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相似文献
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1.
构建一个普适性的植物叶片气孔导度(gs)对CO2浓度响应(gs-Ca)的模型, 对定量研究植物叶片gs对CO2浓度的响应变化尤为必要。该研究运用便携式光合仪(LI-6400)测量了大豆(Glycine max)和小麦(Triticum aestivum)光合作用对CO2的响应曲线(An-Ca), 在比较传统的Michaelis-Menten模型(M-M模型)和叶子飘构建的CO2响应模型拟合大豆和小麦An-Ca效果的基础上, 构建了gs-Ca响应新模型。然后用新构建的模型拟合大豆和小麦的gs-Ca曲线, 并将拟合结果与传统模型的拟合结果, 以及与其对应的观测数据进行比较, 以判断所构建模型是否合理。结果显示: 叶子飘构建的An-Ca模型可较好地拟合大豆和小麦的An-Ca曲线, 确定系数(R2)均高达0.999。M-M模型拟合大豆和小麦的An-Ca曲线时的R2虽然也较高, 但在较高CO2浓度时的拟合曲线偏离观测曲线。因此, 基于叶子飘的An-Ca模型构建gs-Ca模型更为可行。新构建的gs-Ca模型可较好地拟合大豆和小麦的gs-Ca曲线, R2分别为0.995和0.994, 而且还可以直接给出最大气孔导度(gs-max)、最小气孔导度(gs-min), 以及与gs-min相对应的CO2浓度值(Cs-min)。拟合得到大豆和小麦的gs-max分别为0.686和0.481 mol·m-2·s-1, 与其对应的观测值(分别为0.666和0.471 mol·m-2·s-1)之间均不存在显著差异; 同样, 拟合得到的大豆和小麦的gs-min分别为0.271和0.297 mol·m-2·s-1, 与其对应的观测值(分别为0.279和0.293 mol·m-2·s-1)之间也均不存在显著差异; 此外, 新构建的gs-Ca模型给出大豆和小麦的Cs-min值分别为741.45和1 112.43 μmol·mol -1, 与其对应的观测值(732.78和1 200.34 μmol·mol -1)也不存在显著差异。由此可见, 该研究新构建的gs-Ca模型可作为定量研究植物叶片气孔导度对CO2浓度变化的有效数学工具。  相似文献   

2.
北方粳稻光合速率、气孔导度对光强和CO2浓度的响应   总被引:25,自引:0,他引:25       下载免费PDF全文
 以东北地区主栽的粳稻(Oryza sativa var. japonica)品种为对象,用美国LI-cor公司生产的Li 6400光合作用测定仪控制光强、CO2浓度和温度等环境条件,阐述了光合作用和气孔导度对光和CO2浓度的响应特征及其耦合关系。结果表明,光合速率随光强或CO2浓度的提高而增大,均遵循米氏响应;在不同CO2浓度下,表观量子效率随CO2浓度的提高而增大,但CO2浓度达到800 μmol•mol-1以上时,表观量子效率有所减小;在不同光强下,表观羧化效率也随光的增强而增大,但光强达到1 600 μmol•m-2•s-1以上时,表观羧化效率也有所减小;在光强和CO2浓度协同作用下,光合速率的响应遵循双底物的米氏方程,在光强和CO2浓度均趋于饱和时,北方粳稻(品种:辽粳294)剑叶的潜在最大光合速率为71.737 8 μmol•m-2•s-1,表观量子效率为0.056 0 μmolCO2•μmol-1 photons,表观羧化效率为0.103 1 μmol•m-2•s-1/μmol•mol-1。气孔导度也随光的增强而增大,对光强的响应规律也可以用Michaelis-Menten曲线模拟,而叶面CO2浓度的提高会使气孔导度减小,气孔导度(Gs)对叶面CO2浓度(Cs)的响应可以用Gs=Gmax,c/(1+Cs/Cs0)的双曲线方程模拟。在光强(PFD)和CO2浓度协同作用下,气孔导度可以用式Gs=Gmax(PFD/PFDc)/[(1+PFD/PFDc)(1+Cs/Cs0)]+Gct估算,当CO2浓度趋于0而光强趋于饱和时,北方粳稻的潜在最大气孔导度(Gmax)为0.670 9 mol•m-2•s-1。在光强和CO2浓度协同作用下,Ball-Berry模型及其修正形式依然能很好地表达气孔导度-光合速率的耦合关系,并且用叶面饱和水汽压差(Ds)修正耦合关系中的相对湿度可以提高模拟精度。  相似文献   

