Ci均无显著差异。在抽穗期,CF100、CF150处理的Pn较CF降低了37.0%~41.8%,气孔导度Cond下降了35.7%~38.9%,Ci上升了6.7%~10.5%。在灌浆期,CF100的最大光合速率Pm、半饱和光强Ik较CF降低了23.5%~46.7%,暗呼吸速率Rd增加了8.6%;CF150的Pm、表观量子产额AQY和Ik较CF下降了10.4%~26.1%,光补偿点LCP和Rd增加了51.2%~88.0%。随着O3浓度和熏蒸时间的增加,冬小麦叶片的叶绿素Chl和类胡萝卜素Car含量显著降低,而可溶性糖和丙二醛MDA含量明显增加,且均在灌浆期差异最显著。以上结果表明,O3对冬小麦光合作用的抑制作用具有明显的时间累积效应,且随熏气时间的延长,叶片光合作用的限制条件由气孔因素主导向非气孔因素主导转变;同时,O3胁迫使植株对强光的耐受性及对强、弱光的利用效率均下降。     

大气CO2浓度升高条件下稻稗共生系统中稗草对水稻光合生理的影响

稗草是水稻田的恶性杂草之一，严重影响水稻的生长发育和产量形成。为明确CO2浓度升高条件下稗草和水稻的光合生理响应及其竞争关系变化，以吉粳88为研究对象，利用开放式CO2浓度富集系统（FACE系统）开展模拟试验。试验设置2个CO2浓度，分别为自然大气CO2浓度（400µmol·mol−1）和高CO2浓度（550µmol·mol−1），高CO2浓度环境应用FACE系统进行调控；每种CO2浓度处理中设2种种植方式，分别为清种水稻和水稻与稗草混种，稗草与水稻种植密度比为1:5，在水稻各生育期测定相应的光合生理指标并进行分析。结果表明：CO2浓度升高使水稻每穴穗数显著增加，结实率也有所提高，最终使水稻产量显著提高；稗草与水稻混种使水稻结实率显著降低，水稻千粒重显著增加，最终使水稻产量显著降低；CO2浓度升高和稗草互作使水稻千粒重显著提高，但对产量影响并不显著。CO2浓度升高使水稻干物质量显著提高，稗草使水稻干物质量显著降低；而CO2浓度升高和稗草互作对水稻干物质影响不显著。CO2浓度升高使水稻剑叶净光合速率、胞间CO2浓度及SPAD值显著升高，使水稻剑叶气孔导度和蒸腾速率显著降低，稗草显著降低了水稻剑叶净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率、瞬时水分利用效率及SPAD值；CO2浓度和稗草互作使水稻剑叶净光合速率先降低后升高。水稻抽穗后CO2浓度升高对水稻光合作用的影响大于稗草对水稻光合作用的影响。     

南方丘陵区油茶气孔导度模型修正

为探求南方丘陵地区油茶叶片气孔导度最优响应模型,该研究于2020年和2021年对油茶叶片的气孔导度、净光合速率、CO2浓度等参数进行观测,运用9种不同组合的Jarvis模型以及2种不同CO2浓度（叶片CO2浓度和胞间CO2浓度）计算的Ball-Woodrow-Berry（BWB）模型和Ball-Berry-Leuning（BBL）模型对油茶叶片气孔导度进行模拟,并引入油茶叶片叶气温差、气孔内外CO2浓度差对Jarvis模型和BBL模型进行修正和比较。结果表明：去除土壤水分函数提高了Jarvis模型的模拟效果,说明在南方丘陵区利用Jarvis模型时可以忽略土壤水分这一因子的影响。Jarvis-8模型以及用叶片CO2浓度计算出的BWB和BBL模型对油茶气孔导度模拟效果较好。在三种经典模型中,BBL模型的相关系数最大（R2=0.76）,绝对值平均误差最小（0.015）,说明其对油茶气孔导度模拟的效果较好。在引入两种参数后,叶气温差对Jarvis-8模型和BBL模型的模拟效果有所提高,但不显著;气孔内外CO2浓度差对Jarvis-8模型无明显改变,但显著提高了BBL模型的精度,引入气孔内外CO2浓度差后的BBL-C模型相关系数从BBL模型的0.76提高到了0.95,模型斜率非常接近于1（1.004）,模拟结果贴近于实测的气孔导度值,很好地模拟了2020年（R2=0.92）和2021年（R2=0.95）油茶生长关键期的叶片气孔导度值以及不同场景下的油茶气孔导度日变化值。因此推荐引入气孔内外CO2浓度差的 BBL模型作为南方丘陵区油茶叶片气孔导度响应模型。研究结果可为南方丘陵区油茶气孔导度模型选取提供参考依据。     

