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不同o层对水稻产量的影响 氧气污染（o3）是光化学烟雾污染的主要成分。它是最严重的二次污染之一，对当地植被有很强的植物毒素影响。近几十年来,由于大量使用化石燃料、含N化合物,大气中氮氧化物(NOx)、挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)浓度剧增,导致近地层O3浓度不断升高,污染范围不断扩大。长江三角洲地区是我国水稻的主要产区之一,近年来O3浓度逐年攀升,目前平均监测浓度可达50~60 n L·L-1,O3污染已成为该地区农作物产量损失的一个主要原因。 利用开顶式气室(Open-top chamber,OTC)在田间自然条件下研究O3对植物生长的影响,气室内小环境比较接近自然状况,结果相对可靠。目前是研究近地层大气污染对地表生物影响的有效工具,在国内外研究中得到了大量采用。但由于O3的活性高,熏气浓度不易控制,气室内一般采用的是固定浓度的处理。本研究运用自制的改进型开顶式气室,气室内部O3浓度与外界O3浓度同步变化,在田间原位条件下,分析了不同浓度O3熏气对水稻叶片光合色素、叶片气体交换参数和产量的影响,为O3胁迫对水稻产量损失的临界指标的评估和环境评价提供理论依据和科学指导。 1 材料和方法 1.1 田间原位实验 实验样地位于浙江省嘉兴市秀洲区双桥农场(31°53′N,121°18′E)。该农场地处长江三角洲杭嘉湖平原腹心地带,年平均气温15.9℃,年均降水量1 168.6mm,年均日照2 017.0 h。 实验用水稻品种为3694繁(Oryza sativa L.),种子由浙江省嘉兴市秀洲区农科所提供。2007年5月25日播种,6月29日移栽水稻苗至实验小区内。小区面积约3 m2,施用375 g复合肥作为底肥,每小区种植12×11丛水稻,每丛4株秧苗。 O3熏气从2007年7月29日水稻拔节期开始,2007年10月11日水稻完熟期熏气结束,熏气时间从每天9:00到17:00结束,共8 h,扣除阴雨天气的影响,实际熏气天数是54 d,通过自制的开顶式气室(Open-top chamber)进行大气O3浓度动态变化的田间原位实验。开顶式气室由钢筋和聚乙烯塑料薄膜构建,主要包括大气过滤系统、鼓气系统、O3发生和加入系统、布气系统、暴露室、O3浓度控制系统和数据自动采集系统组成。O3由医用氧(纯度为99.5%)通过浙江省余姚市圣莱特电器有限公司生产的O3发生器生成,O3浓度通过ML9810B型O3分析仪(Monitor公司,美国)进行动态监测。 试验共设4种O3浓度水平:(1)活性炭过滤的大气(charcoal-filter,以下称CF,日平均O3浓度为10n L·L-1);(2)自然大气(non-filter,以下称NF,日平均O3浓度为40 n L·L-1);(3)低浓度O3处理(O1):日平均熏气O3浓度为100 n L·L-1;(4)高浓度O3处理(O2),日平均熏气O3浓度为150 n L·L-1。每个处理3个重复,共12个OTC气室,排成4行3列,每个气室面积是2 m×2 m,各气室之间有2 m×3 m的保护行,田埂宽0.5 m,具体气室分布如图1所示。CF、NF、O1和O2的AOT40值分别为3.99、5.08、13.83和32.08μL·L-1·h。在整个水稻生长期内所有的田间管理方式与当时耕作方式保持一致,其他因素如水肥条件、病虫害等不成为本实验的限制因子。 1.2 抗氧化酶系统对水稻旗叶光合系 光合色素:叶绿素和类胡萝卜素含量用80%丙酮提取,采用Amon法测定,单位为mg·g-1。采样测定时间分别为7月22日(水稻拔节期),8月8日(水稻分蘖期),9月7日(水稻扬花期),10月4日(水稻乳熟期)。 水稻叶片气体交换参数:采用CIRAS-1便携式光合作用测定系统(PP Systems Ln C,英国)在控光条件下(PPFD:1 400μmol·m-2·s-1)分别测定各个处理组水稻旗叶叶片在不同CO2浓度(50~2 000μmol·mol-1)下的光合响应曲线,测定时间分别为8月23日(水稻始穗期),9月10日(水稻扬花期),9月25日(水稻灌浆期),10月3日(水稻乳熟期)。 根据光合曲线计算饱和CO2浓度下的叶片净光合速率(Psat)和羧化效率(carboxylation efficiency,CE)。水分利用效率(Water usage eficiency,WUE)由光合速率与蒸腾速率之比计算求得。气孔限制值(Stomal limit value,Ls)按Berry和Bjorlonan的方法计算,即 式中:Ci为植物叶片胞间CO2浓度,Ca为环境CO2浓度。 产量:2007年11月2日水稻收获以后统计每个小区的水稻干重,根据面积得出产量。 1.3 数据分析 采