玉米农田冠层光合参数的多光谱遥感反演

冠层光合参数的准确定量遥感反演是生态系统遥感模型的核心与关键。基于2011年玉米(Zea mays)整个生长发育期的冠层光谱反射率、生态系统CO₂通量、微气象因子以及玉米光合生理生态指标的观测数据, 开展了玉米农田生态系统冠层光合能力(P_max, 最大光合速率)与光合效率(ε_N, 净CO₂通量交换/吸收光合有效辐射(NEE_CO2/APAR); ε_G, 总初级生产力/吸收光合有效辐射(GPP/APAR); α, 表观量子效率)参数的多光谱遥感反演能力评估研究。结果表明, P_max和α在整个生长季呈现单峰型变化趋势, 分别于7月底、8月初达到峰值, 而光合效率参数ε_N和ε_G在玉米营养生长早期数值较高, 随着玉米生长发育迅速降低, 而后呈现单峰型的变化趋势, 峰值出现时间基本与P_max最大值发生时间一致。基于两波段任意组合的遥感植被指数NDVI (normalized difference vegetation index)、RVI (ratio vegetation index)、WDRVI (wide dynamic range vegetation index)、EVI2 (2-band enhanced vegetation index)和CI (chlorophyll index)与玉米冠层4个光合参数的统计分析表明, EVI2对冠层光合效率与光合能力参数的反演与表征效果最佳。研究表明, 多光谱遥感信息对玉米生态系统冠层光合参数的变异具有较强的敏感性, 可以用来监测玉米冠层光合作用的季节动态变化以及准确定量评估作物生产力和生态系统CO₂交换能力。     

Seasonal and interannual variations of ecosystem photosynthetic characteristics in a semi-arid grassland of Northern China

北方半干旱草原生态系统光合参数的季节和年际变异 生态系统表观量子效率(α)、最大光合速率(P_max)和暗呼吸速率(R_d)不仅反映了生态系统水平 光合生理特征,同时也是碳循环模型中光合过程模拟的关键参数。气候和植被因子都会影 响光合参数的季节和年际变异,但二者在光合参数调控过程中的相对贡献和作用途径尚不清晰。本研究基于连续12年(2006–2017)的涡度相关观测数据,分析了内蒙古半干旱典型草原光合参数的季节和年际变化规律;利用回归分析和结构方程模型(SEM)方法明晰了环境和生理调控的作用途径及相对贡献。结果发现,光合参数(α、P_max和R_d)均表现出单峰的季节变化趋势,并呈现明显的年际波动。温度(T_a)和土壤含水量(SWC)的变化共同影响光合参数的季节变化,而SWC主导了其年际变异。α和R_d的变化主要由T_a决定,而Pmax的变化主要受SWC的影响。SEM模型分析表明,除了直接作用外,环境因子主要通过影响冠层水平气孔导度(gc)对光合参数和碳同化生理过程进行调控。此外,叶面积指数对光合参数特别是Pmax的季节和年际变异起主要调控作用。以上结果明确了环境和植被共同决定了生态系统水平光合参数的季节和年际变异,并强调了在水分受限的草原生态系统中,植被生理调控在光合碳同化能力和碳汇功能评估中的重要作用。     

Spectral vegetation indices as the indicator of canopy photosynthetic productivity in a deciduous broadleaf forest

Aims Understanding of the ecophysiological dynamics of forest canopy photosynthesis and its spatial and temporal scaling is crucial for revealing ecological response to climate change. Combined observations and analyses of plant ecophysiology and optical remote sensing would enable us to achieve these studies. In order to examine the utility of spectral vegetation indices (VIs) for assessing ecosystem-level photosynthesis, we investigated the relationships between canopy-scale photosynthetic productivity and canopy spectral reflectance over seasons for 5 years in a cool, temperate deciduous broadleaf forest at 'Takayama' super site in central Japan.Methods Daily photosynthetic capacity was assessed by in situ canopy leaf area index (LAI), (LAI × V cmax [single-leaf photosynthetic capacity]), and the daily maximum rate of gross primary production (GPP max) was estimated by an ecosystem carbon cycle model. We examined five VIs: normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI), green–red vegetation index (GRVI), chlorophyll index (CI) and canopy chlorophyll index (CCI), which were obtained by the in situ measurements of canopy spectral reflectance.Important findings Our in situ observation of leaf and canopy characteristics, which were analyzed by an ecosystem carbon cycling model, revealed that their phenological changes are responsible for seasonal and interannual variations in canopy photosynthesis. Significant correlations were found between the five VIs and canopy photosynthetic capacity over the seasons and years; four of the VIs showed hysteresis-type relationships and only CCI showed rather linear relationship. Among the VIs examined, we applied EVI–GPP max relationship to EVI data obtained by Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer to estimate the temporal and spatial variation in GPP max over central Japan. Our findings would improve the accuracy of satellite-based estimate of forest photosynthetic productivity in fine spatial and temporal resolutions, which are necessary for detecting any response of terrestrial ecosystem to meteorological fluctuations.     