开放式臭氧浓度升高对水稻叶片光合作用日变化的影响

运用开放式臭氧浓度升高系统（O3-FACE：Ozone-free air controlled enrichment）平台,以武运粳21（粳稻）和两优培九（杂交稻）两个耐性不同的品种为材料,研究了大气臭氧浓度升高对水稻叶片光合作用日变化的影响,旨在为高臭氧浓度条件下水稻生产和国家粮食安全的制定提供理论依据。结果表明,臭氧胁迫未改变光合作用日变化规律,处理和对照下净光合速率和气孔导度日变化相似,均呈现单峰曲线,高峰值出现在11：00—15：00之间;胞间CO2浓度日变化趋势与气孔导度和净光合速率日变化不一致;臭氧处理55 d对净光合速率和气孔导度影响较小,随着处理时间的延长,相关指标降低幅度变大,而胞间CO2浓度没有降低,说明臭氧对水稻的影响是一个累积过程,净光合速率降低的主要因素是由非气孔限制引起的;武运粳21的净光合速率和气孔导度在臭氧处理时的降低幅度小于两优培九,这种品种间的差异表明武运粳21比两优培九对臭氧耐受性强。     

地表臭氧胁迫对冬小麦籽粒品质的影响研究

为深入探讨地表臭氧（O3）对冬小麦品质的影响,采用开顶式气室（OTC）,设置3个处理组：CK（对照组）、CF100（O3浓度为100 nL·L-1）、CF150（O3浓度为150 nL·L-1）,通过大田试验和实验室分析,开展了O3浓度增加对冬小麦蛋白质及其组分、氨基酸及其组成、淀粉含量等营养品质和加工品质的影响研究。结果表明：①籽粒氨基酸总量依次为CF100〉CF150〉CK,而人体所需的必需氨基酸总量为CF150〉CF100〉CK,处理间均差异显著（P〈0.05）。②粗蛋白含量随O3浓度的升高而增加,但各组分间变化趋势不同：清蛋白、球蛋白的含量为CF150〉CF100〉CK,醇溶蛋白、谷蛋白的含量则为CF100〉CF150〉CK。③淀粉含量随着O3浓度的升高而降低,两者呈显著负相关（P〈0.05）,与CK相比,CF100、CF150冬小麦淀粉含量分别下降了4.06%和16.61％。可见,O3胁迫能促进籽粒营养品质和加工品质的合成。     

地表臭氧胁迫对大豆干物质生产和分配的影响

利用结构、性能完全相同的9个开顶式气室（OTC）,开展了大田试验条件下地表臭氧浓度增加对大豆干物质（DM）生产和产量的影响研究。实验设置三个处理：CK为未经处理的空气,T1处理的O3浓度为100nL.L^-1,T2处理的O3浓度为150nL.L-1。结果表明：不同浓度臭氧熏气下,不同生育期大豆干物质重、根瘤数、根瘤干重,鼓粒期根茎的转运率和移动率均显著下降（P〈0.05）。100nL.L^-1臭氧处理对叶片转运率和鼓粒期-成熟期干物质生产速率影响不显著;150nL.L^-1臭氧熏气下,大豆结荚出现时间推迟,叶片转运率和鼓粒期-成熟期干物质生产速率均显著下降。臭氧浓度升高显著降低大豆的单株粒数、粒重及产量,但对百粒重没有显著影响。以上结果表明,100nL.L^-1臭氧熏气下大豆产量显著下降的主要原因是干物质生产速率下降;而150nL.L^-1臭氧熏气下大豆产量显著下降,是由于干物质转移受抑制和干物质生产速率下降共同导致的。     

