灰霾導致的太陽輻射變化對小麥干物質分配的影響

張雷雷　何正奎　王巧云

摘? 要：隨著經濟的快速發展，空氣污染加劇，灰霾天氣發生頻率增加，導致到達地面的太陽總輻射減少，散射輻射比例增加，從而影響作物生長和糧食安全。

關鍵詞：灰霾；太陽輻射；小麥；干物質分配；分配指數

隨著經濟的快速發展，工業化以及城市化進程逐步加快，化石燃料消耗量劇增，土地利用情況也發生變化（由森林、草地向耕地以及由農林用地向城建和工業用地轉變），導致地球空氣污染加重，灰霾天氣發生頻率逐漸增加^[1]。作為地表能量的直接來源--太陽輻射，也會受到灰霾天氣的影響。未來在沒有經濟可行的可再生或替代能源的情況下，化石燃料消耗和土地利用方式改變仍將繼續增加和加快，從而使我國灰霾問題持續加重。由于灰霾天氣影響范圍大，持續時間久，其對我國作物生產的影響可能不小于其它類型的極端天氣事件（如高溫、干旱、冷害和凍害等），從而直接威脅我國糧食安全。

一、灰霾天氣簡介

灰霾天氣是指大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使能見度小于10 km，空氣普遍有混濁現象的天氣狀況。灰霾天氣一般是大氣邊界層乃至對流層低層整體的大氣渾濁現象。雖然灰霾由于著重點和研究深度的不同而有著不同的定義，但是灰霾的本質是不變的。灰霾本質就是新型復合空氣污染，屬于細粒子污染，是與光化學污染相關聯的超細粒子污染。也可以說，從廣義來講灰霾天氣的本質就是細粒子氣溶膠污染，屬于大氣氣溶膠的范疇。

二、試驗設計

本文針對灰霾導致的太陽輻射變化對小麥干物質分配的影響展開研究，以“寧麥13”為試驗材料，采用塑料薄膜進行遮蔭處理，模擬不同程度灰霾天氣條件對小麥地上部干物質分配的影響，為建立灰霾導致的太陽輻射變化對小麥干物質分配的影響模擬模型提供試驗數據支持。

1材料與方法

1.1? 試驗設計及田間管理

從小麥拔節期開始至收獲期用PE農用膜在2m高度處平行于地面遮蔭（僅頂部遮蔭，四周不遮蔭），用以模擬灰霾天氣；設3個處理（CK、T1：膜厚度0.12mm，一層膜、T2：膜厚度0.12mm，三層膜），每處理設3個重復，共9個小區。每個小區面積為4*5 m²，采用隨機區組設計，全田面積855m²。在處理過程中，根據日出日落時間，每天日出之前將膜拉開，日落之后將膜收起，以確保在每天光照較強、小麥光合速率較高的時間段進行處理，同時消除夜間PE膜對地面長波輻射吸收引起的處理與對照小區的溫度差異。試驗期間小麥其他栽培措施，與常規大田生產相同。

1.2? 項目測定和方法

田間試驗期間，拔節期不同處理3個小區各取樣代表性植株10株（每個處理共3個小區），將取樣樣品分為綠葉、莖鞘兩部分，孕穗期之后各生育期每處理3個小區各取樣3組（每個處理共10株），將取樣樣品分為綠葉、黃葉、莖鞘和穗四部分，在105℃下殺青15min，80℃下烘干至恒重，稱重，計算單位面積群體地上部干物質累積量。

2結果與分析

2.1? 灰霾導致的太陽輻射變化對葉分配的影響

不同處理葉分配指數均隨著時間的推移而降低。從拔節期處理開始，與CK相比，T1和T2處理葉分配指數均呈增加趨勢，在灌漿期各處理差異最顯著，分別增加6.48%和9.32%。結果表明：植株在灰霾條件下，將更多的干物質轉移到葉片，且灰霾越嚴重，葉分配指數增加越顯著。葉分配指數的增加與SLA有關。比葉面積增加，植株葉片變薄，利于增加冠層LAI，進而有利于提高接受截獲光的葉片面積。除此之外，葉分配指數的增加還與散射輻射比例增加有關。自然狀態下生長的植株（對照）抽穗期冠層下部已出現較多枯黃葉，而灰霾（散射輻射比例增加）處理的植株衰老減緩，基部仍有較大綠葉面積，葉片數目均比CK多，處理葉面積增加顯著，進而葉分配指數增加。

2.2? 灰霾導致的太陽輻射變化對莖分配的影響

不同的輻射條件對小麥莖分配的影響，三個處理下，從孕穗期到成熟期莖的分配指數都呈現先升后降的趨勢，表現為抽穗期達到最大值。拔節期T1、T2與CK差異明顯，分別低1.05%、1.20%。從孕穗期到灌漿期，T1與CK差異雖不明顯，但差異基本呈上升趨勢，而T2明顯低于CK，分別低0.76%，1.08%和1.49%。成熟期T1、T2都低于CK，分別低0.12%和0.60%。說明孕穗期到灌漿期，莖的干物質分配指數下降變快。可能是由于灰霾條件下，在小麥生殖生長時期，地上部向葉的分配指數增加，以適應不良氣候條件，盡量保證植株的產量，從而相應減少向莖分配的量。

2.3? 灰霾導致的太陽輻射變化對穗分配的影響

不同的輻射條件對穗分配的影響，三種條件下，穗的分配指數都呈上升趨勢。孕穗期T1和T2明顯低于CK，分別低3.67%和7.36%。抽穗期到灌漿期T1比CK低2.30%、3.76%，T2比CK低4.95%、4.03%。成熟期，處理組也低于CK。從孕穗期到成熟期，呈現CK>T1> T2。說明小麥地上部干物質向穗的分配指數隨灰霾程度的增加而降低，從而影響產量。

2.4? 灰霾導致的太陽輻射變化對收獲指數的影響

根據穗分配在不同處理下隨生育時期的變化規律，我們進而對不同處理對小麥收獲指數的影響展開研究。與穗分配指數下降趨勢相同，同CK相比，T1、T2收獲指數均下降，分別下降了0.34%和3.36%，T2差異顯著。說明灰霾程度越重，其導致的太陽輻射的變化使得籽粒在地上部干物質總量中所占的比例下降，即地上部干物質向籽粒轉化的比例降低，從而降低產量。

三、結論

本試驗采用0.12mm厚的農用PE膜模擬灰霾天氣，通過改變使用的PE膜的層數模擬不同程度的灰霾天氣，研究小麥各時期地上部各器官干物質分配的變化規律。試驗結果表明：灰霾導致的太陽輻射的降低會使得地上部干物質向葉的分配比率在整個生育期內都顯著增加。相比較而言，莖的干物質分配指數在孕穗到灌漿期間有明顯降低，而向穗的分配比例在抽穗到灌漿期下降最快，且最終導致穗的干物質分配指數明顯低于正常情況。說明小麥響應太陽輻射的減弱的表現是減少莖的比例，增加葉的比例，以便獲得更多的光合產量，而太陽輻射的降低最終還是會影響干物質向籽粒的分配。

試驗結果說明灰霾超過一定程度后，其產生的太陽輻射的變化會使得小麥地上部器官干物質向葉的分配指數上升，向莖的分配指數下降，最終還會導致向籽粒中分配的比例降低。灰霾具體超過什么程度會對器官分配指數造成明顯的影響，還有待進一步試驗的定量研究；小麥對太陽輻射降低的響應機理也需要更多試驗進行解釋；面對日益嚴重的灰霾現象，如何應對以保證小麥籽粒的分配指數也需要試驗來進一步研究。