3.
不同尺度上植物叶气孔导度对升高CO2的响应   总被引:6,自引:2,他引:6  
植物叶气孔导度对大气CO2浓度升高的响应可表现在以下几个层面:在叶水平上,叶气孔导度和气孔密度下降;在植物个体水平上,单位叶面积蒸腾下降,植株的水分利用率升高;在生态系统水平上,蒸散降低,土壤泾流和土壤水分含量增加;在全球尺度上,扩大了温室气体的增温效应,同时也降低了全球降雨量增加的趋势。正是因为植物叶气孔导度的变化会影响全球水循环,所以它在全球变化中起着非常重要的作用。但目前的研究结果还不能外推到更大的尺度上去。  相似文献   

4.
最优气孔行为理论和气孔导度模拟   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
气孔调节功能是陆地生态系统碳-水耦合过程中最重要的环节。与即时的气孔导度测量相比, 气孔导度斜率能有效地反映气孔导度对CO2浓度、饱和水汽压亏缺和光合作用的敏感性, 包含了环境因子对光合作用和临界水分利用效率等的综合影响, 为研究全球变化下陆地生态系统碳-水耦合关系提供了一个简明且综合的框架。气孔导度模型从经验模型、半经验模型发展到机理模型, 经过很多学者的改进, 但是模型参数的生物学意义和变化规律还不明确。鉴于气孔导度斜率方面研究的重要性和研究的不足, 为了加强对气孔导度调节规律的认识, 并减少气孔导度模拟的不确定性, 该文主要综述了长期以来国内外关于最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究成果, 其中包括广泛使用的气孔导度模型及参数意义, 讨论影响气孔导度斜率的主要因素以及气孔导度机理模型的应用, 并对最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究做了简单展望。  相似文献   

5.
自从工业革命以来 ,全球气温发生了明显的变化。研究表明 ,2 0世纪 90年代和 2 0世纪分别是近千年来最暖的 10年和世纪。 2 1世纪的全球变暖现象将比 2 0世纪更加明显。目前普遍认为 ,温室效应是造成全球气候变暖的主要原因。气候变暖影响全球生态系统 ,威胁着人类的生存和发展。正确认识植物气孔参数、温室效应及其与大气 CO2 浓度的相关性 ,有助于正确预测全球气候变化的趋势 ,促使人们采取相应的措施 ,促进可持续性发展。1 温室效应及其与大气 CO2 浓度的相关性1.1 温室效应的含义 生活中常见的玻璃花房和塑料薄膜蔬菜大棚就是典型…  相似文献   

6.
羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模拟   总被引:30,自引:1,他引:30       下载免费PDF全文
准确定量描述植物气孔对环境的响应是了解植物光合作用机理、预测植物生产力及其大气-植被-土壤系统中水分和热量交换的关键。利用松嫩平原盐碱化草地羊草光合生理特征的野外观测数据,分析了羊草叶片气孔导度对环境因子的反应,结果表明:羊草叶片气孔导度对环境因子变化敏感,尤其对瞬时光合有效辐射(PAR)、叶片与空气间的水汽压亏损(VPD)和空气温度(Ta)反应十分明显。依据野外实测资料对国际上两类代表性气孔导度  相似文献   

7.
羊草气孔导度的Jarvis-类模型   总被引:2,自引:2,他引:2  
牛海山  旭日  张志诚  陈佐忠 《生态学杂志》2005,24(11):1287-1290
在干旱半干旱气候条件下,土壤水分状况通常是决定植物气孔导度的重要因素,现有气孔导度模型Jarvis-类和耦合模型(或光合-导度模型)未充分考虑这一因素对气孔导度的影响。本文以Jarvis气孔导度模型为基础,提出一个充分考虑土壤水分状况因素的气孔导度模型。该模型对羊草连续两年(1998~1999)野外实地观测结果拟合良好(R2=0.603),预测能力较线性回归方程(R2=0.361)有明显提高。  相似文献   

