冬小麦群体叶片气孔导度差异性分析

对冬小麦 (Triticum aestivum L.)两个品种 3个生育期测定和分析了群体叶片的气孔导度。结果表明 ,近轴面气孔导度比远轴面的大 ,二者之比呈近似正态分布 ,最大概率出现约为 1 .5,该比值在冠层垂直方向变化不显著 ,但随季节而变 ,抽穗期最大。叶片气孔导度从冠层顶部向下迅速递减 ,递减系数约为 0 .57,且各层日变化大致平行。冠层上部气孔活跃 ,导度日变化明显 ,下部日变化不大。同一叶片的气孔导度由近轴面的叶基 ,经由其叶中、叶尖 ,翻过尖点 ,再从远轴面的叶尖经叶中向叶基递减。对近轴面叶中、叶尖气孔导度与该面平均气孔导度相关系数较大 ,而对远轴面叶中、叶基气孔导度与该面气孔导度相关系数较大 ,据此建议测定近轴面气孔导度时 ,应以叶中、叶尖部位为最佳点 ,而测定远轴面气孔导度时 ,应以叶中、叶基部位为最佳点     

黄土高原油松冠层气孔导度和蒸腾变化特征与模拟

油松是黄土高原重要的造林树种,模拟其冠层气孔导度和蒸腾对区域水量平衡计算和人工林可持续经营具有重要意义。基于2015—2018年TDP(Thermal dissipation probes)方法所测得液流数据,分析了黄土高原地区油松冠层平均气孔导度(g_c)与冠层蒸腾(Tr)的变化特征与影响因素,并采用Penman-Monteith公式和Jarvis型气孔导度模型模拟了其g_c和Tr的变化过程,结果表明：(1)该地区油松g_c和Tr日内变化均呈现单峰型,日均蒸腾耗水量为(1.25±0.57) mm/d,生长季(4—10月)总蒸腾耗水量均值为195.47 mm。(2)g_c的日内变化受太阳辐射(Rad)驱动(偏相关系数为0.65),当Rad高于300 W/m²时,驱动作用减弱;g_c的日内变化受水汽压亏缺(VPD)控制(偏相关系数为-0.41),随VPD的增加而降低;g_c的日际变化受土壤水分限制(偏相关系数为0.46),当根区相对有效含水率(RE...     

北京山区油松和元宝槭冠层气孔导度特征及其环境响应

叶片气孔是植物进行水汽交换的通道, 影响着植物的蒸腾和光合作用。然而叶片气孔行为受环境条件和树种类型的影响, 不同树种冠层气孔导度对环境因子响应的差异性, 以及在生长季不同时期叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用是否会发生改变, 仍不清楚。该研究目的是通过探究各环境因子对不同树种冠层气孔导度的相对贡献率以及叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用, 为深入了解植物水分利用状况和山区森林经营提供参考依据。于2018年生长季以北京八达岭国家森林公园内的58年生油松(Pinus tabuliformis)和39年生元宝槭(Acer truncatum)为研究对象, 利用热扩散技术对其树干液流进行连续监测, 并同步监测环境因子。利用彭曼公式计算冠层气孔导度(G_s)。主要结果: (1)油松和元宝槭日间G_s在日、月时间尺度上存在明显差异。5-7月油松和元宝槭日动态G_s均随饱和水汽压差(VPD)和太阳辐射(GR)的增加呈上升趋势, 上升持续时间比8月和9月长; 在月尺度上, 随着VPD、GR的降低和土壤湿度(VWC)的升高, G_s从5月到9月整体上升。(2)利用增强回归树法分析得到VWC和VPD对G_s的贡献率最大, 其次是GR、气温和风速。VWC和VPD对油松G_s的贡献率分别为66.4%和17.4%, 对元宝槭G_s的贡献率分别为54.8%和21.0%。(3)油松和元宝槭的dG_s/dlnVPD值与参考冠层气孔导度之间的斜率均显著高于0.6, 气孔调节作用相对较强。综上所述, 气孔对环境因子的响应在树种以及生长季不同时期之间存在差异, 为防止水分过度散失, 两树种在不同土壤水分条件下均通过严格的气孔调节控制蒸腾量。     