热带季节雨林生态系统净光合作用特征及其影响因子

以西双版纳热带季节雨林生态系统为对象,利用涡度相关系统定量分析了2003-2006年该生态系统光合作用特征及其环境控制因子.结果表明： 2003-2006年西双版纳热带季节雨林生态系统净光合作用年际变化较小,其最大光合速率(P_eco,opt)、昼间呼吸速率(R_eco,d)和表观量子效率(α)平均值分别为-0.813 mg·m^-2·s^-1、0.238 mg·m^-2·s^-1和-0.0023 mg·μmol^-1受气温(T_a)和饱和水汽压差(VPD)等环境因子的交互影响,不同季节生态系统光合作用特征有所差异.雨季的降水量大、气温较高,生态系统的光合能力最强;雾凉季的浓雾为植物提供了部分水分,其光合水平仍较高;干热季气温较高、降水少,T_a和VPD升高,P_eco,opt和α下降.净生态系统CO₂交换主要受>20 ℃的T_a和>1 kPa VPD的影响.     

玉米/花生间作行比和施磷对玉米光合特性的影响

试验于2014—2015年设玉米/花生间作2∶2(R₁)、2∶4(R₂)和2∶8(R₃)三种间作模式,研究了间作行比和施磷对玉米冠层光照日变化、功能叶的SPAD值、光合-光强响应曲线和光合-CO₂响应曲线的影响,以探究间作玉米适应强光的光合机理.结果表明: 间作玉米冠层日均光照表现为R₃>R₂>R₁;大口期至灌浆期,间作玉米穗位叶的SPAD值、表观量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、光饱和时的最大净光合速率(LSP_n)、羧化效率(CE)、最大电子传递速率(J_max)、磷酸丙糖利用率(TPU)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)均表现为R₃>R₂>R₁,胞间CO₂浓度(C_i) 则为R₁>R₂>R₃;蜡熟期R₃间作玉米的AQY、LSP_n、g_s、CE、J_max和TPU均低于R₂间作玉米;施磷能提高AQY、LSP_n、CE、V_{c max}、J_max和TPU等光合参数.这说明间作玉米g_s、AQY、CE、V_{c max}、J_max和TPU随着光强增加逐渐提高是其增强利用强光能力的关键,但超过一定光强易早衰,施磷肥有助于增强玉米对强光的利用和延缓叶片衰老.     

覆膜与滴灌对河套灌区玉米花粒期叶片光合特征的影响

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础,栽培方式和土壤含水量变化显著影响作物的光合作用.灌浆期和乳熟期是玉米花粒期2个重要阶段,是玉米籽粒形成和干物质积累的关键时期.通过大田试验研究了河套灌区不同覆膜方式与滴灌水平对不同生育时期玉米光合特征及产量的影响.结果表明: 灌浆期玉米叶片光合特征在不同处理下无显著差异,乳熟期净光合速率和蒸腾速率在半覆膜(B₂)和全覆膜(Q₂)滴灌水平2(350 mm)处理下均显著高于半覆膜(B₁)和全覆膜(Q₁)滴灌水平1(200 mm),并且B₁和Q₁处理下灌浆期叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率及气孔导度等显著高于乳熟期.不同处理下灌浆期和乳熟期叶片的净光合速率、蒸腾速率,灌浆期的气孔导度以及乳熟期的水分利用效率等在日变化上存在着同步关系,均呈现出倒“U”型的日变化特征,而胞间CO₂浓度则呈现相反的变化趋势.逐步回归分析显示,光合有效辐射、大气温度和空气相对湿度等气象因子是影响玉米叶片光合特征的主要环境因子.此外,B₂和Q₂处理下玉米产量显著高于B₁和Q₁处理(分别增加了29.3%和50.9%),但B₁和Q₁处理间并无显著差异.这表明与覆膜方式相比,滴灌水平对干旱地区玉米产量的影响更大.     

