灰霾导致的太阳辐射变化对水稻干物质分配的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

随着经济的快速发展，工业化和城市化进程的加快，化石燃料消耗剧增，土地利用也发生变化（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），导致空气污染加剧，灰霾天气发生频率增加^[1-2]。中国气象局的数据显示，2013年全国平均灰霾天数为52年来之最，而江苏省是灰霾天气高发区，其中南京市出现灰霾的天数为242天，达到有气象统计以来的最高值。灰霾天气不仅严重影响人类健康与交通运输，而且对我国农业生产，特别是作物生产也造成严重负面影响^[3-5]。太阳辐射是地表能量的直接来源，而在地球气候某一个时期的变化过程中，大气层以下的各种因素，如云的反射和散射、气溶胶的散射和吸收、大气的分子散射以及这些因子时空分布的变化都会在不同程度上引起到达地面太阳辐射的变化，进而可能对地表温度、蒸发和水循环等以及人类的生活环境和地球生态系统等带来多方面的影响，产生较为深远的气候效应^[6]。

太阳辐射与地球气候系统之间的这种密切关系，随着当前全球气候变化及相关研究工作的倍受重视，有关到达地球表面的太阳辐射在最近几十年的变化、原因及其可能的气候效应等问题也引起了科学家的广泛关注，并在全球范围内开展了一系列的研究工作，得到了许多具有重要科学意义的研究成果。中国自上世纪50年代以后开始了太阳辐射的观测，已有许多学者通过研究证实了中国以及不同地区的太阳辐射自 1960 年代的下降状况^[7-8]，但研究较多关注太阳辐射自身的变化，而较少涉及太阳辐射变化对区域气候的影响等。

太阳辐射是自然界绿色植物进行光合作用的唯一能量来源。在19552000的45年间，我国平均太阳辐射以每年3.1 w m-2下降^[9]。在19612007的47年间，我国冬小麦种植区小麦生长季内太阳辐射强度平均减少39.69 mj m-2 10a-1^[10]。太阳辐射强度减少一方面导致作物叶片光合速率下降、干物质积累量（生物量）减少；另一方面，在太阳辐射减弱的条件下，作物生物量中分配给叶片的比例增加，而分配给籽粒的比例降低，进而导致作物产量下降。未来随着中国经济持续快速发展，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，并且在我国经济发达的作物高产地区（长江中下游、华北和华南）发生的频率和强度更大^[11-12]，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。但是，灰霾在导致到达地面的太阳辐射减弱的同时，也使得地面太阳辐射中散射辐射的比例增加^[13]。散射辐射在作物冠层中的衰减速率低于直射辐射，因此其在冠层中的分布比直射辐射更均匀（即下部叶片接受到的散射辐射更多），从而提高整个作物冠层的光能利用率^[14]。散射辐射比例增加对作物产量的促进作用被称为散射辐射的肥效作用（diffuse-radiation fertilization effect）^[13]。

2. 研究的基本内容和问题

通过设置设3个处理（CK、T1：膜厚度0.04mm，三层膜，总辐射降低20%，散射辐射占总辐射比例31%、T2：膜厚度0.06mm，三层膜，总辐射降低20%，散射辐射占总辐射比例37%），研究轻度遮荫及散射辐射比例增加对水稻干物质分配的影响，为未来气候变化情况下水稻的生产提供参考和依据。

研究内容主要分为两部分:一是轻度遮荫及散射辐射比例增加对水稻器官干重的影响,二是轻度遮荫及散射辐射比例增加对水稻的干物质分配指数的影响.其中的关键问题是明确散射辐射比例对水稻干物质分配指数的积极影响。

3. 研究的方法与方案

研究方法

水稻品种为南粳46。

试验地点设在江苏省南京市江苏省农业科学院内试验田 (32.03n，118.87e)内进行，属亚热带湿润季风性气候，年均总日照数2130.2小时，占可照时数48%；年平均气温15.4c；年均降水量1106毫米，无霜期约225天。田间试验平台于2013年夏天建成运行，南方水旱轮作-夏水稻、冬小麦。

4. 研究创新点

本项目针对在评估灰霾对作物产量影响方面存在的问题，研究不同程度灰霾对水稻干物质分配的影响。

5. 研究计划与进展

2014年7月至2014年11月，在江苏省农科院进行水稻试验，获得论文所需数据。

2014年11月至2015年2月，广泛阅读文献资料，分析整理数据。

2015年2月至2015年5月，撰写论文。