灰霾导致的太阳辐射变化对小麦干物质分配的影响

张雷雷　何正奎　王巧云

摘  要：随着经济的快速发展，空气污染加剧，灰霾天气发生频率增加，导致到达地面的太阳总辐射减少，散射辐射比例增加，从而影响作物生长和粮食安全。

关键词：灰霾；太阳辐射；小麦；干物质分配；分配指数

随着经济的快速发展，工业化以及城市化进程逐步加快，化石燃料消耗量剧增，土地利用情况也发生变化（由森林、草地向耕地以及由农林用地向城建和工业用地转变），导致地球空气污染加重，灰霾天气发生频率逐渐增加^[1]。作为地表能量的直接来源--太阳辐射，也会受到灰霾天气的影响。未来在没有经济可行的可再生或替代能源的情况下，化石燃料消耗和土地利用方式改变仍将继续增加和加快，从而使我国灰霾问题持续加重。由于灰霾天气影响范围大，持续时间久，其对我国作物生产的影响可能不小于其它类型的极端天气事件（如高温、干旱、冷害和冻害等），从而直接威胁我国粮食安全。

一、灰霾天气简介

灰霾天气是指大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使能见度小于10 km，空气普遍有混浊现象的天气状况。灰霾天气一般是大气边界层乃至对流层低层整体的大气浑浊现象。虽然灰霾由于着重点和研究深度的不同而有着不同的定义，但是灰霾的本质是不变的。灰霾本质就是新型复合空气污染，属于细粒子污染，是与光化学污染相关联的超细粒子污染。也可以说，从广义来讲灰霾天气的本质就是细粒子气溶胶污染，属于大气气溶胶的范畴。

二、试验设计

本文针对灰霾导致的太阳辐射变化对小麦干物质分配的影响展开研究，以“宁麦13”为试验材料，采用塑料薄膜进行遮荫处理，模拟不同程度灰霾天气条件对小麦地上部干物质分配的影响，为建立灰霾导致的太阳辐射变化对小麦干物质分配的影响模拟模型提供试验数据支持。

1材料与方法

1.1  试验设计及田间管理

从小麦拔节期开始至收获期用PE农用膜在2m高度处平行于地面遮荫（仅顶部遮荫，四周不遮荫），用以模拟灰霾天气；设3个处理（CK、T1：膜厚度0.12mm，一层膜、T2：膜厚度0.12mm，三层膜），每处理设3个重复，共9个小区。每个小区面积为4*5 m²，采用随机区组设计，全田面积855m²。在处理过程中，根据日出日落时间，每天日出之前将膜拉开，日落之后将膜收起，以确保在每天光照较强、小麦光合速率较高的时间段进行处理，同时消除夜间PE膜对地面长波辐射吸收引起的处理与对照小区的温度差异。试验期间小麦其他栽培措施，与常规大田生产相同。

1.2  项目测定和方法

田间试验期间，拔节期不同处理3个小区各取样代表性植株10株（每个处理共3个小区），将取样样品分为绿叶、茎鞘两部分，孕穗期之后各生育期每处理3个小区各取样3组（每个处理共10株），将取样样品分为绿叶、黄叶、茎鞘和穗四部分，在105℃下杀青15min，80℃下烘干至恒重，称重，计算单位面积群体地上部干物质累积量。

2结果与分析

2.1  灰霾导致的太阳辐射变化对叶分配的影响

不同处理叶分配指数均随着时间的推移而降低。从拔节期处理开始，与CK相比，T1和T2处理叶分配指数均呈增加趋势，在灌浆期各处理差异最显著，分别增加6.48%和9.32%。结果表明：植株在灰霾条件下，将更多的干物质转移到叶片，且灰霾越严重，叶分配指数增加越显著。叶分配指数的增加与SLA有关。比叶面积增加，植株叶片变薄，利于增加冠层LAI，进而有利于提高接受截获光的叶片面积。除此之外，叶分配指数的增加还与散射辐射比例增加有关。自然状态下生长的植株（对照）抽穗期冠层下部已出现较多枯黄叶，而灰霾（散射辐射比例增加）处理的植株衰老减缓，基部仍有较大绿叶面积，叶片数目均比CK多，处理叶面积增加显著，进而叶分配指数增加。

2.2  灰霾导致的太阳辐射变化对茎分配的影响

不同的辐射条件对小麦茎分配的影响，三个处理下，从孕穗期到成熟期茎的分配指数都呈现先升后降的趋势，表现为抽穗期达到最大值。拔节期T1、T2与CK差异明显，分别低1.05%、1.20%。从孕穗期到灌浆期，T1与CK差异虽不明显，但差异基本呈上升趋势，而T2明显低于CK，分别低0.76%，1.08%和1.49%。成熟期T1、T2都低于CK，分别低0.12%和0.60%。说明孕穗期到灌浆期，茎的干物质分配指数下降变快。可能是由于灰霾条件下，在小麦生殖生长时期，地上部向叶的分配指数增加，以适应不良气候条件，尽量保证植株的产量，从而相应减少向茎分配的量。

2.3  灰霾导致的太阳辐射变化对穗分配的影响

不同的辐射条件对穗分配的影响，三种条件下，穗的分配指数都呈上升趋势。孕穗期T1和T2明显低于CK，分别低3.67%和7.36%。抽穗期到灌浆期T1比CK低2.30%、3.76%，T2比CK低4.95%、4.03%。成熟期，处理组也低于CK。从孕穗期到成熟期，呈现CK>T1> T2。说明小麦地上部干物质向穗的分配指数随灰霾程度的增加而降低，从而影响产量。

2.4  灰霾导致的太阳辐射变化对收获指数的影响

根据穗分配在不同处理下随生育时期的变化规律，我们进而对不同处理對小麦收获指数的影响展开研究。与穗分配指数下降趋势相同，同CK相比，T1、T2收获指数均下降，分别下降了0.34%和3.36%，T2差异显著。说明灰霾程度越重，其导致的太阳辐射的变化使得籽粒在地上部干物质总量中所占的比例下降，即地上部干物质向籽粒转化的比例降低，从而降低产量。

三、结论

本试验采用0.12mm厚的农用PE膜模拟灰霾天气，通过改变使用的PE膜的层数模拟不同程度的灰霾天气，研究小麦各时期地上部各器官干物质分配的变化规律。试验结果表明：灰霾导致的太阳辐射的降低会使得地上部干物质向叶的分配比率在整个生育期内都显著增加。相比较而言，茎的干物质分配指数在孕穗到灌浆期间有明显降低，而向穗的分配比例在抽穗到灌浆期下降最快，且最终导致穗的干物质分配指数明显低于正常情况。说明小麦响应太阳辐射的减弱的表现是减少茎的比例，增加叶的比例，以便获得更多的光合产量，而太阳辐射的降低最终还是会影响干物质向籽粒的分配。

试验结果说明灰霾超过一定程度后，其产生的太阳辐射的变化会使得小麦地上部器官干物质向叶的分配指数上升，向茎的分配指数下降，最终还会导致向籽粒中分配的比例降低。灰霾具体超过什么程度会对器官分配指数造成明显的影响，还有待进一步试验的定量研究；小麦对太阳辐射降低的响应机理也需要更多试验进行解释；面对日益严重的灰霾现象，如何应对以保证小麦籽粒的分配指数也需要试验来进一步研究。