环境科学学报
ACTA　SCIENTIAE　CIRCUMSTANTIAE
1998年5月第18卷第5期科技期刊
简　　报
紫外辐射增强对大豆影响的进一步分析*
郑有飞　简慰民　李秀芬　旦　巴
(南京气象学院应用气象系，南京 210044)

关键词　紫外辐射；大豆；影响.

EFFECT OF ENHANCED SOLAR ULTRAVIOLET RADIATION ON SOYBEAN

Zheng Youfei,Jian Weimin,Li Xiufen,Dan Ba
(Nanjing Institute of Metecorlogy,Nanjing 210044)

ABSTRACT　Influences of enhanced ultraviolet radiation (UVR) and various environmental factors including solar light,heat and water on soylean were investigated.The results show that increased UNR can restrain the growth of soybean and the response varies with climatic conditions.While in stress state,some of the climatic factors can causess creening or weakening effects on the UVR impact to some extent.
Keywords　ultraviolet radiation,soybean,influence,ambient factors.

　　随着大气臭氧层的不断减薄，地表接受的紫外辐射量不断增加，预计未来六十多年内，地表紫外线辐射量将增加4%—20%［1，2］.同时，随着大气温室气体的不断增加，导致全球气温升高［3］，主要农业区降水量减少，出现干旱天气［4］，这些都将对农业生产产生巨大影响.研究表明，在紫外辐射(UVR)增加的情况下，许多作物生长受到抑制［5］，但这些研究一般只注重UV辐射单独作用于作物时产生的直接影响，而对UV辐射和环境条件共同作用产生的综合影响缺乏研究，尤其缺乏未来气候因子发生变化时，紫外辐射增加对农作物影响的研究，因而其研究结果存在一定的局限性.本文在分析紫外辐射增加对大豆影响及大豆作物紫外生物学效应基础上［6，7］，探讨了UV辐射增加与环境因子(光、温、水等)的共同作用对大豆的复杂影响.

1　材料与方法
　　在1992—1993年紫外辐射对大豆影响的单因子试验［6］的基础上，又于1996年4月在南京气象学院农业气象试验站内进行了复因子试验.实验土壤肥力中等，供试品种为大豆宁镇一号.采用大田与盆栽相结合的方式，三叶期开始人工增加UV辐射，至结荚期UV处理终止.紫外光谱区域为290—400nm,近似于太阳UV辐射光谱区域，照射时间为6h(09:00—15:00)，移动式紫外灯架于大豆植株顶上40cm处.试验设两个紫外辐射水平处理：CK(自然光照)；T为在自然光照基础上增加UV辐射，其强度为0.35W*m-2，相当于南京地区4、5月份平均UV辐射强度的5%.每个UVR处理水平又设水分正常和水分亏缺处理.在测试田，还在加拿大产PGW-36型人工气候箱内进行变温光处理.自UV处理日起定期测量株高、总复叶数、叶面积、干物重、产量、净光合速率、气孔传导率、蒸腾速率，测定仪器为美国Li-cor公司产Li-6200便携式光合系统.

2　结果分析
2.1　其他气候条件正常时，UV辐射增加对大豆的影响
　　虽然试验的紫外光辐射较弱，但大豆紫外辐射的生长有明显抑制(见表1)在形态上表现为株型缩小，植株矮化.同时增加UV辐射也抑制了大豆叶片的扩充与扩大，导致大豆叶面积减小.
表1　其他条件正常时，UV辐射增强对大豆影响及对照比值(%)
Table 1 UVR effect on the soybean cultivar and its ratio in comparison (%) to contral

UV处理株高*, 
cm (%)叶面积*,
cm2/株(%)复叶数*,
张/株(%)干物重,
克/株(%)籽粒数,
粒(%)粒重，
克/粒(%)
CK42(100)987.8(100)23.0(100)26.4(100)28(100)2.4(100)
T33.5(79.8)664.8(73.9)17.0(79.8)15.4(58.3)16(57.1)1.4(58.3)

　　*为旁枝期测定资料

　　UV辐射的增强，对大豆生理活动亦有影响，导致大豆净光合速率、蒸腾速率和气孔传导率的下降(见表2)，而UV辐射对大豆光合作用的抑制程度明显大于对蒸腾作用的抑制程度.从试验看，没有观测到在UV辐射增加情况下，大豆叶片出现明显的急性伤害，因此可以认为UV可能通过抑制气孔传导或使气孔阻力增大，从而使CO2传导率和固定速率下降.试验中观测到气孔阻力增大，引起了蒸腾速率的降低，证明了UV辐射增加引起气孔开度减小是光合生产力下降的主要原因之一［5］.
表2　UV辐射增强对大豆生理活动的影响*
Table 2 Influence of enhanced UVR on soybean physiological activity

UV处理净光合速率，μmol*(CO2)*m-2*s-1(%)蒸腾速率，mmol*(H2O)*m-2*s-1(%)气孔传导率，cm*s-1(%)
CK20.965(100)0.0158(100)2.642(100)
T12.857(61.3)0.0142(81.9)1.887(77.6)

　　*为开花期测定资料

　　试验结果表明，UV辐射增加导致大豆生物学产量、经济学产量的下降，使大豆干物重、籽粒重量均下降.其原因就是光合有效面积减少，单叶净光合速率下降，引起植株光合能力下降.UV辐射增加对农作物影响可通过一定公式加以估算［6］：
y=y0e-kx
(1)
这里y为受增加紫外辐射后，大豆生长发育及产量的各个生物量(株高、叶面积、光合速率、
表3　紫外线辐射增加对大豆生长影响量的估算式
Table 3 Formula for estimation of the effect of elevated UV 
radiation on soybean growth

