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.     

玉米冠层内太阳直接辐射三维空间分布的模拟

太阳直接辐射在植物冠层内的空间分布特征影响植物生理生态功能 ,是衡量植物群体结构是否合理的重要指标。利用田间实测的玉米冠层内植株各器官的三维空间坐标进行冠层结构分析 ,将冠层内的植株器官表面划分成小面元 ;根据几何光学中光的直线传播原理 ,利用面元沿太阳光线的平行投影和投影深度排序 (Z- buffer)算法计算冠层内面元受太阳光直接照射的情况 ,建立了太阳直接辐射在玉米冠层内三维空间分布的模拟模型。模型可计算出作物冠层内任选植株的器官表面或冠层内地面上的太阳直射光斑 (Sunflecks)分布 ,也可输出选定空间位置或范围上的太阳直接辐射的分布 ,同时可实现模拟结果的三维可视化。根据此模型的模拟结果可对太阳直接辐射在玉米冠层内的空间分布进行各种分析。利用玉米冠层内光斑的三维分布测定试验 ,在光合有效辐射 (PAR)波段对模型进行了检验。模型适用于任意三维结构可测并可进行面元化划分的植物群体或个体     

温室栽培西瓜座果期冠层光合作用日变化研究

在兰州春季塑料日光温室条件下研究了‘宝冠’和‘新金兰’两个品种西瓜(Citrullus lantus(Thunb．) Mansf．)冠层光合作用日变化特性。结果表明,日光温室两个西瓜品种间冠层光照分布和单叶光合作用日变化模式存在明显的差异,冠层光照条件影响各叶层的光合强度及其日变化态势。两品种冠层整体光合速率日动态呈单峰型,‘宝冠’的光合生产力高于‘新金兰’。‘宝冠’西瓜单叶光合速率较高,高效光合时间较长,且表现出午休特征。‘新金兰’西瓜单叶光合速率低,高效光合维持时间较短,未表现出明显午休特征。‘宝冠’光合作用的瞬时水分效率 (WUE)高于‘新金兰’,两品种上午的WUE高于下午,上层叶的WUE高于下层叶。     

基于Campbell椭球分布函数的大兴安岭地区主要树种叶倾角分布模拟

叶倾角分布(LAD)直接决定着植被冠层对辐射的截获量,同时对入射太阳辐射的大小与走向也起着决定性作用,是定量遥感中的关键参数.本研究基于Campbell椭球分布函数和迭代方法拟合大兴安岭林区主要树种的LAD,定量分析冠层叶片分层与不分层时模型的拟合情况及不同龄组对LAD的影响.结果表明： 大兴安岭地区6种主要树种的LAD均属于横椭球分布,针叶树的平均叶倾角小于阔叶树;无论对叶片分层处理与否,模型拟合叶倾角的结果与实测结果基本一致;白桦和落叶松的拟合结果与实测结果线性回归的相关系数分别是0.8268、0.8192,均方根误差分别是3.7%、4.3%,说明Campbell模型应用于森林冠层是可靠的;考虑龄组的影响时,虽然分层处理时叶倾角的分布趋势与龄组无关,但幼龄落叶松的平均叶倾角小于成熟落叶松,表明龄组对叶倾角分布取值有正向影响,而对消光系数取值有负向
影响.     

黑石顶常绿阔叶林群落冠层树木光合生理特性研究

本文用封闭式的光合作用测定仪测定了黑石顶南亚热带常绿阔叶林群落冠层的两种优势种群──相和光叶红豆的光合速率以及其它生理因子的日变化,同时测定了群落冠层的环境因子──光量子通量密度、气温和相对湿度等的日变化。冠层中ｃｏ＿２浓度的平均值为３０６．６ｍｇ／ｋｇ,日变幅为±６．０ｍｇ／ｋｇ。树种间光合速率差别很大,硬叶相叶片的日平均净光合速率为２．６３７４μｍｏｌ／ｍ￣２·ｓ．日最高净光合作用速率在１１时左右。分析了净光合速率与叶片气孔导度之间的显著相关性,并指出气孔导度的差异可能是引起不同种间净光合速率差异的主要原因之一。     