水稻和杂草稻对镉胁迫反应的比较研究

采用水培实验,研究不同浓度Cd2＋胁迫对水稻和杂草稻植株的生长、色素含量、抗氧化酶的活性、丙二醛含量、相对电导率以及脯氨酸含量的影响。结果表明：（1）Cd2＋胁迫条件下,水稻和杂草稻植株地上部分外观伤害随着Cd2＋浓度的升高而加重。（2）水稻和杂草稻的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量含量均表现为Cd2＋胁迫浓度〈0.5 mg.L-1时升高,Cd2＋胁迫浓度〉0.5 mg.L-1时降低的现象;水稻和杂草稻的类胡萝卜素含量也都表现出Cd2＋胁迫浓度〈0.5 mg.L-1时降低,然后升高,最后在Cd2＋胁迫浓度〉1 mg.L-1时降低的现象。（3）水稻的SOD、POD、CAT活性表现出在Cd2＋浓度〈1 mg.L-1时升高,在Cd2＋浓度〉1 mg.L-1时降低的现象;杂草稻的SOD、CAT活性表现出在Cd2＋浓度〈2 mg.L-1时升高,在Cd2＋浓度〉2 mg.L-1时降低的现象,杂草稻的POD活性表现出随着Cd2＋浓度的升高而升高的现象;抗氧化酶活性随着Cd2＋浓度升高的变化幅度是水稻〉杂草稻。（4）Cd2＋胁迫使水稻和杂草稻的丙二醛含量、相对电导率以及脯氨酸含量显著增加,且增加幅度是水稻〉杂草稻,说明水稻产生了较严重的膜脂过氧化。总之,对于Cd2＋胁迫,在敏感性上水稻〉杂草稻,在抗性上杂草稻〉水稻。     

太阳辐射减弱和O3增加对冬小麦植株磷含量、分配和转运的影响

采用开顶式气室(OTC)和遮阳网模拟O3增加和地表太阳辐射减弱条件,测定冬小麦不同生育期不同器官的磷含量,并分析O3增加和太阳辐射减弱对植株体内磷含量、分配和转运的影响。结果表明,(1)太阳辐射减弱条件下冬小麦根、茎、叶和穗中磷含量均比自然光条件下显著增加(P<0.05),根和穗中磷的分配率降低,叶和生育后期茎中磷的分配率增加,植株营养器官中磷的总转运量(P<0.01)和转运率降低(P<0.05);(2)100nL.L-1O3处理(T)会增加根、茎、穗和生育后期叶中磷含量,降低乳熟期-成熟期根和穗中磷的分配率,增大成熟期茎和叶中磷的分配率,极显著降低根、茎、叶和营养器官中的磷转运量(P<0.01),增加叶和营养器官中磷的转运率。(3)O3增加和不同太阳辐射减弱的复合处理均会增加根、茎、叶和穗中磷含量,极显著降低植株根、茎、叶和营养器官中磷的转运量(P<0.01),降低穗和孕穗期-抽穗期根中磷的分配率(P<0.05),增加灌浆期-成熟期磷在茎和叶中的分配率(P<0.05),各复合处理对茎和穗中磷分配率的影响,随着太阳辐射减弱程度的增加而增大,并且在乳熟期-成熟期表现为协同作用。     

不同浓度硫处理下硒镉交互胁迫对水稻幼苗的生理特性影响

以淮稻6号为试验材料,采用水培的方法,研究了不同硫（S）浓度下（9、720mg·L-1）硒（Se）（5mg·L-1）和镉（Cd）（1、10mg·L-1）交互胁迫对水稻幼苗一些生理特性的影响,主要研究指标包括生物量、巯基物质含量和硒、镉含量。结果表明：（1）Cd对水稻幼苗各部分生长状况抑制能力大小不同,其对根长的抑制作用明显大于对茎长的抑制;（2）在无Se条件下,随着Cd浓度的增加,Cd对水稻幼苗生长的毒性不断增大,在加入一定浓度的Se后,Cd的毒性作用得到缓解;（3）在不同浓度S处理和Se、Cd交互胁迫下,随着S浓度增大,Cd对水稻幼苗毒性作用减轻;但高浓度的S处理反而对Cd与Se交互实验中Cd的毒性产生协同作用;（4）高浓度的S处理可以抑制水稻幼苗对Se的吸收;（5）巯基物质含量随着胁迫时间的增加呈先上升后下降的趋势。在Se、Cd交互实验中,低浓度S处理可以提高水稻幼苗中GSH和PCs的含量,从而促进植株体内重金属和PC的络合作用,缓减Cd对水稻幼苗的毒害。     