8.
陆生植物气孔参数与大气CO2浓度变化   总被引:2,自引:0,他引:2  
陆生植物的起源与演化与全球气候和环境的变化密不可分,利用植物气孔参数(气孔密度和气孔指数)来指示或重建古大气CO2浓度变化是近年来全球变化研究的热点之一。就陆生植物气孔参数的研究进行了概述,对研究中存在的问题及其前景作了简要探讨,并对植物生物学方法在定量研究古气候和古环境变化的趋势进行了分析。  相似文献   

9.
在晴天有时有云天,水稻剑叶的最大光合速率出现在午前9:00左右。中午前后,无论光合量子通量(PPF)等于或略低于9:00前后,净光合率(Pn)及Pn/PPF比值均较低。RObi8CO&化活力有明显的日变化,无论以单位面积计算或以该酶蛋白为基数计算,其总活力和初始活力均呈日出前最低,中午最高,傍晚又下降的单峰曲线。中午Pn下降期间,Pn与Ci有极显著正相关,与RObisCO初始活力无相关;而早晚,瞬时人工光照下Pn与Ruisco初始活力呈直线正相关,与Ci呈直线负相关。这表明中午光合下降来自气孔限制,而晚低光合主要由低Rubisco初始活力所致。  相似文献   

10.
气孔参数与大气CO2浓度的相关性及其影响因素   总被引:5,自引:0,他引:5  
通常认为气孔参数(气孔密度和气孔指数)和大气CO2浓度有负相关关系,但不是每种植物的气孔参数都与CO2浓度的变化有负相关关系,气孔参数对大气CO2浓度的显著反应也只在一定的CO2浓度范围内发生。大气CO2浓度是影响气孔参数变化的主要因素,同时温度、水分的供应和光照条件等其它环境因素也影响气孔参数。CO2浓度和光照条件主要影响气孔发生,而其它环境因素主要影响叶片表皮细胞的大小。气孔指数部分消除了表皮细胞大小带来的影响,用气孔指数指示大气CO2浓度比用气孔密度指示更为可靠。  相似文献   

11.
两个品种转基因抗虫棉光合生理的CO2响应   总被引:1,自引:0,他引:1  
栽培环境条件的改变会对转基因作物产生深远影响。以2种不同转基因棉花及其亲本对照为材料,研究了盆栽种植条件下不同棉花品种在蕾期和吐絮期光合生理特性CO2响应特征。结果表明,与各自的常规棉对照比较,两种转基因抗虫棉单叶净光合速率CO2响应的特征参数表观初始羧化效率(CE)、表观暗呼吸速率(Rd)和最大净光合速率(Pmax,c)虽有一定程度的变化,但其差异均未达到显著水平。在高CO2浓度范围内(700μmol.mol-1),转基因抗虫棉单叶净光合速率和水分利用率(WUE)的CO2响应曲线特征发生变化,且与品种及生育时期有关。两种转基因抗虫棉在不同生育时期的气孔导度(Gs)对CO2浓度的响应特征与其常规棉对照相似,短期CO2浓度增高对转基因抗虫棉的气孔导度没有显著性影响。  相似文献   

12.
An elevated atmospheric CO2 concentration ([CO2]) can reduce stomatal conductance of leaves for most plant species, including rice (Oryza sativa L.). However, few studies have quantified seasonal changes in the effects of elevated [CO2] on canopy evapotranspiration, which integrates the response of stomatal conductance of individual leaves with other responses, such as leaf area expansion, changes in leaf surface temperature, and changes in developmental stages, in field conditions. We conducted a field experiment to measure seasonal changes in stomatal conductance of the uppermost leaves and in the evapotranspiration, transpiration, and evaporation rates using a lysimeter method. The study was conducted for flooded rice under open‐air CO2 elevation. Stomatal conductance decreased by 27% under elevated [CO2], averaged throughout the growing season, and evapotranspiration decreased by an average of 5% during the same period. The decrease in daily evapotranspiration caused by elevated [CO2] was more significantly correlated with air temperature and leaf area index (LAI) rather than with other parameters of solar radiation, days after transplanting, vapor‐pressure deficit and FAO reference evapotranspiration. This indicates that higher air temperatures, within the range from 16 to 27 °C, and a larger LAI, within the range from 0 to 4 m2 m?2, can increase the magnitude of the decrease in evapotranspiration rate caused by elevated [CO2]. The crop coefficient (i.e. the evapotranspiration rate divided by the FAO reference evapotranspiration rate) was 1.24 at ambient [CO2] and 1.17 at elevated [CO2]. This study provides the first direct measurement of the effects of elevated [CO2] on rice canopy evapotranspiration under open‐air conditions using the lysimeter method, and the results will improve future predictions of water use in rice fields.  相似文献   