基于产量效应的间作紫花苜蓿/禾本科牧草光能利用特征

为探究紫花苜蓿/禾本科牧草间作下光能利用特性、光能利用诸因素的产量效应及其调控机理,通过2017—2019年3年田间试验,以紫花苜蓿、饲用小黑麦(C3植物)、饲用玉米(C4植物)3种单作模式为对照,研究了紫花苜蓿/小黑麦和紫花苜蓿/玉米两种间作模式下的产量效应、光能利用各因子对产量形成的影响、光能利用特征差异及机理。结果表明: 两种间作模式的土地当量比均大于1,表明两种间作模式的土地利用率都高于单作,均有高于单作的产量效益,且增产潜力较大的是紫花苜蓿/小黑麦间作模式。光能利用各因子对产量的贡献依次是: 叶面积指数(1.531)＞净光合速率(0.882)＞胞间CO₂浓度(0.282)＞蒸腾速率(-0.229)＞冠层开度(-0.291)＞光合有效辐射截获率(-0.681)＞气孔导度(-0.751)。其中,叶面积指数不仅是表征光合能力的重要指标之一,更是以收获营养体为目标的牧草作物产量的重要构成因子,光合特性诸因素中净光合速率是影响产量的主要因子。与单作相比,间作下紫花苜蓿、小黑麦、玉米的净光合速率均存在差异,且表现为相同的规律。间作下净光合速率提高的主要途径为: 小黑麦和玉米通过增强CO₂的羧化固定能力,提高对强光的利用能力,从而提高净光合速率,促进产量增加;而紫花苜蓿则是通过提高功能叶的叶绿素b含量,改变叶绿素构成,增强对光能的收集和传递,从而提高净光合速率,促进其在弱光下光合能力的提高和正常生长。     

胡杨异形叶光合作用对光强与CO2浓度的响应

胡杨(Populus euphratica)叶形多变, 随个体生长发育, 植株出现条形、卵形和锯齿阔卵形叶。在新疆塔里木河上游人工胡杨林内选择具有此3种叶形的成年标准株, 将枝条拉至同一高度, 通过活体测定, 比较其光合作用-光与CO₂响应及叶绿素荧光响应特征。结果表明: 胡杨异形叶光合速率对光强/CO₂浓度与电子传递速率对光强的响应曲线均可用直角双曲线修正模型来拟合, 得出的主要光合参数与实测值较吻合。胡杨卵形叶、锯齿阔卵形叶光合速率-光响应参数与生化参数及快速光响应参数与条形叶差异显著, 而光合速率-CO₂响应参数则无显著差异。胡杨异形叶CO₂饱和浓度下的最大净光合速率(P_nmax)较饱和光强下的P_nmax高, 表明胡杨强光下光合速率在很大程度上受CO₂供应和1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)再生能力的限制。卵形叶、锯齿阔卵形叶的初始量子效率(α)、初始羧化效率(CE)、P_nmax、光合能力(A_max)与最大羧化速率(V_cmax)均显著高于条形叶; 锯齿叶光饱和点(LSP)、最大电子传递速率(ETR_max)与光呼吸速率(R_p)高于卵形叶, 条形叶光补偿点(LCP)与LSP、α、CE最低。表明荒漠干旱环境下胡杨锯齿叶最耐强光, 高R_p可能是其耗散过剩光能、保护光合机构免于强光破坏的重要途径; 卵形叶高的α、CE、磷酸丙糖利用效率(TPU)、PSII实际光化学效率(Φ_PSII)与低LCP及叶氮分配策略是其保持高光合速率的原因; 条形叶Φ_PSII、ETR、P_n低, 因其制造光合产物不足而难以满足树体生长逐渐减少并处于树冠下部。可见, 胡杨条形叶光合效率低、抗逆性差, 主要以维持生长为主; 随着树体长大, 条形叶难以适应荒漠环境来维系其生长, 出现了卵形叶; 卵形叶光合效率高, 易于快速积累光合产物而加快树体生长, 但其LSP低和耐光抑制能力弱, 逐渐被更耐强光、高温与大气干旱的锯齿叶所取代, 从而使胡杨在极端逆境下得以生存, 这是胡杨从幼苗到成年叶形变化及异形叶着生在树冠不同高度的原因。     

