论文摘要
大气NH3浓度变化对植物影响是当前国内外研究的热点问题之一,这一研究在国外开展较早,且主要集中在大气NH3浓度较高的欧洲,研究对象也以森林和草原植物单叶为主,很少涉及植株和群体,对人为投入氮肥的农田生态系统作物研究更少。国内在近几年才逐步开展该领域的研究工作,资料相对贫乏,因此,以前获得的结果对各类植物是否具有普遍性,需进一步确证。本研究采用开顶式气室（Open Top Chambers,OTCs）,以不同氮效率玉米（氮高效5号,NE5;氮低效四单19,SD19）和冬小麦（氮高效基因型小偃6号,XY6;氮低效基因型长旱58,CW58）为供试作物开展研究,试验处理包括大气NH3浓度（高NH3浓度:1000 nL L-1,符号为EAM;空气背景NH3浓度:10 nL L-1,符号为AM）、介质施氮水平（介质不施氮:-N;介质施氮:+N）和作物不同氮效率基因型（玉米:NE5和SD19;冬小麦:XY6和CW58）3个因子,采用完全方案,对每类作物共8个处理组合。通过3季作物的盆栽试验（试验Ⅰ:玉米水培;试验Ⅱ:冬小麦土培;试验Ⅲ:玉米土培）,研究了大气NH3浓度升高对生长在不同施氮水平下不同氮效率基因型作物生长发育、光合特性、养分分配利用及冬小麦产量构成的影响。通过研究,获得以下主要结论:1.试验Ⅰ、试验Ⅱ和试验Ⅲ测定结果表明,EAM处理对2种氮效率基因型总生物量（冠层+根系）影响不明显,且不受介质施氮水平的影响,但EAM处理对作物冠层生物量存在显著影响（P<0.05）,说明高浓度NH3主要通过影响冠层生物量而影响作物生长,并且在促进冠层生长的同时减少了同化产物向根系的输入。并且,EAM处理对作物冠层生物量的影响作用与介质施氮水平有关,表现为+N时抑制,-N时促进。结果还表明,在介质+N条件下,EAM处理对氮低效基因型冠层生物量的抑制作用小于对氮高效基因型的抑制效应;而介质-N条件下,EAM处理对氮低效基因型冠层的促进作用显著高于对氮高效基因型的促进作用（P < 0. 05）,说明大气NH3浓度升高对作物的作用程度与作物对介质氮素利用能力（即基因型差异）有关。在3次试验中对根冠比（root and shoot to the ratios, R/S）的测定发现,EAM处理使作物R/S表现为下降趋势,这与冠层生物量明显增加及向根系同化产物输入减少有关;作物R/S的变化与作物种类和取样时期有关。2.试验Ⅰ（玉米水培试验）中,大气NH3浓度升高对2种氮效率基因型各生理指标均存在显著影响（P < 0. 05）。对EAM处理,生长在介质+N条件下氮高效基因型NE5的SPAD值、Pn和Gs分别比AM处理降低7.0%、14.0%和6.5%,氮低效SD19分别降低9.0%、11.0%和6.9%;而生长在介质-N条件下2种氮效率玉米基因型基因型各生理指标均显著增加（P < 0. 05）:NE5的SPAD值、Pn和Gs分别增加5.7%、7.1%和17%,SD19的对应指标分别增加7.0%、11.0%和22.0%。3次试验结果同时表明,EAM处理使玉米/小麦叶片叶绿素相对含量值（SPAD值）和叶片单位鲜重色素含量（Chla和Chlb）均比AM处理显著增加（P < 0.05）,这与不同基因型作物叶片氮含量增加有关。3.在两种介质施氮条件下,大气NH3浓度升高对2种氮效率玉米基因型叶片初始荧光值（Fo）均不存在显著影响（P>0.05）,而玉米叶片其它荧光动力学参数受介质施氮水平和大气NH3浓度处理影响。