基于植物冠层分析仪单线多角度测量的叶面积指数与叶倾角分布关系

叶面积指数(LAI)和叶倾角分布(LAD)作为研究植被冠层结构的重要参数,二者间存在一定的定量关系。以白桦(Betula platyphylla)纯林为研究对象,基于单线多角度观测结果、Norman和Campbell线性最小二乘反演技术(NC技术)以及Compbell模型三者结合,分析LAI和LAD间的定量关系。NC技术能很好地反演叶倾角分布,对实测的叶倾角分布的解释能力达90%以上;根据NC技术计算得到的叶倾角概率密度较实际偏大,Campbell模型模拟结果则偏小,尤其在[0°,10°]区间内;2种技术存在一种互补关系,而2种技术计算得到的结果取平均时,对实测叶倾角分布的解释能力得到一定提高,达96%以上;此外,多角度测量中利用NC技术反演时,叶倾角分布区间个数一般以取观测太阳天顶角个数的1/2为最佳。本研究为LAI和LAD的间接测量提供了方法,同时为大范围的LAI测量提供了验证手段,也为定量遥感模型参数优化提供了理论依据。     

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.     

椭圆分布函数模拟水稻冠层叶倾角分布

利用双参数椭圆分布函数,结合Powell法寻优,对水稻冠层叶倾角分布进行模拟,并与实测值进行比较,取得了较为满意的结果。     

人工同龄纯林冠层辐射场模拟模型II 应用与验证

 应用建立的人工同龄林辐射场模型对杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林冠层辐射场进行了模拟,以实测的冠层辐射数据对模型进行了验证,对模型的不确定性以及叶面积密度和叶片散射的影响进行了计算和分析。结果表明,模拟和实测辐射场及日总量无显著差异,所建模型适于对杉木人工林冠层辐射的模拟。模型可能的误差来源包括树冠形状的不规则性、树冠大小和高低的不一致性、叶片在小范围内的簇生性等。考虑二维叶面积密度（LAD）分布的模拟结果优于平均LAD。叶片的散射辐射约占总辐射的3％～11％,且越靠近树冠里层     

人工同龄纯林冠层辐射场模拟模型 II.应用与验证

应用建立的人工同龄林辐射场模型对杉木 (Cunninghamialanceolata)人工林冠层辐射场进行了模拟 ,以实测的冠层辐射数据对模型进行了验证 ,对模型的不确定性以及叶面积密度和叶片散射的影响进行了计算和分析。结果表明 ,模拟和实测辐射场及日总量无显著差异 ,所建模型适于对杉木人工林冠层辐射的模拟。模型可能的误差来源包括树冠形状的不规则性、树冠大小和高低的不一致性、叶片在小范围内的簇生性等。考虑二维叶面积密度 (LAD)分布的模拟结果优于平均LAD。叶片的散射辐射约占总辐射的 3%～ 11%,且越靠近树冠里层和下部 ,散射作用越大。     

美国黑核桃实生苗生态生理过程对环境因素响应的数值模拟(Ⅲ):植株冠层光合作用数理模型

以1-2年生北加州黑核桃为试材,建立了具有较高分辨能力的植株群体结构、光分布模型和冠层光合作用模型．将植株冠层按叶面积指数划分为若干层次。上下层之间水平面上太阳辐照度按Monsi＆Saeki所提出的指数递减规律分布．冠层内太阳散射光的消光系数由冠层结构决定,而直射光的消光系数则决定于冠层结构与太阳在天空的位置．在同一层次。将叶片的叶倾角划分为6个等级。将叶片的水平位置划分为8个方位．设同一层次中水平面上的太阳辐照度相同。某一方位角和叶倾角的叶面的直接辐射由太阳视运动方程决定．以此为基础,分别计算“光斑区”和“遮荫区”内叶片的光合速率,并通过数值积分计算整个冠层的光合速率及光合日总量．用田间实测资料验证了冠层内太阳辐射分布模型和冠层光合作用模型．敏感性试验分析表明。模型对环境因子和生物学因素有良好的响应．     