Spatial distribution of photosynthetic response to long-term influence of elevated CO2 in a mediterranean macchia mini-ecosystem

During an open-top chamber experiment performed in evergreen ‘macchia’ ecosystem, which was represented by the clumps of natural vegetation dominated by Quercus ilex trees, the trees were exposed to one of two CO₂ concentrations (ambient CO₂, AC-variant and elevated CO₂, i.e. ambient plus 350 μmol CO₂ mol⁻¹, EC-variant) continuously over 5 years. Clumps of natural vegetation were enclosed in open top chambers (OTCs). Within the crowns of investigated Quercus ilex trees in OTCs, two crown layers i.e. sunny (E-leaves) and shaded (S-leaves), were identified as differing in solar radiation environment. To evaluate the effect of elevated CO₂, as well as the functional differentiation in assimilation activity of E- versus S-leaves, gas exchange and chlorophyll fluorescence techniques were used. The stimulatory effect of the long-term elevated CO₂ on the A_N–PPFD relation was evident in E- and S-leaves of investigated Quercus trees. The A_Nmax sensitivity of AC-variant leaves to the sudden application of elevated CO₂ was higher for S-leaves (42%) than for E-leaves (24%). The PPFD saturated rate of regulated thermal energy dissipation (ERD) confirmed the foliage differentiation caused by the long-term influence of elevated CO₂. The ERD of E- and S-leaves in the AC-variant were 1.11 times of that in the EC-variant. However, the estimated rates of photochemistry (ERP) of E- and S-leaves in the EC-variant were 1.35 and 1.22 times of E- and S-leaves in the AC-variant. The achievement of the critical value of q_P=0.4 in E- and S-leaves from the EC-variant under lower values of PPFD compared to the AC-variant indicates a higher degree of PSII over-reduction. Thus, elevated CO₂ can be responsible for an increased susceptibility of photosynthetic apparatus to high irradiance. The obtained results support the hypothesis on the foliage vertical distribution effect on the whole canopy response to elevated CO₂. The S-layers of the canopy can play an important role in providing storage space for photosynthesis under elevated CO₂.     

定向种植对夏玉米群体内光环境及叶片光合性能的影响

为改善玉米群体内光环境,进一步提高玉米单株光合能力以获得高产,本研究以郑单958为试验材料,通过设置种子定向入土方式,研究了定向有序种植条件下群体内光分布特征,以及单株玉米穗位叶花后光合性能,并借助快速叶绿素荧光动力学曲线分析了与叶片光合性能有密切联系的光系统Ⅱ(PSⅡ)的性能特征.结果表明:叶片不同朝向显著改变夏玉米群体内穗位叶处光合有效辐射截获量,朝南处理(S)平均比朝北处理(N)高271.8%.不同朝向的叶片对高光与弱光的利用能力差异显著,朝南处理饱和光强下净光合速率(Pn)显著升高,表明其高光强利用能力显著提升;而朝北处理(N)表观量子效率(α)则随生育期推进显著增加,有利于叶片适应长期弱光环境.生育前期朝南处理PSⅡ电子供体侧和受体侧性能显著提高,进而改善了PSⅡ反应中心性能(PIABS)和荧光光化学淬灭系数(ψo),电子在电子传递链中转移效率(φEo)的提高增强了电子由PSⅡ向光系统Ⅰ(PSⅠ)的传递性能.生育前期叶片性能呈现出朝南>朝东>朝西>朝北的趋势.但成熟末期朝南处理对强光的利用效率显著降低,朝北处理在生育后期表现出较强的弱光利用能力,表观量子效率显著升高,花后40dPn与PSⅡ性能均表现为朝北>朝西>朝东>朝南的趋势.总体上,朝南与朝东处理群体内光环境改善显著,群体穗位层截获光合有效辐射较多,光合能力和干物质生产能力增强,有利于夏玉米产量提高.     

