超高产小麦冠层光辐射特征的研究

在超高产栽培条件下,对多穗型小麦品种豫麦49的冠层光辐射特征进行了研究.结果表明,豫麦49叶面积指数 LAI 全生育期变化为单峰曲线,由越冬期开始逐渐增大,于开花期达最大值,之后下降.开花后D2 基本苗为150×104株/hm2 处理绿叶面积保持时间较长.其叶片分布 LD 处理间存在显著差异,但以D2处理的LD较为合理.各时期处理间平均叶倾角 MFIA 均为高密度的大于低密度的,返青以前不同处理间的差异较小,拔节以后差异增大,灌浆后期各处理MFIA均有减小趋势.消光系数 K 随天顶角增大而增大,D2处理冠层消光系数适中,且分配较优.冠层直射辐射透过系数 TR 随天顶角增大逐渐减小,开花期各处理之间差异显著,灌浆中期各处理之间差异减小.D2处理因其产量三因素协调而产量显著高于其它处理.综合以上结果可知,豫麦49在超高产条件下以D2处理的冠层结构最优,表现为LAI大小适中,叶片分布均匀,冠层消光系数分布合理,光能利用率较高.     

地面覆盖对皮叶两用杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.)林冠层辐射能分布的影响

通过在杜仲林地种植白三叶草、覆膜和覆秸秆,研究了地面覆盖对8a生皮叶两用杜仲林冠层光能分布的影响.结果表明:地面种植白三叶草、覆膜、覆秸秆和不覆盖条件下,林冠中部的总辐射分别比林冠表面降低了18.8%、20.0%、17.1%、17 1%;在林冠层,不同地面覆盖的林冠下表面接受的地面反射辐射差异较大,种植白三叶草、覆膜和覆秸秆的林冠下表面接收的反射辐射分别较地面无覆盖的高42.8%、56.4%和8.1%,且林冠中部接受的地面反射辐射明显低于林冠下表面;种植白三叶草、覆膜和覆秸秆的林冠中部的净辐射能分别较地面无覆盖的高14.4%、18.5%和5.6%.不同覆盖处理的冠层净辐射垂直分布趋势基本一致,在冠层范围内,净辐射能随高度升高呈指数规律增大.     

冠层光能利用效率改良的理论、分子途径及展望

当前作物的冠层光合效率仅仅是理论冠层光能利用效率的30%甚至更低,提高冠层光能利用效率是未来高光效改良的关键。由于冠层内部光环境和叶片生理状态的巨大差异,三维冠层光合模型是解析控制冠层光合效率的关键因子的重要理论手段。通过光合系统生物学手段,目前一系列提高光线、CO_2供给及改良光合器官效率的手段已经得以明确。在不同作物中,确立改良冠层光合效率的有效途径、建立实现高光效的有效分子模块及其组合方式、建立分子改造的分子工具包及设计工具是当前冠层光合效率研究的核心内容。     

植物气孔扩散传导率的研究

本文对生长在可控环境温室中的花生气孔扩散传导率进行了实验研究,揭示了单个植株之间、上下表面之间、叶片不同部位以及冠层垂直方向上气孔扩散传导率的变异性。同时以气孔扩散传导率与环境条件的测定值为基础,对传导率对环境因子的反应进行了分析,植株顶部叶片气孔扩散传导率与太阳总辐射和空气饱和差有关系;冠层传导率与冠层截留辐射和空气饱和差有相关关系。     

植物气孔扩散传导率的研究(以花生为例)

本文对生长在可控环境温室中的花生气孔扩散传导率进行了实验研究,揭示了单个植株之间、上下表面之间、叶片不同部位以及冠层垂直方向上气孔扩散传导率的变异性。同时以气孔扩散传导率与环境条件的测定值为基础,对传导率对环境因子的反应进行了分析,植株顶部叶片气孔扩散传导率与太阳总辐射和空气饱和差有关系;冠层传导率与冠层截留辐射和空气饱和差有相关关系。     