冬小麦气孔导度模型的比较

为评估不同模型模拟冬小麦气孔导度的适用性,从常用的Jarvis模型和Ball-Berry模型中分别选择两种,根据试验资料估算模型参数,并对模型预测效果进行检验和比较。结果表明：运用Jarvis模型1、Jarvis模型2、Ball-Berry模型1和Ball-Berry模型2预测冬小麦气孔导度时预测值与实测值之间的相关系数分别为0.854、0.777、0.751、0.784,均方根误差分别为0.149、0.247、0.183、0.169mol.m^-2.s^-1,据此可确定4种模型的预测精度为Jarvis模型1〉Ball-Berry模型2〉Ball-Berry模型1〉Jarvis模型2。研究结果可为现有的基于Jarvis模型和Ball-Berry模型的农田蒸散、陆面过程和生态系统模型提供参考。     

几种气孔导度模型在华北地区适应性研究

利用LI-6400便携式光合测定仪,在山东农业大学试验基地对冬小麦品种鲁麦23生理生态多项指标进行系统测定,在此基础上,从Jarvis和Ball-Berry模型中分别选取两种模型,利用最小二乘法对气孔导度参数进行拟合检验,并对模型预测效果进行统计分析和对比。结果表明,Ball-Berry模型2预测精度最高,其预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.625(P<0.01)和0.158mol.m-2.s-1,Jarvis模型1优于Jarvis模型2,Ball-Berry模型1预测效果最差,其预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.369(P<0.01)和0.235mol.m-2.s-1。4种模型在华北地区的适应性与长江中下游地区相比存在一定差异,因此需要在更多地区对气孔导度模型进行更深入研究,以期为土壤-植被-大气系统研究提供更为可靠的参考依据。     

美人蕉（Canna indica Linn.）和芦苇（Phragmites australis L.）人工湿地对含铬生活污水的净化效果及植物的生理生态变化

选取美人蕉（CannaindicaLinn.）、芦苇（PhragmitesaustralisL.）为植物材料,以不同浓度K2Cr2O（7分别含0、1、20、50mg.L-1Cr6＋）的生活污水作为Cr6＋污染源,研究了不同浓度Cr6＋及处理时间下两种湿地对污水净化效果、植物体Cr6＋积累量及根系活力（TTC）、叶片超氧化歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、净光合速率（Pn）和丙二醛（MDA）等生理指标的影响。结果表明：（1）在试验的初期30d内,随处理时间的延长,两种人工湿地COD、氨氮去除率均呈逐渐上升的趋势,30d后,随着Cr6＋处理时间的延长及Cr6＋浓度的逐渐升高,两种湿地系统对COD、氨氮去除率均逐渐下降。在20、50mg.L-1Cr6＋处理条件下,两种湿地对COD、氨氮的净化效果显著低于对照及1mg.L-1Cr6＋处理,对照与1mg.L-1Cr6＋处理条件下差异不显著。（2）在不同Cr6＋浓度处理下,两种人工湿地对TP净化效果的能力较为稳定,同时随处理时间的延长,美人蕉、芦苇体内Cr6＋积累量逐渐加大。（3）1mg.L-1Cr6＋处理可提高美人蕉和芦苇的TTC、叶片的SOD、POD、Pn,而20、50mg.L-1Cr6＋处理对以上指标均有不同程度的抑制作用,且抑制效果与处理浓度、时间呈正相关。（4）MDA含量随处理时间的延长和浓度升高呈逐渐增加趋势。可见,低浓度Cr6＋能有效促进美人蕉、芦苇生长,使之能够维持正常的净化功能,因此,利用它们作为人工湿地植物来修复Cr6＋污染具有一定的实用价值。