13.
Models of vegetation function are widely used to predict the effects of climate change on carbon, water and nutrient cycles of terrestrial ecosystems, and their feedbacks to climate. Stomatal conductance, the process that governs plant water use and carbon uptake, is fundamental to such models. In this paper, we reconcile two long‐standing theories of stomatal conductance. The empirical approach, which is most commonly used in vegetation models, is phenomenological, based on experimental observations of stomatal behaviour in response to environmental conditions. The optimal approach is based on the theoretical argument that stomata should act to minimize the amount of water used per unit carbon gained. We reconcile these two approaches by showing that the theory of optimal stomatal conductance can be used to derive a model of stomatal conductance that is closely analogous to the empirical models. Consequently, we obtain a unified stomatal model which has a similar form to existing empirical models, but which now provides a theoretical interpretation for model parameter values. The key model parameter, g1, is predicted to increase with growth temperature and with the marginal water cost of carbon gain. The new model is fitted to a range of datasets ranging from tropical to boreal trees. The parameter g1 is shown to vary with growth temperature, as predicted, and also with plant functional type. The model is shown to correctly capture responses of stomatal conductance to changing atmospheric CO2, and thus can be used to test for stomatal acclimation to elevated CO2. The reconciliation of the optimal and empirical approaches to modelling stomatal conductance is important for global change biology because it provides a simple theoretical framework for analyzing, and simulating, the coupling between carbon and water cycles under environmental change.  相似文献   

14.
Evidence is building that stomatal conductance to water vapour (g(s)) can be quite high in the dark in some species. However, it is unclear whether nocturnal opening reflects a mechanistic limitation (i.e. an inability to close at night) or an adaptive response (i.e. promoting water loss for reasons unrelated to carbon gain). Further, it is unclear if stomatal responses to leaf-air vapour pressure difference (D) persist in the dark. We investigated nocturnal stomatal behaviour in castor bean (Ricinus communis L.) by measuring gas exchange and stomatal responses to D in the light and in the dark. Results were compared among eight growth environments [two levels for each of three treatment variables: air saturation deficit (D(a)), light and water availability]. In most plants, stomata remained open and sensitive to D at night. g(s) was typically lower at night than in the day, whereas leaf osmotic pressure (Pi) was higher at night. In well-watered plants grown at low D(a), stomata were less sensitive to D in the dark than in the light, but the reverse was found for plants grown at high D(a). Stomata of droughted plants were less sensitive to D in the dark than in the light regardless of growth D(a). Drought also reduced g(s) and elevated Pi in both the light and the dark, but had variable effects on stomatal sensitivity to D. These results are interpreted with the aid of models of stomatal conductance.  相似文献   