基于可见光遥感的苎麻种质资源冠层性状研究

无人机近空遥感技术可快速实时掌握农田信息,在农作物田间监测中发挥日益重要的作用。本研究使用无人机可见光遥感平台,获取苎麻冠层航拍图像,通过图像处理获得苎麻种质资源冠层图像特征值,结合各苎麻种质资源生长性状,研究26份苎麻种质资源冠层图像性状差异。结果表明,使用HSV色彩空阈值分割可有效将苎麻与土壤杂草分割;26份苎麻资源6个表型性状变异系数分布在11.00%~40.00%之间,多样性指数分布在1.08~1.58之间;26份苎麻资源15个冠层颜色、纹理性状变异系数分布在0.28%~48.09%之间,多样性指数分布在1.25~1.54之间,表明试验苎麻种质资源具有丰富变异和广泛多样性。15个冠层颜色纹理性状主成分分析得到2个主成分,累计贡献率达到95.10%,可有效反映各性状的主要信息。     

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     

玉米冠层内不同层次对光能利用的差异性

将玉米冠层分为上、中、下3个层次,分析其不同层次对光能利用的规律.结果表明:整个冠层吸收的光合有效辐射(RAR)占总入射的87.7%,其冠层的中、上层吸收比例达到75%;冠层不同层次在可见光范围内的吸收率是上层＞中层＞下层;上、中、下3层叶温日变化规律一致,不同层次的差异主要是与冠层内的小气候有关;非光化学猝灭系数(qN)与叶温、光化学猝灭系数(qp)与光合速率(Pn)的变化趋势一致;用于光化学反应的能量与用于热能转化的能量呈此消彼长的趋势.     

开放式空气CO2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO2 浓度增高 (FACE)系统平台 ,于2 0 0 1年 8月 2 6日至 10月 13日 (水稻抽穗至成熟期 )进行水稻作物冠层微气候连续观测 ,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响 .结果表明 ,FACE降低了水稻叶片的气孔导度 ,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片 ,生长前期大于生长后期 .FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高 ,这种差异生长前期大于生长后期 ;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显 .在水稻旺盛生长的抽穗开花期 ,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高 1.2℃ ;从开花至成熟期 ,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高 0 .4 3℃ .FACE对冠层空气温度也有影响 ,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照 ,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部 ;冠层中部空气温度FACE与对照的差异 (Tface-Tambient)日最大值在 0 .4 7～ 1.2℃之间 ,而冠层顶部的Tface-Tambient日最大值在 0 .37～ 0 .8℃之间 .夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大 ,变化在± 0 .3℃之内 .而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响 ,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低 ,从而削弱了植株的蒸腾降温作用 ,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高 ,改变了整个水稻冠层的温度环     

开放式空气CO2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO₂浓度增高(FACE)系统平台,于2001年8月26日至10月13日(水稻抽穗至成熟期)进行水稻作物冠层微气候连续观测,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响.结果表明,FACE降低了水稻叶片的气孔导度,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片,生长前期大于生长后期.FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高,这种差异生长前期大于生长后期;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显.在水稻旺盛生长的抽穗开花期,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高1.2℃;从开花至成熟期,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高0.43℃.FACE对冠层空气温度也有影响,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部;冠层中部空气温度FACE与对照的差异(T_face-T_ambient)日最大值在0.47～1.2℃之间,而冠层顶部的T_face-T_ambient日最大值在0.37～0.8℃之间.夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大,变化在±0.3℃之内.而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低,从而削弱了植株的蒸腾降温作用,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高,改变了整个水稻冠层的温度环     

Partitioning of solar and net irradiance in mixed and chamise chaparral in southern California

Summary The partitioning of solar and net total irradiances between the canopy and soil was measured in mixed and chamise chaparral in southern California. The solar and net total irradiance absorbed within the canopy was a relatively constant fraction throughout the year. Variations can be explained by the changing path length of the solar beam as the solar altitude varies. The increased fraction of solar irradiance in winter, combined with the lower incident solar irradiance, produced a wide fluctuation of solar irradiance at the soil surface through the year. Although incoming solar irradiance on the bare soil surface is less on the north-facing slope than on the south-facing slope, the absorption of solar irradiance is greater in the canopy of the mixed chaparral on the north-facing slope because greater leaf and stem area has developed.     