黄土高原苹果园蒸腾导度大气驱动规律比较

植物蒸腾导度是表征土壤-植物-大气连续体（SPAC）中植物-大气间水汽传导过程、反映植物水分调控能力的一类重要变量,常见有冠层导度（G_c）、冠层气孔导度（G_s）与叶片气孔导度（g_s）,明确三者在反映冠层蒸腾过程时的异同或关联性对于理解植物水分利用机制具有重要意义。本研究基于对黄土高原果园苹果树生长季内树干液流（J_s）及环境因子的连续观测,计算了G_c、G_s及脱耦联系数（Ω）等变量,并与短期连续观测的叶片气孔导度（g_s）比较,分析了G_c、G_s和g_s在反映冠层蒸腾特征方面的异同及其关系。结果表明,日变化过程中G_s、g_s呈"单峰"型曲线,而G_c则呈"先增后减,午后抬升"的"双峰"型曲线。g_s与G_s存在较紧密的线性关系（R²=0.80）,但与G_c的线性关系较弱（R²=0.02）。G_c、G_s均随大气水汽压亏缺（VPD）的变化呈现确定的规律,其中,上边界函数呈递减的对数函数关系,平均值则符合先增后减的Log-Normal函数关系（R²>0.95）,拐点对应的VPD值分别为1.33和1.16 kPa。在一日内,G_s对VPD变化的响应过程与g_s对VPDL （基于叶片温度计算的水汽压亏缺）变化的响应过程总体一致,其一致性高于G_c对VPD变化的响应。整个生长季（4-10月）中果树的Ω平均值为0.12,随着Ω递减,G_c与G_s的线性相关性愈趋紧密,其斜率呈递增趋势,G_c越来越趋近于G_s。研究结果表明,在北方地区,基于树干液流的监测能较准确的推导整株并估算林分的冠层蒸腾导度。与实测g_s的变化过程比较,G_s比G_c具有更高的一致性,G_s可以作为描述苹果树水分利用过程响应大气驱动的更为恰当的变量。     

控水条件下侧柏冠层气孔导度对土壤水的响应

建立了不同控水条件下(无降水、一半降水、自然降水和二倍降水)的侧柏样地,于2016年8月—2017年8月监测了样地土壤含水量(SWC)、降水量、液流密度(J_s)、叶面积指数(LAI)和水汽压亏缺(VPD)等因子,分析SWC对侧柏冠层气孔导度(g_s)的影响。结果表明: 一半、自然和二倍降水样地的SWC与降水量呈正相关,SWC变化范围分别为4.9%～16.0%、7.2%～22.9%、7.4%～29.6%,无降水样地的SWC在8—10月下降50%;7月的日g_s在14:00达到峰值(166.64 mmol·m^-2·s^-1),显著高于其他月份,且出现双峰现象, 1月的日g_s在12:00达到峰值(54.1 mmol·m^-2·s^-1);3个降水条件下,侧柏g_s与SWC呈负二次相关关系,且g_s达到峰值,对应的SWC分别为8.5%、12.5%和18.5%,均趋近于年平均SWC。不同控水样地内侧柏g_s对VPD的敏感性(δ)/参比冠层气孔导度(g_sref)均≥0.6,表明不同控水条件下土壤水分状况较适合侧柏蒸腾用水的需求。当SWC在3.7%～7.5%时,δ和g_sref值迅速增大,说明气孔调节能力更好,植物气孔对VPD的响应更敏感;当SWC上升到11%时,SWC变化对g_sref和g_s对VPD响应敏感性的影响不显著。可能存在侧柏产生适应状态的SWC阈值,植物体在自身的生命活动中关闭或减小气孔开度,降低叶片水势以适应过高的VPD,保护植物不会引起过度蒸腾,从而对蒸腾的调控更加有效。     

