[01760192]地表紫外辐射增强特征及其对我国农业影响的评估技术

总体思路(1)根据未来臭氧变化结果，采用辐射传输模型计算出及采用遥感资料反演我国未来不同地区、不同年代和不同季节紫外辐射强度；(2)定量研究UV增强对我国主要农作物单株→群体→群落的影响；研制出紫外线增强对我国农田生态系统影响的数学模型；(3)定量预测今后不同年份UV辐射增强对我国主要农作物产量和质量及其生态系统可能产生的影响，从而对未来臭氧变化对农作物影响作出全面而准确的评价；(4)全面分析UV-B增加对农田生态系统的影响，探索通过调控农田生态系统中控制因子引导系统进行良性循环的可能性。技术方案首先根据计算结果获取中国区域不同季节的紫外辐射强度分布；再根据臭氧分布和变化趋势获取中国未来不同年代、不同季节、不同地区的紫外辐射分布；又根据田间实验资料用数理方法处理和分析，提出一系列UV-B增加对小麦、棉花及其生态系统的伤害数学模式，进而指出对小麦和棉花产量、品质及其生态系统影响的规律性。具体方案为：(1)在考虑大气分子与气溶胶粒子的散射作用以及大气臭氧对太阳紫外线的吸收作用后，建立紫外辐射的辐射传输模型和气候学模型；同时探索采用卫星资料反演地表紫外辐射强度值的方法；用这些方法计算中国区域紫外辐射分布；(2)采用卫星资料分析中国区域的臭氧分布，在预测未来臭氧减少的情况下，计算中国区域的紫外辐射变化及其分布，由此获得光放大系数（大气臭氧减少1%，紫外辐射增加百分量）；(3)进行UV-B对农作物影响定量化研究的探索。根据不同紫外线剂量对农作物单株及群体不同方面影响的梯度观测资料，采用一系列模式进行模拟，得出紫外线增加时农作物株高、叶面积、叶龄、干物重、穗数、粒数（铃数）、粒重（铃重）及发育等变化规律。并根据这些估算式，确定未来不同地区紫外线强度增加对农作物的影响。研究在UV单一因子影响下，UV与另一环境因子（如温度变化或湿度变化），UV与2个（如温度不适+降水不宜）和2个以上环境因子协同作用下，作物在生理、生化、生长发育和产量和质量上所受到的影响，从而确定一系列UV伤害指标；(4)引入净初级生产力（NPP）概念，NPP具有两个重要的用途：一是可以反映植物的生长状况，它为可再生资源管理提供了质量的综合信息；二是生物圈内营养循环的重要分量，在全球气候变化研究中占有重要的地位，可用来计算地球生态系统的净生态系统生产力。目前，国际上主要是用生态系统生产力模式（BEPS）来模拟植物生长情况并同时估算出NPP。将上述所作出的一系列UV-B对作物影响模式耦合到气候变化对作物群体净初级生产力（NPP）影响的动态模拟模式（BEPS）中，建立UV-B增加时作物群体净初级生产力动态变化模拟，有利于完善全球气候变化对农作物生长发育及生物量研究；(5)研究UV-B增加对农田其它生物种群的影响，包括两种作物田间主要杂草生长态势、主要微生物的种群数量、主要害虫的发生量和发生次数的影响，作出基本的剂量-反应曲线，并由此建立杂草、微生物、害虫数量与UV-B辐射的回归模型。具体分析作物与杂草间竞争平衡发生变化的具体原因和后果；(6)研究UV-B增加对非生物环境的影响，通过观测资料分析群体内太阳总辐射、UV-B辐射的垂直变化及群体内不同高度的太阳总辐射、UV-B辐射、温度、湿度、风的日变化；(7)引入生态系统净生产力（NEP）概念，近来国际上主要用CCRS设计的一个生态系统营养循环模式（InTEC）来估算NEP，该模式不仅全面考虑生态系统中的各个要素的变化，也考虑了气候变化对生态系统的影响。根据UV-B增加对农田生态系统中三个方面的定量影响，用InTEC模式动态模拟出UV-B增加对农田生态系统的影响，并可全面评估全球气候变化对农田生态系统的影响；(8)建立UV增加对我国主要农作物伤害和对农田生态影响的数学模型，并将UV-B增加对作物影响的数学模型耦合到作物生长模拟模型中。预测今后不同UV辐射增强量对我国主要农作物及其生态系统可能产生的影响。研制的紫外辐射预报系统已在多个气象台站得到了普遍推广和应用，效果较为理想。地表紫外辐射增强特征及其对我国农业的影响研究已经取得了一定的社会效益和经济效益，其开展的农作物影响研究，对于指导我国农作物的种植布局和品种改良等问题都具有很重要的指导意义。