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近年来随着人类活动的加剧对流层中臭氧(O3)浓度不断升高,其对植物生长和农作物产量产生不利影响日益显现。水稻作为我国主要粮食作物之一,研究如何缓解O3对其的伤害有重要意义。本研究以汕优63(SY63)和扬稻6(YD6)作为试验材料,在O3-FACE平台的大气背景O3浓度(A)和高O3浓度(比大气背景O3浓度高50%,F)两个O3水平条件下,设置三个氮(N)处理,一个为正常N水平20 g·m-2的NN,一个增施5 g·m-2分蘖肥且总施N量25 g·m-2的HN1,一个增施5 g·m-2穗肥且总施N量25 g·m-2的HN2,研究了O3胁迫下增施N肥对水稻损伤的缓解作用。主要研究结果如下:
1.O3胁迫明显降低SY63和YD6叶片的光合效率,增施氮肥则对水稻的光合损伤有一定的缓解作用。O3胁迫下,SY63和YD6的Asat下降,在生长后期达到显著性水平。同时,Gs、Chla、Chlb、Car、Chlt及Rubisco含量在生长后期也呈下降趋势。增施N肥后,Gs、Chla、Chlb、Car、Chlt及Rubisco含量下降幅度减少,表明提高N供应可以缓解O3对气孔、光合色素以及Rubisco的破坏,从而有利于光合作用的进行,提高Asat。O3升高条件下SY63和YD6的Fv/Fm、φPS II和qP有下降趋势,P%减少,D%增加。提高施N量可减小O3引起的叶绿素荧光参数的变化幅度。因此,增施N肥可缓解O3对PS II的损伤,有利于提高光合效率。O3胁迫下,F-HN1组水稻的Gs、光合色素和Rubisco含量增加幅度大于F-HN2组,叶绿素荧光参数受O3影响的变化幅度小于F-HN2组,从而造成F-HN1组水稻的Asat大于F-HN2组水稻。
2.水稻干物质生产与分配受O3影响有明显变化,增施N肥则可削弱O3对其影响。O3胁迫下SY63和YD6的根茎叶穗生物量下降,增加N供应则其降幅减小。此外,受O3影响,SY63和YD6根穗分配指数降低,叶分配指数呈增加趋势,而茎分配指数受O3影响不大。增施N肥,根叶穗分配指数略有增加。此外,由于O3胁迫,水稻叶片绿枯比降低。提高N供应可使绿枯比降幅减小,说明O3胁迫下增加N供应更有利于叶片衰老情况的改善,从而有利于光合产物的积累与分配。
3.增施N肥可缓解O3胁迫下SY63和YD6的减产幅度。2010年,SY63和YD6的F-NN组产量降幅分别为27.40%和14.65%,2011年降幅分别为45.75%和28.91%。增施N肥后,SY63和YD6的F-HN1组在2010年降幅分别为21.00%和8.38%,在2011年降幅为26.88%和12.68%。SY63和YD6的F-HN2组在2010年降幅仅为23.37%和10.34%,在2011年降幅为35.47%和17.77%。表明增施N肥可以缓解O3对SY63和YD6产量的损伤。
4.O3胁迫下增施N肥,SY63和YD6的各部位N含量、N积累量及N分配比均受一定程度的影响。分蘖期增施N肥,水稻N素总积累的增加量高于N肥增施量,因而不会造成额外的环境问题;增施穗肥,N素总累积的增加量占N肥增施量的比例也可达到90%左右。
5.提高水稻N供应在缓解水稻生产的O3损伤的同时不会造成其经济效益的降低。在O3胁迫下,2010年,SY63和YD6的F-HN1组收益较F-NN组收益分别增加了1523.51元·hm-2和1593.82元·hm-2,F-HN2组收益较F-NN组收益分别升高了958.22元·hma和1096.69元·hm-2,均大于生产成本的增幅260.88元·hm-2。在O3胁迫下,2011年,SY63和YD6的F-HN1组收益较F-NN组收益分别增加了1.79×10-2元·株-1和1.70×10-2元·株-1,F-HN2组收益较F-NN组收益分别升高了9.74×10-3元·株-1和1.17×10-2元·株-1,均大于生产成本的增幅1.08×10-3元·株-1。
6.为缓解水稻O3损伤,增施分蘖N肥的方法所产生的效果更理想。两种增施N肥的方式对大多数生理指标的影响在统计上无显著差异,但由于F-HN1组产量增幅较大引起其水稻的经济效益的增幅大于后者,且F-HN1组最后水稻体内的N素总积累量大,不会造成额外的N素环境污染,故采用增施分蘖N肥的方式用于缓解水稻O3损伤的效果更理想。