15.
植物气孔导度的环境响应模拟及其尺度扩展   总被引:5,自引:0,他引:5  
气孔导度是衡量植物和大气间水分、能量及CO2平衡和循环的重要指标,探讨气孔导度与环境因子的关系及其模拟,以及气孔导度在叶片、冠层及区域尺度间的尺度转换及累积效应,对更好地认识植被与大气间的水热运移过程,合理评价植被在陆面过程中的地位和作用都具有重要意义。从植物气孔导度与环境因子的关系、气孔导度模拟以及尺度扩展三个方面,对前人的研究成果进行了概括总结。从叶片和冠层两个尺度出发,归纳总结了前人对于不同植物气孔导度与环境因子关系的研究成果,发现由于不同植物的遗传特性、测定时的环境、时间尺度的不同,以及未考虑各个环境因子的相互作用对气孔导度的影响,由此得到的气孔导度与环境因子之间的关系也不尽一致。对各单一环境因子与气孔导度的关系,给出了生理学解释,从根本上说明了环境因子变化对气孔导度的影响,而研究环境因子对气孔导度的综合影响时,应对各环境因子进行系统控制与同步观测。模拟计算植物气孔导度的模型主要有Jarvis模型和BWB模型两类,这些模型的模拟能力随着研究对象、试验区域、环境条件的改变而存在一定的差异,在具体使用时应结合实际情况选择最优模型进行模拟。除上述常用模型外,还总结了其他学者分别从不同角度提出的新的模型,对现有气孔导度模型进行了全面的总结。从叶片-冠层、冠层-区域两个方面归纳总结了前人关于气孔导度尺度扩展的研究成果,发现叶片-冠层的尺度扩展研究较成熟而冠层-区域的尺度扩展在模拟精度的验证方面存在困难。针对以下几个方面提出了今后气孔导度的研究重点:(1)结合研究对象所在的区域及环境条件,选择最优模型进行模拟;(2)综合考虑环境因子之间的相互作用及其对气孔导度的累积影响;(3)BWB模型与光合模型的耦合;(4)提高大尺度范围内的气孔导度模拟精度。  相似文献   

16.
Soybeans were grown at three CO2 concentrations in outdoor growth chambers and at two concentrations in controlled-environment growth chambers to investigate the interactive effects of CO2, temperature and leaf-to-air vapour pressure difference (LAVPD) on stomatal conductance. The decline in stomatal conductance with CO2 was a function of both leaf temperature and LAVPD. In the field measurements, stomatal conductance was more sensitive to LAVPD at low CO2 at 30 °C but not at 35 °C. There was also a direct increase in conductance with temperature, which was greater at the two elevated carbon dioxide concentrations. Environmental growth chamber results showed that the relative stomatal sensitivity to LAVPD decreased with both leaf temperature and CO2. Measurements in the environmental growth chamber were also performed at the opposing CO2, and these experiments indicate that the stomatal sensitivity to LAVPD was determined more by growth CO2 than by measurement CO2. Two models that describe stomatal responses to LAVPD were compared with the outdoor data to evaluate whether these models described adequately the interactive effects of CO2, LAVPD and temperature.  相似文献   

17.
冬小麦叶片气孔导度模型水分响应函数的参数化   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
植物气孔导度模型的水分响应函数用来模拟水分胁迫对气孔导度的影响过程, 是模拟缺水环境下植物与大气间水、碳交换过程的关键算法。水分响应函数包括空气湿度响应函数和土壤湿度(或植物水势)响应函数, 该研究基于田间实验观测, 分析了冬小麦(Triticum aestivum)叶片气孔导度对不同空气饱和差和不同土壤体积含水量或叶水势的响应规律。一个土壤水分梯度的田间处理在中国科学院禹城综合试验站实施, 不同水分胁迫下的冬小麦叶片气体交换过程和气孔导度以及其他的温湿度数据被观测, 同时观测了土壤含水量和叶水势。实验数据表明, 冬小麦叶片气孔导度对空气饱和差的响应呈现双曲线规律, 变化趋势显示大约1 kPa空气饱和差是一个有用的阈值, 在小于1 kPa时, 冬小麦气孔导度对空气饱和差变化反应敏感, 而大于1 kPa后则反应缓慢; 分析土壤体积含水量与中午叶片气孔导度的关系发现, 中午叶片气孔导度随土壤含水量增加大致呈现线性增加趋势, 但在平均土壤体积含水量大于大约25%以后, 气孔导度不再明显增加, 而是维持在较高导度值上下波动; 冬小麦中午叶片水势与相应的气孔导度之间, 随着叶水势的增加, 气孔导度呈现增加趋势。根据冬小麦气孔导度对空气湿度、土壤湿度和叶水势的响应规律, 研究分别采用双曲线和幂指数形式拟合了水汽响应函数, 用三段线性方程拟合了土壤湿度响应函数和植物水势响应函数, 得到的参数可以为模型模拟冬小麦的各类水、热、碳交换过程采用。  相似文献   

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