全球变暗(globaldimming,即指到达地面的太阳总辐射减少的现象)是继大气CO2浓度和气温升高之后发现的气候变化的主要趋势之一。全球变暗的主要原因是云量增加和空气污染。近年来,随着社会经济的快速发展,大气污染日益严重,中国出现灰霾的日数呈现显著增加的趋势。灰霾导致到达地面的太阳总辐射下降而其中的散射辐射比例升高,从而影响作物的光合作用及生长发育,进而影响作物的产量。小麦是我国最主要粮食作物之一,其产量高低直接影响到我国的粮食安全。明确不同程度灰霾引起的太阳辐射变化对小麦生产力的影响,可为定量评估和应对“全球变暗”背景下太阳辐射变化对作物生产和产量的影响奠定基础。本研究的目的是定量分析不同程度灰霾引起的太阳辐射变化对小麦生产力的影响并探讨其原因。为此,我们以冬小麦(宁麦13)为研究对象,于2014-2016年在江苏省农业科学院实验农场(32°03N,118°87’E)开展田间开放式遮阴试验,利用PE膜覆盖来模拟不同程度灰霾条件下的太阳总辐射和散射辐射比例变化情况。覆膜高度为两米,试验小区面积为4×5m2。试验共分轻、中、重霾三个处理和一个对照(CK)。主要研究结果如下:(1)灰霾引起的太阳总辐射下降使得小麦地上部干物质累积量和产量显著下降,且地上部干物质累积量和产量下降百分比均小于太阳总辐射下降百分比,说明散射辐射比例增加对小麦干物质生产和产量形成有显著的“肥料效应”。模拟轻度灰霾条件下(总辐射下降14.09%,散射辐射比例上升9.76%),处理开始到成熟期干物质累积量比对照下降8.03%,产量下降8.31%;模拟中度灰霾条件下(总辐射下降15.06%和20.93%,散射辐射比例上升11.56%和12.96%),处理开始到成熟期干物质累积量分别比对照下降8.21%和8.85%,产量分别下降8.95%和9.37%;模拟重度灰霾条件下(总辐射下降25.93%-31.47%,散射辐射比例上升10.61%-21.13%),处理开始到成熟期干物质累积量比对照下降13.14%-14.59%,产量分别下降13.48%-16.36%。散射辐射比例每增加1%,对小麦干物质生产的“肥料效应”分别为0.58%(轻度灰霾),0.54%和0.67%(中度灰霾),0.61%-0.72%(重度灰霾);对小麦产量的“肥料效应”分别为0.56%(轻度灰霾),0.53%和0.64%(中度灰霾),0.58%-0.69%(重度灰霾)。(2)散射辐射的“肥料效应”产生的主要原因是灰霾引起的散射辐射比例增加提高了小麦的群体光能利用率。太阳总辐射下降和散射辐射比例升高使小麦群体叶片初始光能利用率提高、冠层消光系数下降、叶片分配指数和比叶面积增加导致的叶面积指数增加,从而提高了小麦群体的冠层光能利用率(RUE,radiation use efficiency)。模拟轻度灰霾条件下(总辐射下降14.09%,散射辐射比例上升9.76%),从拔节到抽穗期小麦叶片初始光能利用率提高16.39%-22.12%,叶面积指数增加3.27%-5%,消光系数下降1%-7.51%,冠层光能利用率增加5.7%;模拟中度灰霾条件下(总辐射下降15.06%和20.93%,散射辐射比例上升11.56%和12.96%),叶片初始光能利用率提高9.88%-25.13%,叶面积指数增加1.11%-4.77%,消光系数下降1.4%-5.36%,冠层光能利用率增加1%和8.5%;模拟重度灰霾条件下(总辐射下降25.93%-31.47%,散射辐射比例上升10.61%-21.13%),叶片初始光能利用率提高21.5%-43.2%,叶面积指数增加4.39%-10.52%,消光系数下降3.45%-10.6%,冠层光能利用率增加7.97%-29.12%。(3)灰霾引起的太阳辐射变化减少了干物质向穗的分配指数,降低了小麦单位面积的有效穗数、每穗粒数和千粒重,这是灰霾条件下产量减产的主要原因。模拟轻度灰霾条件下(总辐射下降14.09%,散射辐射比例上升9.76%),有效穗数、每穗粒数和千粒重分别下降了 3.81%、9.93%和4.08%;模拟中度灰霾条件下(总辐射下降15.06%和20.93%,散射辐射比例上升11.56%和12.96%),有效穗数、每穗粒数和千粒重分别下降了 2.71%-5.47%、4.13-6.57%和2.25%-2.36%;模拟重度灰霾条件下(总辐射下降25.93%-31.47%,散射辐射比例上升21.13%-23.57%),有效穗数、每穗粒数和千粒重分别下降了 6.42%-9.96%、6.57%-15.63%和 5.04%-8.96%。本研究结果为进一步建立灰霾引起的太阳辐射变化对作物生产力影响的模拟模型奠定了基础,为小麦生产应对“全球变暗”决策提供了参考依据。