新疆超高产棉花冠层光分布特征及其与群体光合生产的关系

以新疆超高产棉田(皮棉产量在4000 kg·hm^-2以上)为研究对象,分析不同生育时期棉花冠层光分布、群体光合速率和干物质积累量的变化,研究不同产量水平棉田冠层的光环境变化特征及其与群体光合生产的关系.结果表明： 超高产田盛花期到盛铃后期冠层上、中、下层光吸收率的比例为2∶2∶1,呈均匀分布,群体散射辐射和直射辐射透过系数分别为0.20～0.55和0.22～0.56,处于较适宜范围,中、下层叶片受光良好,冠层各层次叶片群体光合速率差异较小.与高产(3500 kg·hm^-2)和一般高产(3000 kg·hm^-2)棉田相比,超高产田在盛铃前期具有较高的叶面积指数和群体光合速率峰值,在初絮期和盛絮期的叶面积指数下降缓慢,群体光合速率峰值仍保持较高值,非叶绿色器官对产量形成的光合贡献增大,群体干物质积累量较高.在栽培过程中,调节冠层结构,使垂直方向上光辐射和群体光合能力分布均匀是确保棉花高效利用光能、实现超高产的重要途径.     

新疆北部棉花冠层结构特征对滴灌定额的响应

在新疆北部地区自然生态条件下,采用棉花品种‘新陆早45号’为试验材料,设置5种滴灌定额处理(W₁:600 m³·hm^-2,W₂:540 m³·hm^-2,W₃:480 m³·hm^-2,W₄:420 m³·hm^-2,W₅:360 m³·hm^-2),研究了棉花叶面积指数、冠层开度、群体光吸收率、群体光合速率和产量对不同滴灌定额的响应.结果表明: 随着滴灌定额减少,棉花叶面积指数、群体光吸收率、群体光合速率均呈现降低趋势,其中W₁与W₂处理间的上述参数在盛蕾期至吐絮期均无显著差异;冠层开度则随滴灌定额减少呈增加的趋势.籽棉产量和皮棉产量均以W₁处理最高,分别为6549和2677 kg·hm^-2;W₂处理籽棉产量仅比W₁处理低6.5%,灌溉水利用效率较W₁处理高3.9%.相关分析表明,盛花期至盛铃期叶面积指数、群体光吸收率和群体光合速率均与籽棉产量呈显著或极显著正相关.因此,控制滴灌定额在540 m³·hm^-2有利于棉花在盛花至盛铃期保持较高的叶面积指数、增加冠层开度、保证光吸收率,进而增强群体光合速率,在不显著降低产量前提下提高灌溉水利用效率.     

水稻群体冠层光分布及光合作用模型

作物冠层光分布及光合作用模型,是作物栽培学、作物育种学研究的共同基础,对优化设计和评价作物株型、模拟作物生长发育与对环境变化的响应研究都有十分重要的价值.本文根据水稻群体冠层结构的特点,在虚拟切层法的基础上,建立了水稻群体冠层光分布及光合速率模型,模型包括冠层形态子模型、冠层光分布子模型和冠层光合速率子模型等.利用本模型,对设定的15625种水稻株型的光合速率进行了模拟计算,获得水稻最佳株型模型.结果表明,水稻群体光合速率与叶片数、叶含氮量、叶长、叶宽和叶倾角等5因素密切相关;最佳株型的上述5因素在冠层上部取值大,向下逐渐变小.     

种植模式与灌溉定额对机采长绒棉冠层不同层次光截获与产量形成的影响

优化机采长绒棉株行距配置与灌溉定额,是构建棉花合理个体与群体结构,提高产量和机采脱叶效率,实现农机农艺融合的重要途径。本研究采用裂区试验设计,在相同种植密度条件下,设置了一膜三行等行距(S3)、一膜四行宽窄行(S4)和一膜六行宽窄行(S6)3种种植模式,副区为3150 m³·hm^-2(W1,中度亏缺,田间持水量50%)、4050 m³·hm^-2(W2,轻度亏缺,田间持水量75%)和4980 m³·hm^-2(W3,充分灌溉,田间持水量100%)3个灌溉定额,研究了不同处理对长绒棉各层次冠层结构、光合有效辐射传输规律和产量形成的影响机制。结果表明：扩大行距和轻度亏缺灌溉可以降低生育后期叶面积指数下降速率,增加下部冠层的光合有效辐射透过率(T_r);在S3W2处理下,冠层上、中、下各层T_r分布均匀,接近2∶2∶1的比例;虽然冠层整体光截获率(I_n)有降低趋势,但下层光截获率增加,显著提高了生殖器官的...     

