基于光谱变化特征的小麦叶片不同功能期监测研究

为了探讨小麦叶片不同功能期光谱变化特征与叶绿素含量之间的关系,以4个小麦杂交组合基因型为试验材料,对不同生长发育期的旗叶进行光谱和叶绿素测量,并采用线性外推法计算其红边位置.结果表明：在近红外区（750 nm～850 nm）和可见光区（500 nm～600 nm）处,从抽穗期到扬花期小麦旗叶光谱反射率呈现上升趋势,到灌浆期开始下降.其叶绿素含量也是先上升,进入灌浆期后开始下降.建立旗叶4个不同功能期4月25日、5月1日、5月6日和5月11日叶绿素含量与其红边位置线性回归模型,其R2分别为0.5893、0.8842、0.9379和0.7258,均达极显著水平,表明此模型可用于叶片叶绿素含量无损监测.     

陇中黄土高原春小麦光谱反射特征

通过田间小区试验,测定了3个春小麦品种(高原602、陇春8139和定西24)在不同生育期和不同种植密度的光谱反射率及对应叶面积指数(LAI)和地上生物量,分析了其光谱反射的一般特征和红边参数特征以及光谱变量与LAI和地上生物量的相关性.结果表明:在整个波段内,春小麦冠层光谱表现为高原602＞陇春8139＞定西24,其叶片光谱表现为定西24＞陇春8139＞高原602;春小麦冠层光谱在可见光波段和中红外波段成熟期明显大于孕穗期,而叶片光谱在近红外波段孕穗期明显大于成熟期;随着种植密度的提高,在近红外波段冠层和叶片的光谱反射率逐渐增加;冠层光谱的红边均具有"双峰"现象,从孕穗期到成熟期,冠层红边位置呈现"蓝移"现象;LAI和地上生物量与冠层光谱变量之间存在较好的相关性.     

基于连续统去除法的冬小麦叶片氮积累量的高光谱评价

作物氮素状况是评价长势、提高产量和改善品质的重要指标,它对作物氮素诊断与管理具有重要意义。本文基于不同施氮水平下的冬小麦冠层光谱及相应的叶片氮积累量数据,将广泛应用于岩矿高光谱分析中的连续统去除法借用至作物冠层氮素营养状况评价。通过对550~760nm波段的冠层光谱进行连续统去除处理,提取了3个吸收特征。结果表明:在所有生育期中,叶片氮积累量均随着施氮量的增加而增大;在所有氮处理中,从起身期、拔节期、孕穗期到抽穗期,叶片氮积累量均呈先增加后减小的趋势,且在孕穗期达到峰值;在各生育期,吸收峰总面积、吸收峰左面积和吸收峰右面积均随着施氮量的增加而增大,面积归一化最大吸收深度均随着施氮量的增加而减小。通过相关分析发现:各吸收特征参数与叶片氮积累量之间均存在显著性相关,且面积归一化最大吸收深度参数的相关性最好;全生育期的相关性高于各单生育期;但从单生育期来看,孕穗期是监测叶片氮积累量最佳时期。回归分析结果发现,基于全生育期建立的叶片氮积累量评价模型均达到了极显著性水平。     

大型沉水植物苦草的光谱特征识别

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键.利用地物光谱仪在实验室和上海“梦清园”人工湿地中,分别实测了不同盖度沉水植物苦草的反射光谱特征.结果表明随着苦草盖度的增加,其光谱反射率也相应增加,不同盖度苦草的光谱反射率差异主要表现在500～650 nm和700～900 nm 波段范围.受水体环境影响,实验室模拟试验与室外控制试验测得的苦草光谱反射率差异主要表现在近红外波段（700～900 nm）.分别将苦草的不同盖度与其在QuickBird多光谱遥感影像4个波段与盖度相关性最大波段处的光谱反射率进行回归分析,得到了较好的线性关系.应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的苦草盖度.研究结果可为监测沉水植物的高光谱遥感影像判读和解译分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据.     

黄土高原不同种植密度下春小麦冠层和叶片高光谱反射特征

2006年4-8月,通过大田试验,测定了7个密度梯度下3个品种的春小麦冠层、叶片在不同生育期的高光谱反射率.结果表明:孕穗期,不同密度的春小麦冠层和叶片光谱差异明显,波形相似,其冠层光谱反射率在可见光区随密度增大降低,在近红外区反射率随密度增加升高;乳熟期,不同种植密度春小麦冠层光谱在可见光区的差异比近红外区小;不同密度的叶片光谱在可见光区和近红外区的变化在不同生育期表现出一致性,但随密度变化的规律性不明显;不同生育期的冠层光谱表现为乳熟期的反射率高于孕穗期;叶片光谱表现为乳熟期较孕穗期在近红外光区反射率大大降低;不同品种春小麦的冠层和叶片光谱存在一定差异;孕穗期,不同品种的冠层光谱在可见光区差异较小,差别主要表现在短波红外和近红外区;成熟期,不同品种冠层光谱的差异小;不同品种叶片光谱在近红外区的差异显著;春小麦红边存在双峰现象,从孕穗期到乳熟期,红边位置蓝移,红边幅值降低,红边面积减小;红边幅值的变化可用于估产,红边位置的变动可指示生育阶段.     