落叶阔叶林内的光合作用和气孔传导率特征(英文)

本文根据Wang和BMdocchi(1989)最近提出的冠层辐射模型,进一步给出了一个模拟冠层光合作用速率和气孔传导率的模式.模式将冠层中每一层的叶面积分为向光叶、半影叶、和全遮荫叶三种,并分别计算其光合作用速率和气孔传导率。计算得到的光合速率廓线表明,在落叶阔叶林内,冠层下部的叶片常处于光照不足状态;半影效应使得透过林冠达于底部的辐射量增大,这对于林下植物的光合作用是有利的。 模式计算值与实测值之间的微弱差别应归因于纯辐射模型无法考虑湍流输送机制造成的CO_2传输和冠层底部耐荫性叶对于低光照的适应能力。     

太岳山典型阔叶乔木冠层叶片性状的分布格局

以太岳山4种阔叶乔木不同冠层高度的叶片为研究对象,用LI-3000A叶面积仪和Li-6400便携式光合作用测定系统分别测定了这4种乔木不同冠层高度叶片的叶面积大小和单位面积的叶光饱和速率(Aarea);同时测定了其叶氮含量;计算了其比叶面积(SLA)、单位面积叶氮含量(Narea)、单位重量叶氮含量(Nmass)、单位重量的叶光饱和速率(Amass)和光合氮素利用效率(PNUE),对植株不同冠层高度叶片的SLA、叶氮和光合特性的空间分布格局进行了比较研究,结果表明:Aarea、Amass、Nmass、PNUE、SLA和Narea在树冠上层、中层和下层的差异均达到了极显著水平(P<0.001),表明树冠不同高度的叶片性状参数差异较大;在相同SLA下,Nmass和Narea在冠层中的分布均表现为中层>上层>下层,并出现平行位移现象;Aarea和Nmass都以中层值最大,表明冠层光合能力分布格局以中层相对较高。     

张掖湿地旱柳冠层内垂直层次光截获与叶片光合生理特性的关系

林冠光能截取(LI)与叶片光合生理特性的关联性反映了植物功能性状对光环境变化的响应及适应,是冠层结构和环境条件综合作用的结果。在张掖市黑河干流边缘的洪泛平原湿地随机选择10个样地,按等分原则将样地内的旱柳(Salix matsudana)冠层分为上、中、下3个层次,研究了旱柳冠层各层次LI与叶片蒸腾速率(T_r)、净光合速率(P_n)的相互关系。结果表明:随着旱柳冠层下降,叶面积指数(LAI)、平均叶倾角(MLA)、叶厚度、光合有效辐射(PAR)、LI、T_r和P_n均呈逐渐减小趋势,叶面积呈逐渐增加趋势,叶片含水量呈先增大后减小的趋势,叶片聚集类型由聚集为主转向分散为主;在树冠上层和下层,LI与T_r、P_n均呈显著正相关(P0.05),中层呈极显著正相关(P0.01)。在旱柳冠层内部,上层倾向于减小LI、T_r与P_n的保守性生存模式,中层和下层选择增大LI、T_r与P_n的开拓性模式,反映了湿地植物在异质性生境中根据其功能需求在自身性状之间进行的资源优化配置。     

双季稻光合生产模型的建立与应用

综合已有作物模型(包括冠层结构、冠层光分布和冠层光合作用与干物质生产模型)的优点,构建了双季稻光合生产模型.利用独立的田间试验资料,对冠层内的光分布和干物质积累量进行了初步检验;利用模型定量分析了直接辐射在上挺下挺、上挺下披和上披下披3种典型株型水稻冠层内水平面上和叶面上的分布、冠层日光合量及其随叶面积指数的变化特征.结果表明: 模拟值与观测值之间具有较好的一致性,预测双季稻冠层内光分布的根均方差、相对根均方差和相关系数分别为12.01 J·m^-2·s^-1、8.2%和0.9929;预测双季稻干物质积累量的根均方差、相对根均方差和相关系数分别为0.83 t·hm^-2、14.6%和0.9772,表明模型预测性较好;上挺下披株型水稻的冠层日光合量最高,取决于较大的叶面受光量、叶片光合效能和叶面积指数.     