SunScan冠层分析仪在测量大豆叶面积指数中的应用

SunScan冠层分析仪是一种利用间接测量法观测叶面积指数(LAI)的仪器,通过给定反映植被几何特征的椭球体叶倾角分布参数(ELADP),测量透射率获得LAI.于2005、2006年在黑龙江省嫩江县鹤山农场布设大豆试验地,通过比较LI-3100叶面积仪直接测量的LAI和SunSean冠层分析仪间接测量的LAI,得出ELADP率定结果,并验证了SunScan冠层分析仪测量LAI的精度.结果表明:用SunScan测量大豆冠层LAI时,ELADP取值为4.0;设定该参数后,SunSean测量的LAI与LI-3100测量结果一致,二者拟合的线性回归方程显著;随生长季叶面积的变化,SunScan测量误差略有变化;播种后50～85 d,Sun-Scan观测值偏低7.2%,播种96 d以后观测值偏高12.5%,播种后85～96 d与LI-3100观测值十分接近,误差只有2.0%;经过参数率定后的SunScan测量LAI效果较好.     

基于PROSAIL辐射传输模型的毛竹林分冠层反射率模拟研究

冠层光谱反射率直接关系到毛竹（Phyllostachys pubescens Mazel）林冠层参数的反演,对毛竹林地土壤肥力间接估测具有重要意义。以PROSPECT5、PROSAIL模型为基础,从叶片尺度和冠层尺度分析模型参数对叶片和冠层反射率的影响,构建毛竹冠层叶面积指数（LAI）-冠层反射率查找表并通过代价函数选取最优冠层反射率,从而实现毛竹林分冠层反射率的准确模拟。结果表明,在叶片尺度,PROSPECT模型参数敏感性从高到低依次为叶肉结构参数（N） > 叶绿素含量（C_ab） > 等效水厚度（EWT） > 干物质含量（C_m） > 类胡萝卜素含量（C_ar）;在冠层尺度,PROSAIL模型参数敏感性从高到低依次为LAI > C_ab > EWT > C_m > N > C_ar > ALA（平均叶倾角）;叶片尺度反射率整体大于冠层尺度反射率;在400~900 nm波长范围内,PROSAIL模型模拟的冠层光谱反射率与实测光谱反射率拟合效果较好,相对误差为6.71%。     

阔叶红松林6种阔叶树单个叶片叶面积和叶干质量的垂直变异及模型构建

快捷、准确地测定植物叶片尺度上的叶面积(LA)和叶干质量(LDM)对于探讨植物性状对气候变化的响应机制至关重要,但适于测定区域尺度上不同阔叶植物单个叶片LA和LDM的经验模型尚未提出.本研究以中国东北4个分布区阔叶红松林内的白桦、紫椴、山杨、枫桦、水曲柳和裂叶榆6种阔叶树种为研究对象,分别测定其不同冠层高度(上层、中层和下层)叶片的叶长、叶宽、叶厚、LA及LDM.以叶长与叶宽之比(叶长宽比)的中位数为标准将6种阔叶树分为两组,检验每组树种不同冠层高度对构建预测LA和LDM的经验模型是否存在显著影响;构建适于预测区域尺度上不同冠层单个叶片LA和LDM的经验模型,验证其预测精度;并进一步评估构建的经验模型预测其他区域相同阔叶树种LA和LDM的适用性.结果表明: 整体上6种阔叶树单个叶片的LA随冠层高度的降低呈显著增大趋势,而部分树种的LDM呈下降趋势;冠层高度对构建预测LA和LDM的经验模型具有显著影响;构建的经验模型预测两组阔叶树种不同冠层单个叶片LA和LDM的平均精度分别为95%和83%,且基于这些模型预测其他区域相应树种LA和LDM的平均精度分别为94%和80%,表明本研究构建的经验模型在我国东北区域具有普遍适用性.     