二氧化碳储存通量对森林生态系统碳收支的影响

涡度相关系统观测高度以下的CO₂储存通量对准确评价森林生态系统与大气间净CO₂交换量（NEE）有着重要的影响.本研究以长白山阔叶红松林为研究对象,利用2003年的涡度相关观测数据以及CO₂浓度廓线数据,分析了CO₂储存通量的变化规律及其对碳收支过程的影响.结果表明：涡度相关观测高度以下的CO₂储存通量具有典型的日变化特征,其最大变化量出现在大气稳定与不稳定层结转换期.利用涡度相关系统观测的单点CO₂浓度变化方法与利用CO₂浓度廓线方法计算的CO₂储存通量差异不显著.忽略CO₂储存通量,在半小时尺度上会造成对夜间和白天的NEE分别低估25%和19%,在日和年尺度上,会对NEE低估10%和25%;忽略CO₂储存通量,会低估Michaelis-Menten光响应方程及Lloyd-Taylor呼吸方程的参数,并且对表观初始量子效率α和参考呼吸R_ref的低估最大;忽略CO₂储存通量,在半小时、日及年尺度上,均会对总光合作用（GPP）和生态系统呼吸（R_e）低估约20%.     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据 SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型。冬小麦 CO2 通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸。冠层光合采用了 Farquhar光合作用生化模型 ,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来。用涡度相关方法观测了 CO2通量 ,对模型进行了验证 ,结果显示模型可以较好地模拟 CO2 通量日变化过程。对模型的敏感性分析发现日间 CO2 通量最敏感的参数是初始量子效率。其次 ,CO2 通量对光响应曲线凸度、CO2 补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性 ;夜间 CO2 通量敏感的参数是最适温度下 Rubisco催化能力和暗呼吸参数     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦CO2通量的日变化

根据SPAC理论建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型.冬小麦CO2通量包括冠层光合、呼吸和土壤呼吸.冠层光合采用了Farquhar光合作用生化模型,并通过冠层阻力的参数化将光合作用与蒸腾作用耦合起来.用涡度相关方法观测了CO2通量,对模型进行了验证,结果显示模型可以较好地模拟CO2通量日变化过程.对模型的敏感性分析发现日间CO2通量最敏感的参数是初始量子效率.其次,CO2通量对光响应曲线凸度、CO2补偿点、凋萎点和叶面积指数的变化也有着较强的敏感性;夜间CO2通量敏感的参数是最适温度下Rubisco催化能力和暗呼吸参数.     

二氧化碳超临界提取塔拉籽油及其品质分析

主要对超临界CO2流体提取技术从塔拉籽中提取塔拉籽油的工艺与方法进行优化和油分品质分析。采用3组平行单因素实验确定塔拉籽油的提取工艺条件,以塔拉籽油提取率为指标,在单因素实验的基础上研究提取时间,提取温度,提取压强对塔拉籽油提取率的影响,经分析确定最佳提取工艺条件为:提取时间120 min,提取温度45℃,提取压强35 MPa。通过3组重复实验验证单因素实验结果,表明在最佳提取条件下塔拉籽油的实际平均提取率为21.07%与单因素实验中的结果接近较为吻合,所得提取条件现实可靠。提取的塔拉籽油呈现出透明的淡黄色,为干性油脂,不饱和脂肪酸含量较高,表明该法提取塔拉籽油具有较高的营养价值和可利用价值。     

冬小麦籽粒淀粉合成相关酶活性的日变化

蔗糖向淀粉的转化是决定小麦籽粒产量的重要因素.田间条件下研究了两个小麦(Triticum aestivum L.)品种"鲁麦22"和"鲁麦14"籽粒淀粉合成相关酶:蔗糖合酶(sucrose synthase,SS)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADP-glucose pyrophosphorylase,ADPGPPase)、可溶性淀粉合酶(soluble starch synthase,SSS)、束缚态淀粉合酶(starch granule-bound synthase,GBSS)的活性以及籽粒ATP含量的日变化.结果表明,上述酶活性呈现明显的昼夜变化特征,酶活性一般在白天较低,而在夜间呈现较高活性,而籽粒ATP含量趋势相反.相关分析表明,白天较低的酶活性可能与气温超过其适宜温度有关.对籽粒淀粉合成相关酶活性日变化的可能因子进行了讨论.     