A comparison of measured and calculated net community CO2 exchange: Scaling from leaves to communities

Leaf net photosynthesis is crucial for detecting the mechanism of photosynthesis, whereas community net photosynthesis is useful for understanding the photosynthetic capacity of communities and its relationship with environmental factors. In particular, we need to scale up eco-physiological models from leaf scale to canopy level to study carbon cycling at regional or global scale. We hypothesized that accumulated leaf net photosynthetic rate (P_c) at community scale, i.e., calculated based on leaf net photosynthetic rate (P_n) and leaf area index (LAI), equals to measured net community CO₂ exchange (NCE). The purpose of this study is to verify this hypothesis. Our field study was carried out in Duolun, Nei Mongol, China, where we constructed single-species communities by sowing Medicago sativa ‘Aohan’ seeds in three plots (3 m × 5 m) on May 30, 2012. On August 16, 2014, P_n of five healthy leaves of M. sativa ‘Aohan’ in each plot were measured with a LI-6400 portable photosynthesis system at 10:00, and net ecosystem CO₂ exchange (NEE) in each plot was measured simultaneously with a LI-8100 system connected with a assimilation chamber (0.5 m × 0.5 m × 0.5 m). P_c was calculated based on P_n, number of leaves (n), LAI percentage of healthy leaves (r) and percentage of received effective light by leaves (m). NCE was derived from NEE and ecosystem respiration rate (R_eco). P_c was 3.52 μmol CO₂·m^-2·s^-1, and very close to NCE (3.56 μmol CO₂·m^-2·s^-1), suggesting that leaf-scale photosynthesis may accurately predict community-scale photosynthesis. However, our method could not separate community respiration from soil respiration, and future studies, should be designed to counteract this effect. Scaling up from leaf photosynthesis to community photosynthesis should also consider vertical structure of communities and nonlinear responses of leaf photosynthesis to changes in light quantum.     

不同CO2浓度下番茄幼苗叶片的光能利用效率

光能利用效率(LUE)是评价植物叶片光能利用能力的重要参数,更是影响生态系统生产力大小和质量的主要因素.本文基于植物光合作用对光响应的机理模型推导出植物叶片的光能利用效率模型以及叶片的最大光能利用效率(LUE_max)和对应的饱和光强(I_L-sat)的数学表达式,并用光能利用效率模型研究了番茄幼苗叶片在CO₂浓度分别为350、450、550和650 μmol·mol^-1下的光能利用效率.拟合结果表明: 所推导的叶片光能利用效率模型可以很好地描述4种CO₂浓度条件下番茄幼苗叶片的光能利用效率;在这4种CO₂浓度条件下,番茄的LUE_max在光合有效辐射(I)为70～90 μmol·m^-2·s^-1时就可以达到;番茄在CO₂浓度为550和650 μmol·mol^-1时叶片的LUE_max和I_L-sat没有差异.产生这种现象的原因可能是由于番茄幼苗长时间处于较低光强下,番茄幼苗叶片的光合功能已经适应了低光强环境,以致于高CO₂浓度难以改变它的捕光色素分子的内秉特性,如有效光能吸收截面以及处于激发态和基态色素的比例等.     

不同CO2浓度下番茄幼苗叶片的光能利用效率

光能利用效率(LUE)是评价植物叶片光能利用能力的重要参数,更是影响生态系统生产力大小和质量的主要因素.本文基于植物光合作用对光响应的机理模型推导出植物叶片的光能利用效率模型以及叶片的最大光能利用效率(LUE_max)和对应的饱和光强(I_L-sat)的数学表达式,并用光能利用效率模型研究了番茄幼苗叶片在CO₂浓度分别为350、450、550和650 μmol·mol^-1下的光能利用效率.拟合结果表明: 所推导的叶片光能利用效率模型可以很好地描述4种CO₂浓度条件下番茄幼苗叶片的光能利用效率;在这4种CO₂浓度条件下,番茄的LUE_max在光合有效辐射(I)为70～90 μmol·m^-2·s^-1时就可以达到;番茄在CO₂浓度为550和650 μmol·mol^-1时叶片的LUE_max和I_L-sat没有差异.产生这种现象的原因可能是由于番茄幼苗长时间处于较低光强下,番茄幼苗叶片的光合功能已经适应了低光强环境,以致于高CO₂浓度难以改变它的捕光色素分子的内秉特性,如有效光能吸收截面以及处于激发态和基态色素的比例等.     