指　标发育期估算式相关系数平均误差，%
株　高开花y=62.794e-1.147x0.9803.31
叶面积开花y=112.928e-2.308x0.9883.00
干　重成熟y=28.045e-1.571x0.9432.38
籽粒重成熟y=10.835e-1.505x0.9938.56
籽　数成熟y=67.300e-1.000x0.9862.04

产量等)，y0为未受增加紫外辐射影响的大豆各个生物量，x为紫外辐射强度，k为常数，表示随紫外辐射强度的增加，大豆各个生物量的变化程度.若不考虑其他因素，由此式可预测未来当紫外辐射量增加到一定程度时，大豆产量的可能下降量(见表3).
2.2　其它气候因子发生变化时，UV辐射增加对大豆的影响

　　随着地球大气中温室气体浓度不断提高，未来全球气温将升高，大部分地区降水量下降，出现干旱天气，因而分析未来紫外辐射增强对农作物的影响，必须考虑到所有这些因子的综合作用.
　　试验结果表明，紫外辐射增强对大豆光合作用产生的影响会因可见光光强、气温的差异而有所差异(图1、图2)，由图可见，在光强较弱或较强，气温过低或过高时，紫外辐射增强与不增强，光合速率差异很小，而在较适宜的光强(500—1500μmol*m-2*s-1)及较适温度范围(24—28℃)内，增加紫外辐射与不增加紫外辐射处理的大豆光合作用差异较大.光合作用是作物生长发育及产量形成之基础［8］，由此可推想到，未来光强与温度的变化都会影响到大豆整个生长发育和紫外效应.
　　


图1　UV增加后大豆的光-光合曲线
Fig.1 Relationships of light and photosynthesis of
soybean under enhanced UV radiation


图2　UV增加后大豆的温-光合曲线
Fig.2 Relationships of temperature and photosyn-
thesis of soybean under enhanced UV radiation
　　试验显示，当大豆处于水分亏缺状态时，紫外辐射增加对大豆的伤害被削弱.由表4可见，当作物处于水分正常状态时，与CK组相比，T组处理的大豆植株株高降低20.2%，叶面积减少32.7%，干物重减低(轻)41.7%；而当大豆处于水分亏缺状态时，与CK组相比，T组处理的大豆植株株高只降低了18.1%，叶面积减少23.6%，干物重下降34.8%.而且研究也表明，缺水条件下，UV对大豆生理活动的抑制效应明显被削弱［9］，因此，紫外辐射增强对大豆的生物学产量和经济学产量的影响会因缺水而减弱.
表4　缺水条件下，UV辐射增强对大豆影响及与对照比值
Table 4 Asin Table 1 except for lack of water

UV处理株高，cm
(%)叶面积，cm2/株
(%)复叶数，张/株
(%)干物重，g/株
(%)
CK21.0(100)312.3(100)14.6(100)13.8(100)
T17.2(81.9)238.6(764)12.0(82.2)9.0(65.2)

　　未来大气温度升高，土壤缺水，光强减弱等会对大豆作物产生不利影响［10］，紫外线增强亦对大豆有害，但这两类不利因素同时作用于农作物时，它们不利影响并非简单地累加，而是由于拮抗作用使得共同影响小于两个影响的累加值.
　　由此分析可知，用式(1)估算未来辐射增加对大豆的影响，只能在温度水分适宜时适用，而未来气候变化趋于干燥与高温，因而需对式(1)进行必要的修正：
y=y0e-kxf(W)*f(T)
(2)
其中，f(W)为水分订正系数，当水分正常时，f(W)=1;当水分亏缺时，f(W)＞1.f(T)为温度订正系数，当温度适宜时，f(T)=1;当温度不适时，f(T)＞1，但订正后y＜y0.f(W)\,f(T)的具体估算值应通过品种试验获得.
3　结论
　　(1) 紫外辐射增加将会对大豆产生较大影响；紫外辐射增强对农作物的影响量可通过一定的公式加以估算.
　　(2) 当其他环境因子(光、热、水等)适宜时，紫外辐射增强对大豆的影响明显，当其他环境条件对植物不利时，紫外辐射增强对大豆的影响将被削弱.若未来其他气候因子发生变化，紫外辐射增加对农作物影响量估算式应加以修正.
*中国气象局青年气象研究基金资助项目
参考文献
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　3　张厚瑄，李淑华.CO2倍增后我国植被和农业生产力预测的初步探讨.中国农业气象，1989,10(3):47—51
　4　赵崇慈.模拟温室效应对我国气候变化的影响.气象，1989，15(3)：10—14
　5　郑有飞,颜景义，万长建等.未来紫外辐射增加对农作物影响及其对策.中国农业气象,1996，17(4)：50—54
　6　郑有飞,颜景义,杨志敏.紫外线辐射增加对大豆的影响及其估算.应用气象学报，1995, 6(4):442—448
　7　颜景义,杨志敏，郑有飞.紫外辐射增加对大豆的生物学效应研究.农业环境保护，1995,14(4)：154—157
　8　郑有飞,颜景义,万长建等.小麦作物光合生产模拟研究.南京气象学院学报，1995,18(4):566—570
　9　Murali N S,Teramura.A H.Effects of supplemental UV-B radiation on the growth and khysiology of field grow soybean.Environ and Exper Bot,1986, 26(3):233
10 郑有飞,颜景义,杨志敏等.未来气候变化对江苏省大豆作物及产量影响评估.江苏省人口、资源、环境研究文集.北京：中国农业科技出版社， 1995，70—73