黄土塬区麦田CO2通量季节变化

利用涡度相关法对黄土塬区小麦地CO₂通量季节变化进行了研究。结果表明：（1）小麦CO₂通量日变化与生育期、光合有效辐射、土壤温度密切相关。（2）小麦各生育期CO2的平均日收支由大到小依次为拔节孕穗期＞返青期＞起身期＞抽穗期＞成熟期＞灌浆期＞出苗分蘖期＞越冬期。（3）白昼CO₂通量与光合有效辐射在出苗分蘖期、起身期、成熟期几乎不相关,在灌浆期低度相关,在其他生育期内都达到了显著相关。CO₂通量与夜间2cm土壤温度在越冬、起身、拔节孕穗期显著相关,其他5个生育期内为低度相关。（4）小麦收割后表现为碳源,各天具体状况与前一天是否降雨、当天的天气状况有关。     

黄土塬区麦田蒸散特征

利用大型称重式蒸渗仪研究了黄土塬区冬小麦不同时段单元（生育期、月、日、时）的蒸散特征,并分析了叶面积指数、土壤含水量和气温、降水等因子对蒸散的影响.结果表明,在试验年份,各生育期内冬小麦的日蒸散量:孕穗 抽穗期﹥开花期﹥起身期﹥拔节期﹥灌浆期﹥返青期﹥成熟期﹥越冬期;生长前期蒸散受温度影响较大,中期受叶面积指数影响较大,后期土壤水分成为蒸散的限制因子,灌浆期内冬小麦日均蒸散量因受土壤水分亏缺影响而显著下降,日均蒸散量从孕穗 抽穗期的625 mm·d^-1 减小到灌浆期的2.66 mm·d^-1;月蒸散以4～6月最高,3个月蒸散量占试验期间总蒸散量的80％以上;麦田逐日蒸散变化曲线上的波动峰值反映了受降水作用土壤水分状况改善条件下的蒸散特征;时蒸散过程在总体遵循周期性的前提下表现出随天气而改变的现象.     

黄土高原冬小麦地N2O排放

从2007年7月1日到2009年6月30日对黄土高原冬小麦地氧化亚氮(N₂O)排放采用静态箱气相色谱法进行了为期2a 的监测。设置2个处理,有小麦田(有小麦生长),无小麦田(出芽初期拔去麦苗)。研究结果表明有小麦田、无小麦田N₂O排放量年际变化不大。有小麦田年均的N₂O 排放量为2.05 kg · N₂O · hm^-2 · a^-1,无小麦田年均的N₂O 排放量为2.28 kg · N₂O · hm^-2 · a^-1 。在冻融交替期,施肥后、翻地后和降雨后无小麦田和有小麦田N₂O排放明显增加,N₂O的季节变化受到这些短期事件的显著影响;有小麦田N₂O排放与地温(P<0.01),气温(P<0.01)和WFPS(P<0.05)显著相关,而无小麦田N₂O排放与这些环境土壤因子都不相关;有小麦田和无小麦田两个处理土壤的WFPS通常都低于60%,可以推断在本地区,硝化反应是N₂O的重要生成源。     

黄土高原春小麦叶面积指数与高光谱植被指数相关分析

通过田间小区试验,测定了4个春小麦品种（定西24号、陇春8139、高原602和定西38号）在不同生育期和不同种植密度下的光谱反射率及对应的叶面积指数（LAI）。综合分析比较了9个常见植被指数与春小麦LAI的相关性及预测性。结果表明：在4个不同的生育阶段,这9个植被指数与对应的LAI都有很好的相关性以及对LAI有很好预测性。其中以抽穗-开花期植被指数的表现为最好;全生育期这9个植被指数与春小麦LAI的相关性更高,对LAI的预测性更佳,并且大于任何一个生育阶段;其中以近红外与绿光波段的比值R810／R560的预测力最好,故选取R810／R560（x）作为预测全生育期春小麦LAI（y）的最佳植被指数,建立最优模型Y=0．1769x^1.5261,并采用不同品种和不同种植密度的数据对模型进行了精度分析,结果表明,模拟值和实测值之间的R^2平均为0．9280,估算的RMSE平均为0．0762,准确度平均为0．9068,说明此模型具有较好的可靠性和适用性。     