施氮对半湿润农田冬小麦冠层叶片氮素含量和叶绿素相对值垂直分布的影响

选用半湿润地区土垫旱耕人为土和冬小麦品种‘小偃22’,通过田间试验研究了在不同施氮水平下冬小麦不同生育期冠层叶片含氮量、叶绿素相对值的垂直分布规律,并分析了它们与小麦穗粒重的相关性。结果表明,小麦各生育期冠层叶片含氮量从上至下呈明显递减规律,并且均随施氮量增加含氮量逐渐提高,倒一叶平均比倒二叶高15.83%,倒二叶平均比倒三叶高25.79%;随着施氮量增加,各叶位间叶片含氮量梯度差在拔节期和孕穗期相对稳定,而倒二叶与倒三叶含氮量梯度在成熟期逐渐加大。冠层叶片叶绿素相对值的垂直分布规律与含氮量相似,倒一叶平均比倒二叶高6.5%,倒二叶平均比倒三叶高27.43%。叶片叶绿素相对值与其含氮量呈极显著正相关(r=0.744**,n=234),其间的一元饱和回归方程为ySPAD=87.90xN/(2.29 xN)(R2=0.710);各叶位叶绿素相对值、叶片含氮量均与其穗粒重大多呈显著正相关,并以倒一叶的相关性最密切。研究发现,施氮能提高小麦冠层叶片的含氮量和叶绿素相对值以及它们在叶片间的梯度差,但不能改变它们自上而下逐渐递减的垂直分布规律。     

人为干扰对大兴安岭北坡兴安落叶松林粗木质残体的影响

比较了兴安落叶松天然林和两种不同干扰类型兴安落叶松林(一次干扰林、二次干扰林)之间活立木蓄积、粗木质残体(CWD)蓄积和组成的差异.结果表明：天然林、一次干扰林和二次干扰林的活立木蓄积量分别为161.6、138.3和114.8 m³·hm^-2,粗木质残体的蓄积量分别为69.77、36.64和32.61 m³·hm^-2.天然林粗木质残体大部分径级在20～40 cm,其中倒木、枯立木分别占总材积的72%和28%;一次干扰林和二次干扰林粗木质残体大部分径级在10～30 cm,其中倒木、枯立木和伐桩分别占各自总材积的70%、14%、16%和57%、15%、28%.人为干扰造成兴安落叶松林粗木质残体蓄积减少,改变了粗木质残体的组成.     

人为干扰对大兴安岭北坡兴安落叶松林粗木质残体的影响

比较了兴安落叶松天然林和两种不同干扰类型兴安落叶松林(一次干扰林、二次干扰林)之间活立木蓄积、粗木质残体(CWD)蓄积和组成的差异.结果表明：天然林、一次干扰林和二次干扰林的活立木蓄积量分别为161.6、138.3和114.8 m³·hm^-2,粗木质残体的蓄积量分别为69.77、36.64和32.61 m³·hm^-2.天然林粗木质残体大部分径级在20～40 cm,其中倒木、枯立木分别占总材积的72%和28%;一次干扰林和二次干扰林粗木质残体大部分径级在10～30 cm,其中倒木、枯立木和伐桩分别占各自总材积的70%、14%、16%和57%、15%、28%.人为干扰造成兴安落叶松林粗木质残体蓄积减少,改变了粗木质残体的组成.     

降水变化和种间竞争对红松和蒙古栎幼苗生长的影响

针对全球变暖导致的降水格局的变化,选择长白山红松针阔叶混交林主要树种蒙古栎和红松幼苗为研究对象,在野外自然条件下人工模拟增、减水30%对单种和混种的针阔叶树种形态、生长和生物量分配的影响. 结果表明：对于蒙古栎幼苗,与单种处理相比,混种显著增加了其冠幅和主根长,与对照处理相比,减水处理显著提高了其茎质比、降低了其主根长; 对于红松幼苗,与单种处理相比,混种显著减少了其基径、树高、叶片数和根、茎、叶质量及总干质量,与对照处理相比,减水处理显著降低了其主根长、叶片数、叶质量和总干质量以及叶质比,同时显著提高了茎质比. 增水处理对二者的影响均不显著. 在树木生长初期,种间竞争和降水格局变化对蒙古栎和红松幼苗形态和生长均产生显著影响,对红松幼苗的影响更大.     