叶片和群落尺度净光合速率关系的探讨

叶片净光合速率(P_n)是研究光合作用机理的基本尺度; 而群落净光合速率(P_c)是研究群落光合能力及其与外部环境因子间关系的更好尺度, 特别是区域乃至全球尺度碳循环的研究, 需要将叶片尺度的生理生态模型扩展到冠层尺度。理论上, 群落内所有叶片的累积P_n与实测群落净气体交换速率(NCE)是相等的, 但在野外实际观测中, 两者之间的相互关系目前尚未见报道。该文选取敖汉苜蓿(Medicago sativa ‘Aohan’)人工草地, 采用美国LI-COR公司生产的便携式光合测定系统LI-6400测定P_n, 结合叶面积指数等参数推算P_c, 利用LI-8100连接同化箱测定生态系统净气体交换速率(NEE), 加上土壤呼吸速率, 得到NCE。结果表明: P_c为3.52 μmol CO₂·m^-2·s^-1, 与实测NCE (3.56 μmol CO₂·m^-2·s^-1)基本相等。这表明: 可利用P_n, 结合叶面积指数、群落叶片数目、健康叶片比例和群落可接收有效光照的平均比例等4个关键参数, 准确地换算P_c。然而, 利用同化箱式法测定群落呼吸速率时, 不可避免地会包含土壤呼吸, 所以在观测NCE时, 需要同时测定土壤呼吸。此外, 在冠层模型中, 群落垂直结构和光量子的非线性响应不可忽视。     

Construction of CO2-response model of electron transport rate in C4 crop and its application

准确估算光合电子流对CO₂响应的变化趋势对深入了解光合过程具有重要意义。该研究在植物光合作用对CO₂响应新模型(模型I)的基础上构建了电子传递速率(J)对CO₂的响应模型(模型II), 并对用LI-6400-40便携式光合仪测量的玉米(Zea mays)和千穗谷(Amaranthus hypochondriacus)的数据进行了拟合。结果表明, 模型II可以很好地拟合玉米和千穗谷叶片J对CO₂浓度的响应曲线(J-C_a曲线), 得到玉米和千穗谷的最大电子传递速率分别为262.41和393.07 mmol·m ^-2·s ^-1, 与估算值相符合。在此基础上, 对光合电子流分配到其他路径进行了探讨。结果显示, 380 mmol·mol ^-1 CO₂浓度下玉米和千穗谷碳同化所需的电子流为247.92和285.16 mmol·m ^-2·s ^-1, 分配到其他途径的光合电子流为14.49和107.91 mmol·m ^-2·s ^-1(考虑植物CO₂的回收利用)。比较两种植物的其他途径光合电子流分配值发现, 两者相差6倍之多。分析认为这与千穗谷和玉米的催化脱羧反应酶种类以及脱羧反应发生的部位不同密切相关。该发现为人们研究C₄植物中烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸苹果酸酶型和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸苹果酸酶型两种亚型之间的差异提供了一个新的视角。此外, 构建的电子传递速率对CO₂的响应模型为人们研究C₄植物的光合电子流的变化规律提供了一个可供选择的数学工具。     

落叶阔叶林冠层光合有效辐射分量的遥感模拟与分析

冠层绿色叶片(光合组分)的光合有效辐射分量(绿色FPAR)真实地反映了植被与外界进行物质和能量交换的能力,获取冠层光合组分吸收的太阳光合有效辐射,对生态系统生产力的遥感估算精度的提高具有重要的意义。研究以落叶阔叶林为例,基于SAIL模型模拟森林冠层光合组分和非光合组分吸收的光合有效辐射,研究冠层FPAR变化规律以及与植被指数的相关关系。结果表明,冠层结构的改变会影响冠层对PAR的吸收能力,冠层绿色FPAR的大小与植被面积指数及光合组分面积比相关;在高覆盖度植被区,冠层绿色FPAR占冠层总FPAR的80%以上,非光合组分的贡献较小,但在低植被覆盖区,当光合组分和非光合组分面积相同时,绿色FPAR不及冠层总FPAR的50%;相比于NDVI,北方落叶阔叶林冠层EVI与绿色FPAR存在更为显著的线性相关关系(R~20.99)。     