水稻冠层光合有效辐射的时空分布特征

以2个不同株型水稻品种为材料,设置高、中、低3个施氮水平,利用SunScan冠层分析仪于灌浆期系统测定了不同施氮水平下不同株型水稻品种植株形态和冠层内光合有效辐射（PAR）的时空分布状况.结果表明：施氮量对水稻株高、穗弯曲度和茎叶夹角有明显影响;群体叶面积的垂直分布呈中部>上部>下部的分布特征,最大分层叶面积指数（LAI）出现在0.60相对高度处.冠层内平均PAR透光率从顶部向下递减,且在冠层上中部递减迅速,下部递减缓慢;平均PAR透光率随施氮量的增加而递减;平均PAR透光率日变化表现为早晚较低,中午较高;平均PAR透光率随向下累积LAI的增加呈指数递减,群体消光系数K的日变化表现为早晚较高,中午较低,灌浆期的K值介于0.35～0.50.水稻冠层内PAR的三维空间分布表现为冠层上中部水平面上PAR透光率高,光斑面积大;下部水平面上PAR透光率低,光斑少;同一冠层高度水平面上的PAR光强呈不均匀分布.株型紧凑的水稻品种,冠层透光率高,透光率日变化大,群体消光系数小.     

施氮量对测墒补灌小麦冠层不同层次光截获和干物质分布的影响

以大穗型小麦品种‘山农23’为材料,在大田拔节期和开花期土壤相对含水量分别补灌至70%和65%的条件下,设置4个施氮水平0 (N₀)、180 (N₁)、240 (N₂)和300 kg·hm^-2 (N₃),研究施氮量对小麦冠层不同层次光合有效辐射(PAR)截获和干物质分布的影响.结果表明: N₂处理开花期群体总茎数、开花后10、20和30 d的叶面积指数、开花后20 d冠层上层和中层及冠层总的PAR截获率和截获量显著高于N₀和N₁,施氮量增加至N₃,上述指标无显著增加.N₂处理成熟期各层次营养器官干物质积累量显著高于N₀和N₁,籽粒干物质积累量和植株总干物质积累量比N₀分别高36.7%和35.4%,比N₁分别高9.5%和10.2%,与N₃处理无显著差异.各层次营养器官干物质积累量、籽粒干物质积累量和植株总干物质积累量与上层和中层PAR截获率呈显著正相关,与下层PAR截获率无显著相关;各层次营养器官干物质积累量与籽粒干物质积累量均呈显著正相关.施氮量为240 kg·hm^-2的N₂处理是本试验条件下的最优处理.     

美国黑核桃实生苗生态生理过程对环境因素响应的数值模拟(Ⅲ):植株冠层光合作用数理模型

以1-2年生北加州黑核桃为试材,建立了具有较高分辨能力的植株群体结构、光分布模型和冠层光合作用模型．将植株冠层按叶面积指数划分为若干层次。上下层之间水平面上太阳辐照度按Monsi＆Saeki所提出的指数递减规律分布．冠层内太阳散射光的消光系数由冠层结构决定,而直射光的消光系数则决定于冠层结构与太阳在天空的位置．在同一层次。将叶片的叶倾角划分为6个等级。将叶片的水平位置划分为8个方位．设同一层次中水平面上的太阳辐照度相同。某一方位角和叶倾角的叶面的直接辐射由太阳视运动方程决定．以此为基础,分别计算“光斑区”和“遮荫区”内叶片的光合速率,并通过数值积分计算整个冠层的光合速率及光合日总量．用田间实测资料验证了冠层内太阳辐射分布模型和冠层光合作用模型．敏感性试验分析表明。模型对环境因子和生物学因素有良好的响应．     