介质+N时,EAM处理使氮高效基因型NE5最大荧光产量（Fm）和可变荧光（Fv）均显著降低（P < 0.05）,而使氮低效基因型SD19的Fm和Fv值均显著增加;介质-N时,EAM处理对2种氮效率基因型叶片Fm和Fv值的影响结果与介质+N时相反。此外,在两种介质施氮水平下,大气NH3浓度升高时使2种氮效率玉米基因型非光化学猝灭系数qN和光火学系数qP值均降低,上述结果说明在EAM处理时,作物对光合机构的保护能力比AM时弱。4.试验Ⅱ（冬小麦土培）中对成熟期冬小麦各指标的测定发现,在介质-N条件下,氮低效基因型CW58在EAM处理下,其株高、冠层生物量和籽粒产量均显著增加（P < 0.05）,氮高效基因型XY6虽有一定增加,但幅度很小。在介质+N条件下,CW58株高和籽粒产量在EAM时表现为显著增加（P < 0.05）,但XY6相应指标均降低。介质施氮时,EAM处理使氮低效基因型小麦品种籽粒产量比AM处理平均增加11.0 %,氮高效基因型小麦籽粒产量平均减少26.8 %。方差分析进一步表明,大气NH3浓度增加显著影响冬小麦产量各构成因素（P < 0.001）。5.试验Ⅱ表明,大气NH3浓度升高显著影响2种不同氮效率基因型冬小麦冠层水分利用效率（WUE）、氮表观利用率（Nr）及氮低效基因型根系氮素吸收效率（NRE）（P < 0.05）,而使2种基因型冬小麦氮素利用效率（NUE）均明显下降。在介质-N时,EAM处理使氮高效基因型XY6和氮低效基因型CW58的冠层WUE均比AM处理分别显著增加20.6%和15.9%。EAM处理XY6和CW58的NUE分别比AM处理显著下降14.2%和23.0%（P<0.05）;介质+N时,XY6和CW58的NUE在EAM处理下比AM处理分别降低43.6%和41.2%,差异均达极显著水平（P < 0.01）。此外,在-N时,EAM处理使CW58根物质比（RMR）比AM处理显著下降23.9%（P < 0.05）,而XY6仅下降1.0%（P > 0.05）;在+N时,EAM处理XY6的RMR比AM处理显著增加22.2%,而CW58的对应值显著降低35.1%（P<0.05）。6.大气NH3浓度增加使XY6和CW58籽粒含氮量在介质施氮时分别增加45.7%和37.6%,在介质不施氮时分别增加74.8%和74.6%。与AM处理相比,EAM处理可增加小麦各器官氮累积量,但对不同器官分配比例影响程度不同。对整个植株氮累积量而言,无论氮高效还是氮低效基因型冬小麦,在EAM处理时,介质不施氮处理作物氮累积量均高于施氮处理,说明EAM处理对生长在不施氮介质上小麦氮素累积的促进作用更突出。7.从大气NH3浓度升高对玉米/小麦光合、叶绿素荧光、根冠特征同化产物和养分分配、养分效率的影响等角度分析表明,适当高的大气NH3浓度对作物能够起到一定氮素营养作用,即对作物有直接的“肥料”作用,但其作用程度与作物对介质氮素利用能力（即基因型差异）和生长介质施氮水平有关。总体上,植物从大气中吸收NH3有利于改善生长在低供氮介质上作物的氮素营养状况,而且对氮低效基因型的促进作用比对氮高效基因型更加突出。