高浓度CO2与磷浓度对葛仙米生长和光合作用的耦合效应

在不同CO₂(400和2000 ppm)和磷浓度下(0.088—0.350 mmol/L)培养葛仙米(拟球状念珠藻, Nostoc sphaeroides Kutzing), 研究CO₂和磷对葛仙米相对生长速率、色素含量、光系统Ⅱ光化学活性和光合速率等的影响。结果显示CO₂或磷浓度对葛仙米的相对生长速率、球体粒径和数量、光饱和光合速率、呼吸速率和光合效率均有显著影响, 且两者对球体粒径和数量、叶绿素a含量、呼吸速率和光合效率存在明显交互作用。高CO₂浓度培养明显提高磷对球体粒径和数量和光合效率的效应, 同时降低高磷浓度对叶绿素a合成的抑制作用, 但两者对相对生长速率、藻胆蛋白含量、光饱和光合速率、F_v/F_m和Yield的交互作用均不显著。以上研究结果表明高CO₂浓度或磷浓度增加促进葛仙米生长主要是通过提高光合速率和光合效率来实现; 两者交互作用表明高CO₂浓度可能通过提升磷的利用效率, 降低高磷浓度对叶绿素a合成的抑制, 提高光合效率, 使球体明显增大。     

不同CO2浓度下大豆叶片的光合生理生态特性

CO₂是光合作用的原料和底物,影响着光合作用的进程和光合产物的数量.利用Li-6400-40B同时测量大豆叶片在不同CO₂浓度(300、400、500和600 μmol·mol^-1)下的光合电子传递速率和光合作用对光的响应曲线,并用构建的光合作用对光响应机理模型拟合这些光响应曲线,获得大豆叶片一系列的光合参数、生理生态参数和捕光色素分子的物理参数.结果表明: 电子利用效率、最大电子传递速率和最大净光合速率随CO₂浓度的升高而增加;光补偿点和暗呼吸速率随CO₂浓度的升高而下降;光能利用效率和内禀(瞬时)水分利用效率随CO₂浓度的升高而增加,不同CO₂浓度下的最大光能利用效率和最大内禀(瞬时)水分利用效率之间存在显著差异,但不同CO₂浓度下的最大羧化效率的差异不显著.CO₂浓度的大小对光合作用中原初光反应存在一定程度的影响,即高CO₂浓度有利于减小捕光色素分子处于最低激发态的最小平均寿命,以提高光能传递的速度及增加大豆光合电子流的利用效率.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO₂通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO₂通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明: 冬小麦整个生育期内NEE为-360.15 g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO₂通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO₂·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO₂·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92 g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.     

华北平原冬小麦农田生态系统CO_2通量特征及其影响因素

利用2014—2015年中国科学院封丘农业生态实验站涡度相关系统观测的冬小麦农田生态系统CO_2通量数据,结合试验地常规气象观测系统的气象数据,分析冬小麦4个生育期(分蘖期、越冬期、拔节期和灌浆期)内CO_2通量的日变化,研究净生态系统碳交换(NEE)的季节变化及其与气象要素的关系.结果表明:冬小麦整个生育期内NEE为-360.15g C·m^-2,总初级生产力总量为1920.01 g C·m^-2,冬小麦农田生态系统具有较强的固碳能力.冬小麦农田生态系统CO_2通量具有明显的日变化和季节变化特征,分蘖期表现为碳源,越冬期、拔节期和灌浆期表现为碳汇.表观初始光能利用率平均值为0.03 mg CO_2·μmol^-1,光饱和时的生态系统生产量平均值为1.53 mg CO_2·m^-2·s^-1,月平均生态系统呼吸为193.92g C·m^-2·month^-1.冬小麦农田生态系统4个生育期NEE与光合有效辐射的相关关系均达到极显著水平.分蘖期、拔节期和灌浆期NEE与饱和水汽压差的相关关系极显著,越冬期达显著水平.冬小麦分蘖期、越冬期和灌浆期NEE日总量与土壤温度呈正相关,拔节期呈负相关关系.