群体中叶片光合能力的分布及其对群体光合作用的影响

利用数学变分原理分析了群体中叶片光合能力对环境适应和有限氮资源利用的最优分布。叶片光合能力呈现与光强相同的负指数衰减分布时,“群体的光合速率和对氮的利用率最高;叶片对环境光强适应的优越性随群体消光系数和叶面积指数增加而增加。由此推导了叶片光合能力最优分布下的群体光合模型。     

辽东栎冠层光合生理特性的空间异质性

冠层作为林木与环境因子相互作用最为直接的部分,研究冠层光合作用是分析森林生产力的基础。以北京东灵山辽东栎为对象,利用Li-6400便携式光合仪测定了不同冠层不同方向部位叶片的光合速率和光响应曲线,研究了叶片光合生理特性在冠层空间上的变化。结果表明：在不同冠层和不同方向上,饱和光合速率、光补偿点、光下暗呼吸和表观量子效率均存在差异,随着冠层下降以及从南至北,大多数光合生理特性指标表现出递减趋势。进一步的通径分析结果得出,光强、水气压亏缺、温度是影响不同层次光合速率的主要因子。冠层光合特性的空间异质性研究,对于在冠层水平上揭示植物固碳能力和估算植物生产力具有很重要的意义。     

间伐改形对陇东旱塬密闭苹果园树体冠层结构和发育后期叶片质量的影响

为研究间伐改形对红富士成龄乔化密植果园树体冠层特征、生育后期叶片生理特性、养分积累分配规律、光合生产力和土壤水分时空分布动态的影响,以18年生‘红富士’苹果密闭园为试材,对苹果树单株结构参数、枝量、枝类组成、覆盖率、叶片光合速率等参数进行测定.结果表明: 密闭果园叶片光合作用受非气孔因素限制,导致PSII最大光化学效率、PSII光合潜能、光合性能指数下降了1.2%、11.5%、13.9%.间伐改形后,叶面积指数、树冠覆盖率有所降低,使得冠层直射光透过系数增加了79.0%,树形结构有所改善.苹果园总枝数降低到约1100400条·hm^-2,单株枝量增加了5.0%,短枝比例提高至73.0%.由于冠层光照条件的改善,叶面积、比叶质量、百叶重、叶绿素含量有不同程度的提高.叶片光合速率的提高促进了光合产物的积累,淀粉、蛋白质含量为密闭果园的143.5%、107.8%.叶片的发育质量与其所处的光照辐射环境有着密切联系,密闭果园经间伐、改形后,果园群体结构和冠层光照得以改善,促进了叶片生长发育,提高了叶片光合效能,降低了果园土壤水分的无效消耗,是陇东旱塬苹果产区密闭果园适宜的调整、优化方案.     

CO2浓度升高对大豆冠层光合速率影响的数值模拟研究

利用美国Li-6200光合测定系统对鲁豆4号叶片光合速率进行了大量测定研究,确定了大豆叶片光-光合作用模式,模式中考虑了CO2浓度对光合作用速率的影响,在此基础上进一步测定了大豆冠层结构,建立了一个大豆冠层光合速率数值模式.利用GXH-305红外线CO2分析仪外接50×50×120cm同化箱对冠层光合速率进行了实际测定,结果表明当CO2浓度低于660ppm时,模式可以较好地模拟出CO2浓度升高对群体光合速率的影响,平均相对误差为7.41%.本文所测得的大量实验数据,为研究CO2浓度升高对大豆生长影响提供了更加可靠的模型参数,同时也为进一步建立自然状况下大豆生长数值模式提供了一定的理论依据.     

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.     