水曲柳和落叶松人工林乔木层碳、氮储量及分配

采用树木解析和连续土芯法,估测了20年生水曲柳和落叶松人工林乔木层各部分生物量和生产量,以及两种林分各部分的碳、氮含量及储量.结果表明:水曲柳和落叶松乔木林生物量分别为6815.10和9295.95 g·m^-2;两树种树干生物量占总生物量的比例均最高,分别为57.32%和58.01%;细根生物量最低,分别为2.67%和1.80%.水曲柳和落叶松的年生产量分别为1618.16和2102.45 g·m^-2·a^-1,其中树干年生产量最高,分别占总生物量的39.34%和46.70%;细根的年生产量较低,分别占总生物量的12.06%和5.25%.水曲柳各器官碳含量低于落叶松,氮含量则高于落叶松;水曲柳林碳储量低于落叶松,而两树种氮储量差别不大.水曲柳分配到地上部分的生物量、生产量以及碳、氮比例均小于落叶松,反映了落叶松在构建地上部分相对于水曲柳的高效性;由于树种之间以及同一树种不同器官之间的碳、氮含量差别显著,精确估计森林碳、氮储量时应分树种和器官进行测定.     

大兴安岭火烧迹地不同恢复方式碳储量差异

为了探讨不同恢复方式对大兴安岭重度火烧迹地碳储量的影响,以人工恢复(兴安落叶松、樟子松)和天然恢复的林分为研究对象,采用干烧法对乔木层、灌木层、草本层和枯枝落叶层含碳率进行测定.采用全收获法和平均标准木法获得林分各组分生物量估算森林植被的碳储量,分析不同恢复方式下林分各组分碳储量的分配特征.结果表明： 人工恢复和天然恢复的林分灌木层平均含碳率高于乔木层和草本层.兴安落叶松人工林灌木层平均含碳率为45.8%、枯枝落叶层为45.3%、乔木层为44.4%、草本层为33.6%.樟子松人工林灌木层和乔木层平均含碳率高于50%.天然次生林乔木层、灌木层和枯枝落叶层平均含碳率在42%左右.森林植被层中,生物量贡献率从大到小依次为乔木层、灌木层和草本层.兴安落叶松人工林森林植被层和枯枝落叶层生物量总和为123.90 t·hm^-2,远高于樟子松人工林和天然次生林.火烧后人工恢复23年的兴安落叶松人工林森林植被碳储量为50.97 t·hm^-2,其中,乔木层碳储量为49.87 t·hm^-2,占森林植被层总碳储量的97.8%,草本层所占比重仅为0.02%.人工恢复的林分植被层总碳储量高于天然恢复的林分,火烧迹地在这一时段内采用人工恢复的方式较天然恢复碳汇能力更强.     

树高对马占相思整树水分利用的效应

利用Granier热消散探针,于2004年观测了华南丘陵坡地常见绿化先锋树种马占相思(22年生)的树干液流,同时监测林冠上方的光合有效辐射、气温、相对湿度和0～30 cm的土壤体积含水量.结合树木的形态特征、液流密度和简化的Whitehead & Jarvis公式,分别计算了整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值,分析了树高对整树蒸腾、冠层气孔导度和叶面积/边材面积比值的影响.结果表明：土壤水分充足时,马占相思整树蒸腾随树高呈二次多项式增加(P<0.01),冠层气孔导度日变化均呈“单峰”格型;在所有光合有效辐射范围内,高树的参比冠层气孔导度和冠层气孔导度对水汽压亏缺的敏感性均高于矮树;叶面积/边材面积比值为（1.837±0.048） m²·cm^-2,并与树高呈幂函数关系.随着树木高度的增加,马占相思没有发生明显的水力限制和补偿.     