规模化稻鸭共育对水稻株型结构及产量形成的影响

为探讨规模化稻鸭共育能否改善水稻的株型结构从而影响产量及产量结构的形成,本文通过大田规模化稻鸭共育、常规稻鸭共育和水稻直播的对比试验,研究了水稻分蘖末期和齐穗期的部分株型结构及水稻产量。结果表明:与常规稻鸭共育相比,规模化稻鸭共育减少水稻实际产量和有效穗,水稻部分株型结构各构成因素差异不显著;与水稻直播处理相比,规模化稻鸭共育在分蘖末期和齐穗期降低植株茎基宽,增加冠层幅度,保持植株具有一定松散度;增加剑叶和倒2叶叶开角、披垂度和叶片长度,降低倒3叶和倒4叶叶开角和披垂度,利于植株形成上披下挺的株型结构;增加剑叶、倒2叶和倒3叶叶面积占比,使叶面积较多的分布在上部叶片;促进根系生长,增加基叶高和不同叶序叶片SPAD值,减缓叶片衰老。因此,规模化稻鸭共育优化水稻部分株型结构,有利于提高光能利用效率和干物质积累,从而稳定水稻产量。     

不同密度混播对玉米植株13C同化物分配和产量的影响

为了探讨不同密度混播对玉米植株¹³C同化物分配和产量的影响,选用‘郑单958’(ZD)和‘登海605’(DH)为试验材料,在不同密度下(LD,67500株·hm^-2;HD,97500株·hm^-2)设置单播(SZD、SDH)与混播(M、1∶1、2∶2)处理,研究玉米品种不同密度混播对植株光合特性、¹³C同化物分配、干物质积累量和产量的影响.结果表明: 随密度增加,籽粒产量、¹³C同化物在籽粒中的分配、干物质积累量和叶面积指数均提高;而叶绿素含量和净光合速率则降低.在67500株·hm^-2下,混播较单播处理无显著优势,但在97500株·hm^-2下,两品种混播提高了叶面积指数、叶绿素含量和穂位叶净光合速率,干物质积累量增加.混播促进茎等营养器官的干物质向籽粒的转运,提高了¹³C同化物在籽粒中的分配比例.混播处理较单播产量增加,主要因为千粒重显著增加.在高密度种植条件下,混播有助于扩大光合面积,维持较高的净光合速率,提高群体干物质积累量,改善干物质的分配状况,增加同化物向籽粒的分配,最终提高夏玉米产量.可见,混播栽培可显著增加黄淮海区密植夏玉米产量.     

江西双季稻氮素监测诊断模型的建立与应用

建立基于光谱仪的江西双季稻氮素监测诊断模型,可指导氮肥精确施用,达到双季稻丰产、提质、增效的目的。本研究开展了不同早、晚稻品种与氮素水平的小区试验,采用GreenSeeker光谱仪和作物生长监测诊断仪(CGMD)于分蘖期和拔节期测定了早、晚稻冠层光谱植被指数和植株氮积累量,建立了双季稻植株氮积累量光谱监测模型,并采用独立的田间试验数据对模型进行检验。利用双季稻丰产栽培经验及建立的氮素光谱诊断模型,对双季稻分蘖肥和穗肥施氮量进行定量推荐。结果表明: 双季稻氮肥施用关键期(分蘖期和拔节期)基于两种光谱仪的光谱植被指数与植株氮积累量均呈显著正相关,分蘖期和拔节期的模型预测效果比生长前期模型好。基于GreenSeeker光谱仪的归一化差值植被指数(NDVI_(780,660))的指数方程可较好地预测植株氮积累量,模型决定系数(R²)为0.92～0.94,模型检验的均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)和相关系数(r)分别为3.09～5.96 kg·hm^-2、5.8%～18.5%和0.92～0.98;基于CGMD光谱仪的差值植被指数(DVI_(810,720))的线性方程可较好地预测植株氮积累量,R²为0.90～0.93,模型检验的RMSE、RRMSE和r分别为3.71～6.33 kg·hm^-2、11.7%～14.3%和0.93～0.96。基于CGMD光谱仪的模型推荐的施氮量高于基于GreenSeeker光谱仪的模型推荐的施氮量;模型生成的精确施氮方案较传统农户方案减少施氮量5.5 kg·hm^-2,氮肥农学利用率提高0.8%,纯收益提高128元·hm^-2。用双季稻氮素光谱诊断方法指导施肥能在增产的同时,降低成本,增加纯收益,对科学指导双季稻生产具有重要意义。     

