摘要
全球变暗是指到达地面的太阳辐射减少的现象，是气候变化的三大趋势之一。全球变暗在降低太阳总辐射的同时增加了其中的散射辐射比例。太阳辐射是作物生长的能量来源，其变化会通过调控作物氮素的吸收分配和转运而影响叶片光合作用及植株衰老，进而影响作物的干物质生产和产量。明确全球变暗背景下太阳辐射变化对作物氮素吸收、分配和转运的影响，不仅有助于理解作物生长和产量对全球变暗下太阳辐射变化的响应机制，也可以为准确评估全球变暗对作物生长和产量的影响提供理论依据。本研究以我国主要粮食作物之一的水稻为研究对象。利用位于江苏省常熟市白茆镇康博村(31°30?N，120°33?E)的开放式全球变暗模拟装置开展了两年（2020、2021）田间试验。供试水稻品种为不同基因型的常优5号（粳稻）和扬稻6号（籼稻），每季试验设置1个对照处理CK（无材料覆盖，自然条件）和2个遮阴处理：T1（模拟空气中度污染水平下太阳总辐射下降24.28%~25.07%，散射辐射比例同CK）和T2（模拟空气中度污染水平下太阳总辐射下降同T1，散射辐射比例提高21.25%~22.96%），每处理设3个重复，共9个小区，每小区面积为4m×8m，各处理小区采用随机区组排列。依据田间观测数据，定量分析了水稻地上部及各器官氮素积累量与氮浓度、各器官的氮素分配以及抽穗后叶、茎鞘氮素转运对太阳辐射变化的响应规律及其原因。主要研究结果如下： 1.太阳辐射变化对地上部氮素积累量和氮浓度的影响：在本研究处理的太阳辐射变化范围内，与CK相比，T1处理太阳总辐射每下降10%，2020年和2021年成熟期，地上部干物质积累量常优5号分别显著下降4.33%和4.41%、扬稻6号分别显著下降3.89%和5.05%，地上部氮素积累量两品种均呈下降趋势但仅2020年常优5号下降3.40%达到显著水平，地上部氮浓度扬稻6号2020年和2021年分别显著提高2.49%和5.62%，常优5号有提高趋势但未达显著水平；与T1相比，T2处理散射辐射比例每提高10%，2020年和2021年成熟期，地上部干物质积累量两品种均呈上升趋势但仅扬稻6号2020年提高1.62%达到显著水平，地上部氮素积累量两品种均呈上升趋势，地上部氮浓度2020年两品种呈下降趋势而2021年呈上升趋势，但这些趋势均未达显著水平。地上部氮积累量对太阳总辐射下降和散射辐射比例提高的响应幅度常优5号大于扬稻6号，而地上部氮浓度对太阳总辐射下降和散射辐射比例提高的响应幅度常优5号小于扬稻6号。 2.太阳总辐射降低对水稻氮素分配与转运的影响：在本研究处理的太阳总辐射降低范围内，与CK相比，T1处理太阳总辐射每下降10%，抽穗前各器官氮素分配：叶氮分配系数2020年常优5号、2021年常优5号、2020年扬稻6号分别显著提高4.63%、3.99%、4.60%，而2021年扬稻6号有上升趋势但未达显著水平，叶氮积累量两品种呈现上升趋势但未达显著水平，叶氮浓度2020年常优5号、2021年常优5号和扬稻6号分别显著提高2.96%、3.96%和3.18%，而2020年扬稻6号有上升趋势但未达显著水平；茎鞘氮分配系数两品种呈下降趋势但未达显著水平，茎鞘氮积累量2021年常优5号、2020年和2021年扬稻6号分别显著降低4.85%、4.52%和3.11%，而2020年常优5号有下降趋势但未达显著水平，茎鞘氮浓度两品种呈上升趋势但总体上未达显著水平；穗氮素分配系数和穗氮积累量两品种呈下降趋势，而穗氮浓度两品种呈上升趋势，但这些趋势均未达显著水平。抽穗后营养器官氮素转运：叶氮转运率和叶氮转运量两品种呈下降趋势但总体上未达显著水平；茎鞘氮转运率2021年常优5号和扬稻6号分别显著降低8.21%和5.13%、而2020年两品种呈下降趋势但未达显著水平，茎鞘氮转运量2021年常优5号、2020年扬稻6号、2021年扬稻6号分别显著降低10.44%、10.09%、7.05%，而2020年常优5号有降低趋势但未达显著水平。成熟期穗氮：穗氮积累量2020年常优5号和扬稻6号分别显著降低4.28%和3.35%、2021年两品种呈下降趋势但未达显著水平，穗氮浓度两品种呈上升趋势但也未达显著水平。太阳总辐射下降，穗氮分配系数、穗氮积累量降低幅度以及穗氮浓度提高幅度常优5号大于扬稻6号，而叶转运率降低幅度扬稻6号大于常优5号。 3.散射辐射比例提高对水稻氮素分配与转运的影响：在本研究处理的散射辐射比例增加范围内，与T1相比，T2处理散射辐射比例每增加10%，抽穗前各器官氮素分配：两品种叶氮分配系数均呈下降趋势，叶氮积累量2020年呈下降趋势而2021年呈上升趋势，叶氮浓度总体呈下降趋势，茎鞘分配系数2020年呈上升趋势而2021年呈下降趋势，茎鞘氮积累量呈上升趋势，鞘氮浓度总体呈下降趋势；穗氮素分配系数和穗氮积累量呈上升趋势，穗氮浓度呈下降趋势；抽穗后营养器官氮素转运：叶氮转运率和叶氮转运量常优5号呈下降趋势而扬稻6号呈上升趋势，茎鞘氮转运率和茎鞘氮转运量两品种总体呈上升趋势；成熟期穗氮：两品种穗氮积累量呈上升趋势，穗氮浓度呈下降趋势。但上述趋势均未达到显著水平。散射辐射比例提高，穗氮分配系数、穗氮积累量提高幅度常优5号大于扬稻6号。 本研究结果表明，太阳总辐射下降，降低了水稻植株氮素吸收量，但其降低幅度小于地上部干物质积累量降低幅度，从而形成浓缩效应，使地上部及各器官氮浓度提高，并提高了叶氮分配系数而降低了穗氮分配系数及茎叶氮转运率，最终延缓了植株衰老，最终降低了成熟期穗氮积累量；散射辐射比例增加，提高了水稻植株氮素吸收量而降低了叶氮浓度和叶氮分配系数但提高了穗氮分配系数，最终提高了成熟期穗氮积累量。在氮素积累和分配方面，粳稻常优5号比籼稻扬稻6号对太阳辐射变化敏感；而在氮素转运方面，扬稻6号比常优5号对太阳辐射变化敏感。散射辐射比例增加导致的植株氮素积累、分配和转运变化幅度均小于太阳总辐射降低导致的变化幅度。因此，全球变暗下太阳总辐射下降是影响水稻氮素积累、分配和转运的主导因子，散射辐射比例增加对水稻地上部氮积累量和穗氮积累量的肥料效应抵消不了太阳总辐射降低的负效应。因此，栽培上可以在抽穗后适当增施穗肥促进穗的发育，增大氮库以促进穗后叶和茎鞘氮素向穗转运，从而应对未来全球变暗对水稻生产的负面影响。
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