水稻光合生产与干物质累积的动态模拟

在综合已有研究成果的基础上,兼顾模型的机理性与实用性的平衡,构建了水稻光合生产与干物质累积的模拟模型．模型采用高斯积分法有效地计算冠层每日的总光合量,并考虑了冠层消光系数随生理发育时间（PDT)的动态变化,模型较充分地量化了生理年龄、温度、叶片含氮量及水分亏缺因子等对光合作用的影响及维持呼吸系数与PDT的动态变化关系、利用独立的试验资料对模型核实的结果显示,模型可以较好地预测不同生长条件下的生物量累积动态,具有较强的机理性与实用性．     

行距配置对‘兰考矮早八’小麦后期群体冠层结构及其微环境的影响

 在大田试验条件下,研究了在同一密度（375×104株&;#8226;hm^－2）下,行距配置对大穗型冬小麦(Triticum aestivum)品种‘兰考矮早八’后期群体 冠层结构、冠层微环境及产量构成的影响。结果表明,冠层叶面积指数随着行距的增大而减小;而冠层开度随着行距的增大而增加。行距配置 还可改变小麦冠层微环境,冠层不同层次的光截获及消光系数均随着行距的增大而减小;随着行距增加,冠层不同层次的温度升高,而湿度下 降; 随着行距缩小,冠层不同层次的CO₂分布更趋均匀,有利于群体光合作用。通过缩小行距,能够使植株分布均匀,竞争减弱,使产量构成 因素实现最佳配置,从而获得较高的产量。从该研究看,15 cm行距的产量最高,可作为该类品种的较佳行距配置。     

苹果密植园与间伐园树冠层内叶片光合潜力比较

通过对成龄苹果密植园和间伐园树冠不同层次和部位叶片光合潜力及辐射通量密度、叶片N含量和比叶重等指标的比较分析,研究了苹果园改造前后辐射能和氮素利用效率差异及其与产量品质的关系.结果表明：间伐显著改善了冠层内的辐射环境,间伐园冠层内的辐射分布明显比密植园均匀,相对辐射通量密度小于30%的无效光区接近0,而密植园冠层内的最低相对辐射通量密度为17%,在相对高度03以下均为无效光区;间伐园内冠层叶片的光合效率显著提高,间伐园树冠中、下部叶片的光合速率比密植园分别提高了78%和102%;叶片的最大羧化速率和最大电子传递速率也有较大幅度的提升.苹果园冠层叶片的光合效率与叶片N含量存在显著的相关关系,而叶片N含量又与辐射通量密度存在显著的相关关系,因此,可根据冠层叶片相对N含量的垂直分布间接和定量地判断叶片的光合效率或相对辐射通量密度的空间分布.     

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.     

冬小麦农田中净辐射的研究

本文对陕西泾阳地区冬小麦田净辐射进行了分段和分层模拟,取得了较好的拟合效果,相对误差在１０％以内。确定了麦田相对叶面积函数最大值的出现高度为４．５／７Ｈ,介于高粱（４／７Ｈ）和谷子（５／７Ｈ）之间。计算了不同发育期、不同层次至冠层顶部累积叶片的消光系数,结果表明,消光系数因发育期和叶片层次而异,拔节期,由旗叶向下,消光系数增大,乳熟期旗叶的消光系数最大,比拔节期大一倍,倒二叶以上两个层次叶片消光系数较小。就平均而言,冬小麦消光系数拔节期为０．５１,乳熟期为０．５６。本项成果为进一步开展麦田小气候研究提供了有意义的数据和方法。     

施氮量和株行距配置对鲜食糯玉米群体冠层结构和产量的影响

采取同一密度不同株行距配置和不同施氮量的试验处理,分析栽培措施和施氮量对糯玉米冠层的SPAD值、叶面积指数(LAI)、光合势、茎叶倾角、叶向值、冠层PAR、冠层开度、产量及产量构成要素的影响。结果表明：在同一密度同一行距条件下,冠层SPAD值、叶向值、PAR随着施氮量增加而增加,各处理间差异显著,而叶倾角随着施氮量增加而减小;不同施氮量对冠层开度影响不大,差异不显著,而对糯玉米产量影响差异显著。在授粉后12～18 d,行距70 cm,施氮量为N3,叶面积指数达最大,光合势最强,且较其它生育期差异明显。