基于作物生长监测诊断仪的双季稻叶片氮含量和氮积累量监测

为了验证作物生长监测诊断仪(CGMD)监测双季稻氮素营养指标的准确性和适用性,构建基于CGMD的双季稻叶片氮含量(LNC)和氮积累量(LNA)的监测模型。选用8个不同早、晚稻品种,设置4个不同施氮水平,利用CGMD采集冠层差值植被指数(DVI)、归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI),同步利用ASD FH2高光谱仪采集冠层光谱反射率,并计算DVI、NDVI和RVI;通过比较CGMD和ASD FH2采集的冠层植被指数变化特征,验证CGMD的测量精度,构建基于CGMD的LNC和LNA监测模型,并利用独立试验数据对模型进行检验。结果表明: 早、晚稻LNC、LNA、DVI、NDVI和RVI随施氮水平的增加而增大,随生育进程的推进呈先升后降的趋势;CGMD与ASD FH2采集的DVI、NDVI和RVI间拟合的决定系数(R²)分别为0.9350、0.9436和0.9433,表明CGMD的测量精度较高,可替代ASD FH2采集冠层植被指数。基于CGMD的3个冠层植被指数相比,NDVI_CGMD与LNC的相关性最高,RVI_CGMD与LNA的相关性最高;基于NDVI_CGMD的指数模型可较准确地预测LNC,模型R²为0.8581～0.9318,模型检验的均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RRMSE)和相关系数(r)分别为0.1%～0.2%、4.0%～8.5%和0.9041～0.9854;基于RVI_CGMD的幂函数模型可较准确地预测LNA,模型R²为0.8684～0.9577,模型检验的RMSE、RRMSE和r分别为0.37～0.89 g·m^-2、6.7%～20.4%和0.9191～0.9851。与化学分析方法相比,利用CGMD可便捷准确地获取早、晚稻的LNC和LNA,在双季稻丰产高效栽培和氮肥精确管理中具有应用价值。     

典型阔叶红松林主要树种叶性状的垂直变异及经济策略

分析不同树种叶片性状的变化有助于了解植物群落结构。该文通过对典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林15种阔叶树种的比叶质量、叶片厚度、叶干物质含量、叶绿素含量指数、叶片碳、氮、磷含量的测定, 分析了冠层高度对叶性状及叶性状间相关关系的影响。结果表明, 水曲柳(Fraxinus mandshurica)和大青杨(Populus ussuriensis)上层的比叶质量显著大于下层, 而其他树种冠层间的比叶质量无显著变化; 叶绿素含量指数在白桦(Betula platyphylla)和春榆(Ulmus japonica)冠层间的分布分别为上层显著大于下层和上层显著大于中层; 单位质量氮含量在水曲柳的中层显著大于上层。叶片性状间存在着广泛的相关性, 比叶质量与叶片厚度、干物质含量在三层间均呈显著正相关关系, 而有些性状, 只在一或二个冠层中存在一定的相关性。山杨(Populus davidiana)和大青杨的叶片倾向于选择光合能力较低、营养浓度较低、呼吸速率较慢的一端, 而黄檗(Phellodendron amurense)和山槐(Maackia amurensis)叶片更倾向于光合能力强、营养物质浓度高的一端。不同树种对光照响应的差异可能会改变不同冠层中叶片的形态和化学性状, 从而有助于群落构建和物种共存。     

Vertical variation and economic strategy of leaf trait of major tree species in a typical mixed broadleaved-Korean pine forest

分析不同树种叶片性状的变化有助于了解植物群落结构。该文通过对典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林15种阔叶树种的比叶质量、叶片厚度、叶干物质含量、叶绿素含量指数、叶片碳、氮、磷含量的测定, 分析了冠层高度对叶性状及叶性状间相关关系的影响。结果表明, 水曲柳(Fraxinus mandshurica)和大青杨(Populus ussuriensis)上层的比叶质量显著大于下层, 而其他树种冠层间的比叶质量无显著变化; 叶绿素含量指数在白桦(Betula platyphylla)和春榆(Ulmus japonica)冠层间的分布分别为上层显著大于下层和上层显著大于中层; 单位质量氮含量在水曲柳的中层显著大于上层。叶片性状间存在着广泛的相关性, 比叶质量与叶片厚度、干物质含量在三层间均呈显著正相关关系, 而有些性状, 只在一或二个冠层中存在一定的相关性。山杨(Populus davidiana)和大青杨的叶片倾向于选择光合能力较低、营养浓度较低、呼吸速率较慢的一端, 而黄檗(Phellodendron amurense)和山槐(Maackia amurensis)叶片更倾向于光合能力强、营养物质浓度高的一端。不同树种对光照响应的差异可能会改变不同冠层中叶片的形态和化学性状, 从而有助于群落构建和物种共存。     