不同覆盖施肥措施对黄土旱塬冬小麦土壤水分的影响

于2007年9月—2008年7月在位于黄土高原渭北旱塬的王东沟试验区进行冬小麦不同覆盖施肥措施（包括不施肥、农民习惯施肥、推荐施肥、推荐施肥+有机肥、推荐施肥+垄上覆膜、推荐施肥+垄上覆膜+沟内覆草、推荐施肥+全区覆草7个处理）田间试验,并采用水分中子仪定期观测土壤含水量,研究黄土高原旱塬区不同栽培措施下土壤水分的变化特征.结果表明：在干旱季节（春季）,推荐施肥+垄上覆膜+沟内覆草措施有利于贮存更多的土壤水分,其土壤储水量约比最低值（推荐施肥+有机肥）高48.2 mm,并可将土壤水分保持到冬小麦需水的关键期,而且推荐施肥+垄上覆膜措施仅次于推荐施肥+垄上覆膜+沟内覆草,表明这两种措施能够在田间蓄积较多天然降水,有利于黄土高原旱区雨养农业的发展.     

黄土旱塬区不同覆盖措施对冬小麦农田土壤呼吸的影响

采用田间试验研究了黄土旱塬区不同覆盖措施下的冬小麦农田土壤呼吸日变化和季节变化特征.试验包括4个处理：作物生育期秸秆覆盖600 kg·hm^-2（M₆₀₀）、秸秆覆盖300 kg·hm^-2（M₃₀₀）、地膜覆盖（PM）和无覆盖处理（CK）.结果表明：冬小麦农田土壤呼吸速率从播种至返青之前呈下降趋势,处理间没有显著差异;越冬后土壤呼吸速率迅速提高,至拔节期最高.与CK相比,3个覆盖处理在越冬至成熟期间均显著促进了土壤CO₂的释放,其中PM与其他处理间的差异达到极显著水平.全生育期M₆₀₀和M₃₀₀处理土壤呼吸速率平均分别为1.47和1.52 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK（1.38 μmol CO₂·m^-2·s^-1）分别提高了6.6%和10.2%;PM处理土壤呼吸速率平均为3.63 μmol CO₂·m^-2·s^-1,较CK提高了163%.CK处理土壤呼吸日变化呈单峰曲线,峰值出现在12：00左右,秸秆覆盖后峰值时间推迟到14：00左右;PM处理土壤呼吸日变化特征在拔节期与对照相似,在成熟期则呈双峰曲线,峰值分别出现在12：00和16：00左右.土壤呼吸速率与土壤温度和土壤水分分别呈指数和抛物线式相关.     

黄土地区冬小麦田土壤理化性状、磷酸酶活性与氧化亚氮的排放

通过大田试验研究了黄土地区种植作物对旱作农田土壤理化性状、磷酸酶活性以及土壤N2O排放的影响。结果表明:无论是否施氮肥,是否覆膜,种植冬小麦对黄土地区土壤N2O的排放均具有促进作用;管理措施不同,作物对土壤N2O排放通量的影响效应亦不同,麦田小区土壤N2O排放通量高于休耕小区N2O,且覆膜处理>常规处理>单施磷肥处理;在常规施氮和覆膜施氮条件下,小麦田的水分含量均低于休耕地的含水量,但其NH4 -N含量却高于休耕地。多重回归分析表明:麦田小区与休耕小区土壤N2O排放通量差值仅与土壤有机质增量呈显著负相关,能量物质的丰缺是决定土壤N2O变化的主要因素;磷酸酶活性与N2O排放通量之间呈极显著负线性相关,即在磷素相对缺乏的黄土地区,如何提高磷酸酶活性对于土壤N2O的减排有重要意义。     

青藏高原高寒湿地生态系统CO2通量

依据涡度相关系统连续观测的2005年CO₂通量数据,对青藏高原东北隅的高寒湿地生态系统源/汇功能及其部分环境影响因素进行了分析。结果表明,高寒湿地生态系统为明显的碳源,在植物生长季（5~9月份）吸收230.16 gCO₂•m^-2,非生长季（1~4月份及10~12月份）释放546.18 gCO₂•m^-2,其中净排放最高在5月份,为181.49 gCO₂•m^-2,净吸收最高在8月份,为189.69 gCO₂•m^-2,年释放量为316.02 gCO₂•m^-2。在平均日变化中,最大吸收值出现在7月份12:00,为（0.45±0.0012） mgCO2•m^-2•s^-1,最大排放速率出现在8月份0:00,为（0.22±0.0090） mgCO₂•m^-2•s^-1。生长季中6~9月份表现为明显的单峰型日变化,非生长季的变化幅度较小。净生态系统交换量（NEE）和生态系统总初级生产力（GPP）与气温、空气水气饱和亏和地表反射率等环境因素呈现相似的相关性,与地上生物量和群落叶面积指数则为线性负相关,生态系统呼吸（Res）则与上述因子的相关性呈现相反的趋势。