华北落叶松冠层平均气孔导度模拟及其对环境因子的响应

冠层气孔导度是生态水文学研究中的一个重要参数,研究其对环境因子的响应,能为建立机理性的森林蒸腾模型提供理论依据.本文利用热扩散探针,于2005年5-9月,测定了六盘山叠叠沟小流域华北落叶松人工林树干液流及其同步的环境因子,计算了林分冠层平均气孔导度(gc)并构建了Jarvis形式的冠层平均气孔导度模型,分析了gc对光合有效辐射(PAR)、空气水汽压亏缺(DVP)和土壤相对有效含水率(REW)的响应.结果表明:该模型能有效地计算gc的日变化特征,计算与观测的gc决定系数R2为0.76 (n=952).gc对各环境因子有不同响应关系,并表现为非线性特征.其中PAR是gc的驱动因子,当PAR＜0.35 mmol·m-2·s-1时驱动作用明显,大于此值则驱动作用变小;DVP是gc的限制因子,随着DVP的增加gc降低;REW=41%是gc对土壤水分响应的一个关键阈值,当REW＞41%时,土壤水分对gc的影响较小,当REW＜41%时,土壤水分则成为gc的限制因子.     

华北山区侧柏冠层气孔导度特征及其对环境因子的响应

冠层气孔导度(g_s)是衡量冠层-大气界面水汽通量的重要生物学常数,研究其特征及对环境因子的响应,能为开展森林冠层水汽交换过程的机理性研究提供理论依据.于2014年利用SF-L热扩散式探针测定了侧柏的树干液流密度(J_s),同步监测光合有效辐射(PAR)、饱和水汽压差(VPD)、气温(T)等环境因子,计算侧柏的冠层气孔导度特征并分析其对各环境因子的响应.结果表明: 侧柏液流密度的日变化总体呈双峰曲线,生长季高于非生长季,且胸径越大液流密度越大;冠层气孔导度日变化与单位叶面积冠层蒸腾(E_L)趋势相近,均呈双峰曲线,生长季的冠层气孔导度和蒸腾较非生长季略高.侧柏冠层气孔导度与空气温度呈抛物线关系,在10 ℃左右冠层气孔导度达到峰谷;光合有效辐射以400 μmol·m^-2·s^-1为界,小于该阈值两者呈正相关关系,大于该阈值则冠层气孔导度受其影响较小;与饱和水汽压差呈负对数函数关系,随饱和水汽压差增大而逐渐降低.较高的空气温度和光合有效辐射、较低的饱和水汽压差有利于侧柏形成较大的冠层气孔导度,进而促进冠层蒸腾.     

羊草叶片气孔导度特征及数值模拟

对松嫩平原草地羊草叶片气孔导特征及与环境因子关系的研究结果表明,羊草叶片气孔导度日变化与环境因子密切相关,晴天表现为双峰曲线,阴天为单峰曲线,同时叶片气孔导度（gs)对瞬时光合有效辐射（PAR）,叶片与空气间的水汽压亏损（VPD）,空气温度（Ta）反应十分明显,依据野外实测资料,在对国际上两类代表性气孔导度模型验证比较的基础上,建立了适用于羊草草原的羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模型gs=PAR(2.01Ta^2 147.74Ta-2321.11)/(444.62 PAR)(-538.04 VPD).     

桂花树冠层气孔导度模型的优化及其参数分析

冠层气孔导度(g_c)是许多陆面过程模型中的重要参数,提高对冠层气孔导度的模拟精度非常重要。以环境因子阶乘的Jarvis形式的模型是气孔导度模型中的典型代表,但研究中不同的环境因子有不同的响应方程和参数。研究认为不同的响应方程有不同的模拟效果,并通过比较各环境因子的不同响应方程组合的模型的模拟效果来确定最优的g_c模型。以桂花树为例,测定了树干液流、茎水势和微气象环境,用Penman-Monteith(PM)方程反推计算冠层气孔导度并检验不同方程组合的16种模型。模型的参数用DiffeRential Evolution Adaptive Metropolis(DREAM)模型优化。结果表明这种方法能够有效地找到各环境因子最优的响应方程,从而最优化g_c模型。优化的g_c模型很好地模拟了桂花树冠层气孔导度的变化,尤其是对干旱的响应,模拟值与PM计算值的相关系数和均方根误差分别为0.803和0.000623 m/s。同时也证明了模型中温度函数f(T)1的现象并非个例,由于温度(T)和水汽压亏缺(D)常是高度相关的,建议在以后的g_c模型研究中应把T和D看成一个影响因子,但f(T)1的这种现象是否具有全球性还有待进一步研究证实。     