不同密度混播对玉米植株13C同化物分配和产量的影响

为了探讨不同密度混播对玉米植株¹³C同化物分配和产量的影响,选用‘郑单958’(ZD)和‘登海605’(DH)为试验材料,在不同密度下(LD,67500株·hm^-2;HD,97500株·hm^-2)设置单播(SZD、SDH)与混播(M、1∶1、2∶2)处理,研究玉米品种不同密度混播对植株光合特性、¹³C同化物分配、干物质积累量和产量的影响.结果表明: 随密度增加,籽粒产量、¹³C同化物在籽粒中的分配、干物质积累量和叶面积指数均提高;而叶绿素含量和净光合速率则降低.在67500株·hm^-2下,混播较单播处理无显著优势,但在97500株·hm^-2下,两品种混播提高了叶面积指数、叶绿素含量和穂位叶净光合速率,干物质积累量增加.混播促进茎等营养器官的干物质向籽粒的转运,提高了¹³C同化物在籽粒中的分配比例.混播处理较单播产量增加,主要因为千粒重显著增加.在高密度种植条件下,混播有助于扩大光合面积,维持较高的净光合速率,提高群体干物质积累量,改善干物质的分配状况,增加同化物向籽粒的分配,最终提高夏玉米产量.可见,混播栽培可显著增加黄淮海区密植夏玉米产量.     

黄土丘陵区草地植被群落优势种叶片功能性状对氮磷添加的响应

以黄土丘陵区草地植被群落3种优势种白羊草、长芒草和达乌里胡枝子为对象,采用裂区试验设计,设置0、50和100 kg N·hm^-2·a^-13个氮处理和0、40和80 kg P₂O₅·hm^-2·a^-1 3个磷处理,于生长旺盛期测定了各植物的叶长、叶宽、比叶面积、叶片干物质含量、叶片氮、磷含量和氮磷比等指标,分析不同优势种叶片功能性状对氮磷添加的响应差异.结果表明:与未施肥相比,50和100 kg N·hm^-2·a^-1处理下白羊草叶长和叶宽分别显著增加35.3%和64.4%,而长芒草仅有叶长显著增加58.8%,达乌里胡枝子仅有叶宽显著增加33.9%,但三者叶片干物质含量分别显著降低10.7%、15.3%和11.2%,白羊草和长芒草叶片氮含量分别显著增加23.0%和99.2%,氮磷比分别显著增加45.8%和96.9%;40和80 kg P₂O₅·hm^-2·a^-1处理下达乌里胡枝子叶长、叶宽和比叶面积分别显著增加56.9%、41.4%和19.6%,叶片干物质含量显著下降14.9%,三者叶片磷含量分别显著增加96.7%、110.9%和238.4%,氮磷比分别显著降低45.8%、42.8%和53.7%.50 kg N·hm^-2·a^-1处理下,与未施磷相比,40和80 kg P₂O₅·hm^-2·a^-1处理后仅达乌里胡枝子叶长和叶宽显著增大,3种植物叶片磷含量显著增加,白羊草和长芒草叶片氮含量显著降低;100 kg N·hm^-2·a^-1处理下,施磷后白羊草和长芒草叶长、达乌里胡枝子叶宽显著增大,三者叶片磷含量显著增加,白羊草叶片氮含量显著降低.综上表明,3个优势种植物叶片功能性状对短期氮磷添加的响应存在明显差异,这些差异与物种属性和施肥水平有关,不同优势种对氮磷添加响应的差异对维持草地群落多样性和稳定性具有重要作用.     

枫香叶片衰老过程中光合能力的变化

利用Li-6400XT便携式光合作用测定系统,于2014年10—12月测定枫香叶片衰老过程中光合作用光响应曲线,采用叶氏模型和非直角双曲线模型进行模拟,分析枫香叶片衰老过程中光合能力的变化.结果表明: 随着枫香叶片逐渐变黄变红,其净光合速率的光响应能力逐渐降低,实测的最大净光合速率从叶片开始泛黄时的2.88 μmol CO₂·m^-2·s^-1下降到叶片衰老后期(12月8日)的0.95 μmol CO₂·m^-2·s^-1.2种光响应模型均较好地模拟了观测的光响应数据,其中叶氏模型表现更优.模拟得到的最大净光合速率、表观量子效率、光补偿点的量子效率、暗呼吸速率等参数均随枫香叶片衰老凋落而逐渐下降,反映出枫香叶片衰老过程中光合能力缓慢下降的过程.在树梢红叶未落期间,枫香叶片仍具有一定的净光合作用能力,这有利于增加秋冬季节的碳吸收量.