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致谢摘要ABSTRACT第一章 文献综述3 交换的研究进展'>1.1 植物冠层与大气NH3交换的研究进展3 补偿点的研究进展'>1.1.1 NH3补偿点的研究进展3 补偿点的定义及其计算'>1.1.1.1 NH3补偿点的定义及其计算3 补偿点的大小及其影响因素'>1.1.1.2 NH3补偿点的大小及其影响因素3 交换机理的研究进展'>1.1.2 植物地上部分与大气间NH3交换机理的研究进展3 吸收机理'>1.1.2.1 NH3吸收机理3 释放机理'>1.1.2.2 NH3释放机理3 释放的因素'>1.1.2.3 影响NH3释放的因素3 浓度增加对植物影响的研究进展'>1.2 大气NH3浓度增加对植物影响的研究进展3 的释放与吸收'>1.2.1 植物体NH3的释放与吸收3 的释放'>1.2.1.1 植物体NH3的释放3 的吸收'>1.2.1.2 植物体对大气NH3的吸收3 沉降对植物影响的研究'>1.2.2 NH3沉降对植物影响的研究3 吸收研究'>1.2.3 植物根系和冠层NH3吸收研究3 的吸收'>1.2.3.1 冠层对大气NH3的吸收4+和NH3 吸收'>1.2.3.2 根系NH4+和NH3吸收3 处理对叶片气体交换的影响'>1.2.3.3 NH3处理对叶片气体交换的影响3 营养对植物生长的效应'>1.2.3.4 大气NH3营养对植物生长的效应1.3 本章小结第二章 研究内容与方法2.1 立项依据2.1.1 选题目的及意义2.1.1.1 科学意义2.1.1.2 选题目的2.1.2 研究技术路线2.2 主要研究内容2.3 材料与方法2.3.1 试验设计3 控制系统'>2.3.2 大气供NH3控制系统2.3.3 试验Ⅰ（玉米水培试验）2.3.3.1 玉米基因型2.3.3.2 营养液配方2.3.3.3 幼苗的培育和定植2.3.3.4 营养液表面处理2.3.4 试验Ⅱ（小麦土培试验）2.3.4.1 小麦基因型2.3.4.2 供试土壤2.3.4.3 播种和定植2.3.4.4 土壤表面处理2.3.5 试验Ⅲ（玉米土培试验）2.3.5.1 玉米基因型2.3.5.2 供试土壤2.3.5.3 播种和定植2.3.5.4 土壤表面处理（处理方法同试验Ⅱ）2.3.6 测定项目与方法2.3.6.1 土壤基本性质2.3.6.2 叶绿素荧光测定2.3.6.3 光合和SPAD 值测定2.3.6.4 生物学性状观测2.3.6.5 冬小麦水分利用效率2.3.6.6 叶绿体色素含量测定2.3.6.7 冬小麦植株收获和生长分析（试验Ⅱ）2.3.6.8 植株养分含量测定2.3.6.9 养分效率计算2.3.6.10 数据统计分析3浓度升高对玉米生理指标及生物量的影响－试验Ⅰ'>第三章 大气NH3浓度升高对玉米生理指标及生物量的影响－试验Ⅰ3.1 概述3.2 结果与分析3 浓度升高对玉米叶片SPAD 值、Pn 和Gs 的影响'>3.2.1 大气NH3 浓度升高对玉米叶片SPAD 值、Pn 和Gs 的影响3 浓度升高对玉米生物量和根冠比的影响'>3.2.2 大气NH3浓度升高对玉米生物量和根冠比的影响3 浓度升高对SPAD 值、Pn、Gs 和根冠比影响的交互作用'>3.2.3 大气NH3 浓度升高对SPAD 值、Pn、Gs 和根冠比影响的交互作用3.3 讨论3.4 本章小结3浓度升高对玉米叶片叶绿素荧光动力学参数的影响－试验Ⅰ'>第四章 大气NH3浓度升高对玉米叶片叶绿素荧光动力学参数的影响－试验Ⅰ4.1 概述4.2 结果与分析3 浓度升高和不同供氮介质下玉米Fo、Fm 和 Fv 的变化'>4.2.1 大气NH3 浓度升高和不同供氮介质下玉米Fo、Fm 和 Fv 的变化3 浓度升高和不同供氮介质下玉米Fv/Fm 和Fv/Fo 的变化'>4.2.2 大气NH3 浓度升高和不同供氮介质下玉米Fv/Fm 和Fv/Fo 的变化3 浓度升高和不同供氮介质下玉米qP 和qN 的变化'>4.2.3 大气NH3 