近地层臭氧(O3)浓度升高使作物生长发育受到抑制进而使产量下降,但O3胁迫条件下作物抗倒性状的变化及其可能原因均不清楚。FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)试验在很少扰动的自然农田实施,其特有的空间优势为研究这一问题提供了最好的机会。依托全球唯一的稻田臭氧FACE技术平台,以杂交稻两优培九为供试材料,设置大气背景O3浓度和高O3浓度两个水平首次对这一问题进行了实验研究。结果表明:高O3浓度使水稻抽穗期单茎(去除叶鞘)倒5、倒4和倒3节间的平均倒伏指数分别增加25%、16%和14%,使抽穗后35 d对应节间倒伏指数分别增加13%、12%和2%,除抽穗后35 d倒3节间外均达显著或极显著水平;高浓度O3使水稻抽穗期和抽穗后35 d植株倒5、倒4和倒3节间的抗折力和弯曲力矩均下降,前者降幅明显大于后者;高O3浓度对抽穗期和抽穗后35 d倒5、倒4、倒3和倒2和倒1节间的长度和粗度影响较小,但使各节间单位长度鲜重和干重一致下降,以单位长度干重降幅更大;高O3浓度使结实期倒5、倒4、倒3、倒2和倒1节间可溶性糖和淀粉含有率均下降,抽穗后35 d降幅大于抽穗期。以上数据表明,未来高浓度臭氧环境条件下两优培九结实期的倒伏风险明显增加,这主要与基部节间抗折能力明显削弱有关,而后者可能又与节间充实程度下降有关。
依托独特的稻田臭氧FACE(Free air gas concentration enrichment,开放式空气中气体浓度增高)系统平台,以武运粳21为供试水稻品种,设置正常浓度O3(即大气背景浓度)和高浓度O3(实际比大气背景浓度增高25%左右),定量研究地表O3浓度升高对粳稻抗倒能力的影响。结果表明:高浓度O3对水稻抽穗期和抽穗后20 d基部节间的抗折力和弯曲力矩没有显著影响,但使成熟期基部节间的抗折力和弯曲力距有所降低。因此,臭氧胁迫下水稻抽穗期、抽穗后20 d和成熟期基部节间的倒伏指数均无显著变化。进一步研究结果表明,臭氧胁迫下水稻成熟期基部节间单位长度干重和非结构性碳水化合物含量降低引起基部节间充实不良是造成抗折力显著下降的主要原因,而基部节间弯曲力矩下降是稻穗和节间的长度和质量下降共同作用的结果。以上结果表明,未来高浓度臭氧环境条件下粳型水稻的倒伏风险可能不会增加。
