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由于人类活动的影响,近地面臭氧浓度不断升高。大量研究表明,臭氧浓度升高对作物生长发育有严重的负面影响。小麦是我国主要粮食作物之一,因此研究如何缓解臭氧对小麦的伤害有重要意义。本研究以小麦(Tritcium aestivum)品种扬麦16和扬辐麦2为试材,利用开放式空气O3浓度升高平台(O3-FACE),设置大气背景臭氧浓度和高臭氧浓度(比大气背景臭氧浓度高50%)两个臭氧水平,常氮210 kg·hm-2和高氮250 kg·hm-2两个氮水平,研究了臭氧胁迫下增施氮肥对小麦光合和产量损伤的缓解作用。主要研究结果如下:
1.臭氧胁迫下,小麦旗叶的Pn、Gs、Tr、Chla、Chlb、Car、Chit、Chlt/Car、可溶性蛋白及Rubisco含量均显著下降,而增施氮肥后,Pn、Chla、Chlb、Car、Chlt、Chlt/Car、可溶性蛋白及Rubisco含量均显著增加。Pn的增加主要是由光合色素、可溶性蛋白及Rubisco含量增加引起的,而不是由Gs、Ci、Tr等气孔因素所引起的。就品种而言,臭氧胁迫下,扬辐麦2各指标的降幅大于扬麦16,从两个品种各个指标对臭氧浓度升高条件下增施氮肥的响应来看,除了Chlb和可溶性蛋白,其他指标的增幅扬辐麦2均大于扬麦16,但品种间的差异未到达显著性水平。Chla/Chlb在臭氧浓度升高条件下显著增加,扬辐麦2和扬麦16的增幅分别为13.75%、8.50%,增施氮肥后,两个品种的Chla/Chlb比值均趋于对照。表明增施氮肥缓解了光合色素的降解程度且对各光合色素的缓解程度不同,从而改变了色素的组成,使色素的组成均趋于对照,说明增施氮肥对光合色素的臭氧损伤有修复作用。
2.臭氧浓度升高条件下,扬麦16的总生物量和产量显著下降,降幅分别为12.23%和12.63%,增施氮肥后,生物量和产量均显著增加,增幅分别为14.94%和10.70%。且在对照条件下,增施氮肥后小麦产量虽有所上升但未到达显著水平。在抽穗期,O3-FACE下小麦叶片和茎干重与对照相比有增加趋势,但未达到显著水平;成熟期,小麦根、叶、穗干重与对照相比均显著下降,降幅分别为37.45%、20.27%、12.82%;但臭氧胁迫下增施氮肥后,小麦根、叶、穗重与常氮条件下相比均显著增加,增幅分别为60.58%、27.59%、10.66%。臭氧和氮肥对茎重均无明显影响。在抽穗期,O3-FACE下小麦叶和茎的分配指数与对照相比有所上升,但未达到显著水平;无论常氮还是高氮水平,臭氧胁迫下根的分配指数与对照相比均显著下降,常氮和高氮下的降幅分别为15.82%和26.02%。成熟期,在臭氧浓度升高,常氮条件下,小麦根分配指数以及根冠比均显著下降,降幅分别为29.00%和29.84%,而增施氮肥后,小麦根分配指数和根冠比均显著增加,增幅分别为39.60%和43.56%:臭氧和N肥对小麦成熟期叶和穗的分配指数影响均不明显。
3.常氮条件下,臭氧浓度升高明显降低N的总累积量及成熟期叶中N含量,降幅分别为10.93%、23.87%,而成熟期穗中N含量明显增加,增幅为6.15%,增施氮肥后,N累积量及小麦叶中N含量与常氮相比明显增加,增幅分别为15.58%、10.74%。无论常氮还是高氮条件下,抽穗期,O3-FACE根中N含量与对照相比均明显下降,降幅分别为36.39%和29.57%;成熟期,O3-FACE根中N含量与对照比均有增加趋势,且在常氮下O3-FACE和对照的N含量差异达到了极显著水平。臭氧胁迫下,小麦N素利用效率及N肥生产效率与对照相比均有所下降,常氮下降幅分别为3.09%、12.63%,高氮下降幅分别为9.82%、5.65%。臭氧浓度升高,小麦N素收获指数有所升高,增幅为1.66%,但未达到显著水平,而增施氮肥后,N素收获指数与常氮相比却显著减少,降幅为4.21%。
4.臭氧胁迫下,无论增施的氮肥是在施越冬肥和拔节肥时各施入一半还是在拔节肥时一次性施入,小麦生物量、产量、光合速率、光合色素、可溶性蛋白和Rubisco含量均显著增加,虽然对大多数指标来说,拔节时一次性增施氮肥的增幅大于分开施入,但这两种增施方式对各个指标的影响在统计上无显著差异。