Angle distribution of foliage in individual Chamaecyparis obtusa canopies and effect of angle on diffuse light penetration

 The vertical distribution of foliage angle and area of three Chamaecyparis obtusa trees was determined by the triangle method, which calculates foliage geometry using measured coordinates of the leaf ”corners”, in a 43-year-old plantation in central Japan. Vertical distribution patterns of leaf area were different depending on tree size, but the boundary heights, which divide the canopy into sunlit and shaded parts, were similar in the three sample trees. The value of the average foliage angle [I(Z)] at a given depth (Z) from the tip of the stem decreased continually from the upper to lower layers within the canopy. The vertical patterns of changes in I(Z) were different among the three trees, but could be expressed by the following allometric equation as a function of depth.

不同植被类型下红壤pH和交换性酸的剖面特征

研究湘南红壤丘陵区11种植被类型下施肥区域和未施肥区域红壤剖面(0～100 cm)pH及交换性酸的变化特征.结果表明: 施肥区域0～60 cm土层土壤的pH大小顺序为茶园<花生地<柑橘园,交换性酸含量大小为花生地≤柑橘园<茶园;种植茶树和花生后,表层(0～40 cm)相对底层(60～100 cm)均产生酸化,pH分别降低0.55和0.17,而种植柑橘后,土层间无显著差异.未施肥区域中,植被恢复区0～40 cm土层pH大小为白檵木林≤湿地松林<板栗园<白茅草地,交换性酸含量大小为白茅草地<板栗园<白檵木林≤湿地松林;天然林区0～20 cm土层中次生林和油茶林的pH均显著低于马尾松林0.34和0.20个单位,马尾松林和次生林交换性酸含量显著低于油茶林.与裸地相比,未施肥区域除白茅草地外,其他植被类型均加速了表层土壤酸化,其中天然次生林酸化最严重,pH降低0.52;未施肥区域除天然次生林外,其他植被类型均提高了深层土壤pH,其中白茅草地提升效果最显著,pH升高0.43.无论施肥区域还是未施肥区域,整体上随着土层深度的增加,植被类型或施肥对土壤酸度的影响越来越小.     

大兴安岭呼中林区粗木质残体贮量及其环境梯度

对大兴安岭呼中林区主要植被类型、兴安落叶松不同林型内粗木质残体贮量进行对比研究,并利用除趋势典范对应分析对其环境梯度进行定量分析.结果表明：云杉林粗木质残体贮量较高,为0.20 m³·hm^-2,且不同植被类型之间呈显著性差异;兴安落叶松不同林型粗木质残体贮量在0～0.28 m³·hm^-2,其中偃松群落最高,为0.28 m³·hm^-2,泥炭藓-杜香-落叶松林最低（0）,且各林型之间差异不显著.粗木质残体贮量分布格局较复杂,受多因素交叉影响;海拔、坡位等地形因子和林分年龄、郁闭度等林分条件是影响森林粗木质残体贮量的主要环境因子,二者综合作用表达了该地区森林粗木质残体贮量的空间生态梯度.     

大兴安岭北部兴安落叶松林穿透雨延滞效应

以黑龙江漠河生态站兴安落叶松天然林为研究对象,对林外雨、穿透雨和树干茎流进行定位观测,分析大兴安岭北部兴安落叶松林穿透雨延滞效应.结果表明： 穿透雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占同期降雨总量的76.5%、2.6%和20.9%.降雨发生后,穿透雨与林外雨在产生和终止时间上均存在一定延滞性;随降雨量级增大,穿透雨滞后时间表现出逐渐缩短的趋势,变动范围为（67.8±7.8）～（17.2±3.9） min（穿透雨）和（112.0±38.8）～（48.3±10.6） min（树干茎流）;相同降雨量级下,穿透雨滞后时间随降雨强度增大而逐渐降低,且降雨强度>2 mm·h^-1时延滞时间显著缩短,同时随雨前干燥期的增加而增长,而当雨前干燥期≥48 h时,降雨量则是影响滞后时间的主要因素;降雨终止时,降雨量>5.0 mm,穿透雨终止时间也存在延滞性,且随降雨强度增加而增大,但与雨前干燥期关系不明显;树干茎流终止时间先于林外雨终止时间,且主要与降雨量级有关,降雨量级越小,终止时间越早.