关于日本扁柏人工林光能利用效率的研究（I）——群落生产结构与现存量、生长量和光能利用效率

本研究用相关生长法与分层割取法相结合测定的21年生日本扁柏人工林的现存量为160t／ha,生长量为16.5t／ha·a,净光能利用率为0.64%。在日本福岡地区这样的光能利用率不算高。根据各层的干物质重与D2·H的相关生长关系计算了各部分的垂直分布。以太阳能多点测定计测算了林冠上部和林冠内各层太阳辐射量的季节变化。绘制了生产结构图。通过对林冠各部位叶的测定,证明了充分郁闭的日本扁柏林同日本柳杉林一样,可以区分为圆锥形、圆柱形树冠。其叶面积数和叶量密度分别为：35±5cm2／g,495g／m3;45±5cm2／g,222g／m3。以材积解析和群落生产结构、光能分布为依据论述了生产结构对光能利用的限制。     

Daylight spectra (400–740 nm) beneath sunny,blue skies in Tasmania,and the effect of a forest canopy

Abstract The photosynthetically active radiation (PAR) incident on a horizontal surface at an open mountain site is positively correlated with solar altitude for sunny, blue sky conditions. The proportion of red light in PAR decreases with increasing solar altitude, while that of blue increases. These results are consistent with the wavelength dependency of Rayleigh and Mie scattering. The ratio of near infrared radiation to PAR decreases with increasing solar altitude towards solar noon and with decreasing solar altitude towards sunset. Thus surface reflection seems to be an important part of the light climate. The relative transmission of daylight through a forest canopy to a horizontal surface is not correlated with solar altitude for sunny, blue sky conditions at a mountain site. The amount of diffuse daylight is negatively correlated with per cent canopy interception, and the amount of direct sunlight is negatively correlated with per cent solar track interception. Daylength is negatively correlated with both canopy and solar track interceptions. The proportion of red light in PAR increases with increasing solar altitude, while that of blue decreases. These results are opposite those for the open site and are due to the spatial patterns of canopy obstruction of the sky vault, and of the spectral quality of daylight across the sky. The ratio of near infrared radiation to PAR in shadelight increases with increasing canopy interception due to the selective scattering properties of the canopy. The ratio for shadelight is positively correlated with the ratio for sunflecks.     

鹤山南亚热带草坡生态系统的太阳辐射能环境

本文以鹤山丘陵综合试验站草坡为研究对象,分析了鹤山南亚热带草坡多年的辐射能环境．揭示了辐射与环境的关系,主要结果如下：１．全年抵达草坡的太阳总辐射约４７７５．２ＭＪｍ－２ａ－１,其中直接辐射为３１３４．１ＭＪｍ－２ａ－１,散射辐射为１４４１．１ＭＪｍ－２ａ－１．它们受太阳高度角、云量、大气透明系数和大气光学特性的影响较大．２．太阳总辐射、直射的月变化呈双峰曲线,５月和８月为峰值,２月和６月为谷值．３．全年草坡的反射辐射量为８２２．５ＭＪｍ－２ａ－１．群落的年均反射率为１７．２％,其月变化因入射光特性和群落的发育状况的不同而变化．４．草坡的净辐射力２９１５．６ＭＪｍ－２ａ－１,占总辐射的６１．１％．其最大值出现在５月,为３８０．２ＭＪｍ－２ａ－１,最低值出现在２月,为１２９．３ＭＪｍ－２ａ－１,７－９月比较稳定且值相对较高．５．群落发育成熟后,其对太阳辐射的截获能力很强．其透射率仅１７．２％,其冠层截获率为６５．４％．     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米(Zea mays)不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数玉米冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了玉米不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了三者与玉米叶面积指数和降雨强度的关系,阐明了玉米冠下穿透雨的空间分布特征。结果表明:玉米冠下穿透雨量占冠上总降雨量比例为30.97%—94.02%,平均为63.92%;茎秆流量占降雨量比例的变化范围为5.68%—75.70%,平均为35.28%;冠层截留量在其全生育期内变化范围为0.02—0.43 mm,平均为0.16 mm,所占总降雨量比例最大仅为1%。随玉米生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。穿透雨与茎秆流呈现此消彼长的关系,其中穿透雨率平均由93.55%降至36.23%;茎秆流率平均由5.98%增加至70.42%。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是二者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著(P0.05)。随着玉米生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,使降雨经过冠层后趋于向行中汇集,但在玉米生长后期,集中于行中的穿透雨量也因叶片衰败而随之降低。揭示了玉米对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用、农田生态水文过程机理和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

