冬小麦生长及氮素代谢对大气氨浓度升高的响应机理

Ammonia is an important atmospheric pollutant and an important nitrogen source for field crops and some forest plants. Study on the effect mechanism of elevated atmospheric ammonia concentration on the growth and nitrogen metabolism of winter wheat is of great significance to enrich crop nitrogen nutrition theory and improve nitrogen utilization efficiency in farmland. Through the methods of potting, hydroponics and field micro-area test, using Open Top Chambers, OTCs and Dynamic Chamber, we took C₃crops, winter wheat, as index crops to study: 1) the effects of elevated atmospheric ammonia on root and shoot characteristics and photosynthetic characteristics of winter wheat; 2) the effects of elevated Atmospheric ammonia concentration on nitrogen metabolism and nitrogen efficiency in winter wheat; The interaction effects of atmospheric ammonia concentration and different nitrogen levels on the growth and nitrogen metabolism of winter wheat. The purpose of this study was to determine the mechanism of atmospheric ammonia nutrition affecting the growth and nitrogen metabolism of C3 plant winter wheat, and to provide a theoretical basis for high efficient utilization of atmospheric ammonia and crop nitrogen management in field production.

氨是大气污染物，也是大田作物和一些森林植物的重要氮素来源，研究大气氨浓度升高对冬小麦生长和氮代谢的影响机理，对于丰富作物氮素营养理论及提高农田氮素利用效率具有重要意义。本项目拟以C₃植物冬小麦为供试作物，采用开顶式气室(Open Top Chambers, OTCs)装置和动态气室(Dynamic Chamber)装置，通过盆栽、水培、和大田微区试验相结合的方法，主要研究：①大气氨浓度升高对冬小麦根冠特征及光合生理特性的影响；②大气氨浓度升高对冬小麦氮素代谢及氮效率的影响；③大气氨浓度和介质供氮水平对冬小麦生长及氮代谢影响的交互作用。本项目旨在阐明大气氨浓度升高对C₃作物冬小麦生长和氮素代谢的影响机理，揭示植物生长对大气氨浓度升高的响应机制，为大田生产中作物对大气氨营养的高效利用以及农田氮素综合管理提供理论依据。

大气氨浓度变化对植物影响是当前国内外研究的热点问题之一。一方面，随着农业生产中化肥使用量和工业排氮量的不断增加，大气中氨浓度逐渐升高，大气氨的生态和环境问题也日益受到世人关注；另一方面，氨是大气污染物，也是大田作物和一些森林植物的重要氮素来源，研究大气氨浓度升高对冬小麦生长和氮代谢的影响机理，对于丰富作物氮素营养理论及提高农田氮素利用效率具有重要意义。目前，全球每年大约有9300000mol 氨进入大气层，并呈不断增加趋势，在人类活动区上部大气中增加幅度更大。本项目主要假设为：大气氨营养浓度在一定范围内增加会改变大田作物氮素营养状况和同化产物分配，进而影响作物生产力、根冠特征、氮素利用效率，其影响程度与作物介质氮水平有关。依据以上假设，研究以C3植物冬小麦为供试作物，主要采用开顶式气室动态气室装置，通过水培实验、土培实验及大田微区试验，主要研究了：1）大气氨浓度升高对冬小麦根冠特征及光合生理特性的影响；2）大气氨浓度升高对冬小麦氮素代谢及氮效率的影响；3）大气氨浓度和施氮水平对冬小麦生长及氮代谢影响的交互作用。研究结果表明：适当高的大气氨浓度对冬小麦能够起到一定氮素营养作用，即对其有直接的“肥料”作用，但其作用程度与作物对生长介质施氮水平有关，具体表现为，一定范围内大气氨浓度增加可显著提高生长在低介质供氮水平上的作物氮利用效率（21.34%）、光合效率（15%以上）及作物干物质积累量，说明植物从大气中吸收氨有利于改善生长在低施氮水平下作物的氮素营养状况。大气氨浓度升高对高施氮水平下冬小麦作物代谢及生长发育等指标总体上表现为抑制作用，相比而言，对低氮水平抑制作用相对较小。