浓度升高和不同供氮介质下玉米qP 和qN 的变化4.3 讨论4.4 本章小结3浓度升高对冬小麦生长和产量影响的交互作用－试验Ⅱ'>第五章 大气NH3浓度升高对冬小麦生长和产量影响的交互作用－试验Ⅱ5.1 概述5.2 结果与分析3 浓度升高和介质施氮对株高的效应'>5.2.1 大气NH3浓度升高和介质施氮对株高的效应3 浓度升高和施氮对生物量累积和分配的影响'>5.2.2 大气NH3浓度升高和施氮对生物量累积和分配的影响3 浓度升高对籽粒产量及其产量构成因素的影响'>5.2.3 大气NH3浓度升高对籽粒产量及其产量构成因素的影响5.3 讨论5.4 本章小结3浓度升高对冬小麦水分利用效率及氮利用效率的影响－试验Ⅱ..'>第六章 大气NH3浓度升高对冬小麦水分利用效率及氮利用效率的影响－试验Ⅱ..6.1 概述6.2 结果与分析3 浓度升高对冬小麦水分利用效率（WUE）的影响'>6.2.1 大气NH3浓度升高对冬小麦水分利用效率（WUE）的影响3 浓度升高对冬小麦氮效率的影响'>6.2.2 大气NH3浓度升高对冬小麦氮效率的影响6.2.2.1 氮表观利用率（Nr）6.2.2.2 氮利用效率（NUE）6.2.2.3 农学氮效率（NAE）6.2.2.4 根系N 吸收效率（NRE）3 浓度升高对根物质比（RMR）的影响'>6.2.3 大气NH3浓度升高对根物质比（RMR）的影响6.3 讨论6.4 本章小结3浓度升高对氮素在冬小麦不同器官分配的影响－试验Ⅱ'>第七章 大气NH3浓度升高对氮素在冬小麦不同器官分配的影响－试验Ⅱ7.1 概述7.2 结果与分析3 浓度升高对氮素吸收和分配的影响'>7.2.1 大气NH3浓度升高对氮素吸收和分配的影响7.2.1.1 对氮素含量的影响7.2.1.2 对氮素累积量及分配的影响3 浓度升高对氮收获指数（NHI）的影响'>7.2.2 大气NH3浓度升高对氮收获指数（NHI）的影响7.3 讨论7.4 本章小结3浓度升高对玉米叶片色素含量和光合功能的影响－试验Ⅲ'>第八章 大气NH3浓度升高对玉米叶片色素含量和光合功能的影响－试验Ⅲ8.1 概述8.2 结果与分析3 浓度升高对Chl 和Car 含量的影响'>8.2.1 不同供氮介质下NH3 浓度升高对Chl 和Car 含量的影响3 浓度升高对Fo、Fm 和Fv 的影响'>8.2.2 不同供氮介质下NH3 浓度升高对Fo、Fm 和Fv 的影响3 浓度升高对Fv/Fo 和Fv/Fm 的影响'>8.2.3 不同供氮介质下NH3 浓度升高对Fv/Fo 和Fv/Fm 的影响3 浓度升高对Pn 和Gs 的影响'>8.2.4 不同供氮介质下NH3 浓度升高对Pn 和Gs 的影响8.3 讨论8.4 本章小结3浓度升高对不同供氮介质下玉米生长的影响－试验Ⅲ'>第九章 大气NH3浓度升高对不同供氮介质下玉米生长的影响－试验Ⅲ9.1 概述9.2 结果与分析3 浓度升高对玉米生物量的影响'>9.2.1 不同供氮介质下NH3浓度升高对玉米生物量的影响3 浓度升高对根冠比和SPAD 值的影响'>9.2.2 不同供氮介质下NH3 浓度升高对根冠比和SPAD 值的影响3 浓度升高对株高和叶面积的影响'>9.2.3 不同供氮介质下NH3浓度升高对株高和叶面积的影响9.3 讨论9.4 本章小结第十章 主要结论及有待进一步研究的问题10.1 主要结论10.2 研究可能获得的创新点10.3 有待进一步研究的问题参考文献作者简介
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