海岸带复合梨园的光能分布与利用规律

采用方格法和分层法相结合的技术对江苏省如东县棉花原种场林网保护区内13年生梨园的树冠结构特征和光能分布与利用规律进行了系统研究。结果表明:梨树叶幕光能分布状况直接受叶面积系数、树冠结构、太阳位置及光强的影响。各层叶幕中的光合有效辐射(PAR)分布随自然光照条件的变化而改变,其日平均透光率大小和PAR日变化范围均从叶幕外围向内膛随累积叶面积系数(LAI)的增加而减弱;不同生长时期及不同天气变化下树冠光能分布存在明显的差异性;树冠结构与累积LAI对PAR的分布及利用率具有决定性的影响。在生产实践中,通过密度调控、整形修剪等农业技术措施,维持成年梨园盛果期高效光合生产的叶幕厚度在2.5m以上,有效LAI为4左右,是增强梨树光合生产能力、提高产量和品质的有效措施。     

Canopy structure in a temperate old-growth evergreen forest analyzed by using aerial photographs

We used aerial photographs to create a digital elevation model of the canopy surface of a 10-ha study area in a temperate old-growth evergreen forest. A topographic map of the ground surface in a 4-ha permanent plot within the study area was also drawn from ground measurements. The difference between the two elevation values (i.e., canopy surface – ground surface) at each point in a 5-m grid was considered to be the canopy height, and a canopy height profile was constructed from these data. The canopy structure in the 4-ha plot that was estimated in this way was compared with that obtained by two ground observation methods, i.e., the canopy (vegetation) height profile method and the canopy coverage census method. Large gaps were adequately detected by the aerial photograph method, but small gaps were less often detected. Gap size distribution obtained by the aerial photograph method was similar to that observed on the ground, and was a function of gap depth. This study indicates that if a detailed topographic map can be made, the canopy height profile derived from aerial photography can be effective in analyzing the canopy structure of evergreen forests, such as tropical rain forests, over large areas.     

粤北山地常绿阔叶林自然干扰后冠层结构与林下光照动态

以粤北车八岭2008年受冰灾破坏的山地常绿阔叶林为研究对象,设置2 hm2固定样地开展连续3a(2008—2010年)的群落调查,并采用半球面影像技术(Hemispherical photography)获取冠层结构和林下光照指标,分析灾后森林演替过程中冠层结构和林下光照的动态。研究发现:1)灾后森林恢复过程中,样地林下光照(直射光、散射光和总光照)均随林冠开度的减少、叶面积指数的增加而减少;2)从2008到2010年,各年度冠层结构和林下光照的差异均极显著(P<0.0001),但年间差异程度有逐年减少的趋势;3)灾后森林恢复前3a,林下直射光对林下总光照的贡献大于散射光,其时空波动性也大于散射光;4)林冠开度对冠层结构的反映程度比叶面积指数高,冠层结构对林下散射光的影响比对直射光大。灾后林木先是迅速生长然后生长速度缓慢下来并逐渐稳定,随森林逐渐郁闭林下光照也随之减少,其中林冠开度用于评价冠层结构动态的效果更佳,林下直射光比散射光的时空变化更复杂。     

Ground monitoring the light–shadow windows of a tree canopy to yield canopy light interception and morphological traits

Monitoring the light–shadow windows of a tree via a grid system on the ground was performed on sunny summer days at high spatial resolution using a custom‐built, inexpensive scanner. The measurements were taken with two goals: (1) to quickly and remotely quantify the overall, short‐wave solar radiation (300–1100 nm) intercepted by the tree canopy, and (2) to yield such crown geometric traits as shape, size and the number of theoretical canopy leaf layers (leaf layer index, LLI) in relation to the section orthogonal to sunbeam direction (sun window). The ground readings at each measurement over the day were used to project a digitized shadow image. Image processing was applied and the intercepted radiation was calculated as the difference from the corresponding incoming radiation above the canopy. Tree‐crown size and shape were profiled via computer imaging by analysing the different shadow images acquired at the various solar positions during the day. It is notable that these combined images yielded the crown features without having to parameterize such canopy characteristics as foliage extension and spatial distribution.