整树水力导度协同冠层气孔导度调节森林蒸腾

冠层气孔导度决定森林的蒸腾效率,它对驱动水汽移动的水汽应力的响应受树木水力结构的影响,并随水汽压亏缺上升和水力导度下降而降低,维持水势在最低阈值之上,避免出现水力灾变,调控冠层蒸腾。由于叶形和树冠结构的特点,部分脱耦联反映了湿润地区阔叶林冠层与大气的水汽交换特征,单纯以气孔导度的变化难以完整描述水分通量的调节规律,因而,需要考虑冠层气孔导度与水力导度协同控制冠层蒸腾的潜在机理。通过整合叶片气孔气体交换、树干液流、冠层微气象和其他环境因子的野外观测值,估测不同时间尺度的森林冠层气孔导度与大气的脱耦联系数和变异范围,以基于树干液流的冠层蒸腾,结合叶片/土壤水势梯度计算的水力导度,分析水力导度影响冠层气孔导度响应水汽压亏缺的敏感性,可以揭示和阐明水力导度和冠层气孔导度联合调节森林蒸腾的机理,对准确估测全球变化背景下森林对水资源利用的潜在生态效应有明显的理论意义。     

几种作物的生理指标对土壤水分变动的阈值反应

 在生长盛期,谷子、高梁、冬小麦的气孔导度、叶水势和光合速率在一定土壤含水量范围内并不随着土壤含水量的降低而发生明显变化,只有当土壤含水量低于一定程度时,才随着土壤湿度的降低而减少,表现为对土壤水分有明显的阈值反应。不同作物此阈值下限存在差异,高粱在大于田间持水量42％～45％的根层土壤湿度条件下,气孔阻力和叶水势基本维持恒定;谷子的这个指标在50％左右,冬小麦在60％左右。而夏玉米在所试土壤湿度范围内(20％～30％土壤体积含水量),气孔阻力和叶水势基本维持不变,而光合作用随着土壤含水量的增高而出现增加趋势。表明在这4种作物中,只有玉米需要充足的水分供应才能维持其良好的生长发育,而高粱具有比其它3种作物更强的适应土壤水分变动能力,从而比其它作物更抗旱和耐旱。     

植物气孔导度的机理模型

Ball-Berry气孔导度模型及其修正模型是评价植物叶片气孔调节的重要工具。该文从CO₂分子在叶片气孔中扩散这个最基本的物理过程出发, 应用物理学中的分子扩散和碰撞理论、流体力学与植物生理学等知识, 严格推导出叶片气孔导度的机理模型。利用美国Li-Cor公司生产的Li-6400光合作用测定仪控制CO₂浓度、湿度和温度, 测量了华北平原冬小麦(Triticum aestivum)的光响应数据和气孔导度数据。拟合结果表明: 推导的气孔导度机理模型较之Ball-Berry气孔导度模型和Tuzet等气孔导度模型, 能更好地描述冬小麦的气孔导度与净光合速率之间的关系。如果用气孔导度的机理模型耦合光合作用对光响应的修正模型, 则耦合模型可以很好地描述华北平原冬小麦叶片气孔导度对光强的响应曲线, 并可直接估算冬小麦的最大气孔导度和对应的饱和光强, 同时可以研究最大气孔导度是否与最大净光合速率同步的问题。拟合结果还表明: 冬小麦在30 ℃、560 μmol·mol^-1CO₂, 或在32 ℃、370 μmol·mol^-1CO₂条件下, 最大气孔导度与最大净光合速率并不同步。     

基于树干液流测定值进行尺度扩展的马占相思林段蒸腾和冠层气孔导度

应用Granier热消散探针,长期监测华南丘陵地马占相思(Acacia mangium)林14棵样树的树干液流(Sap flow),由此计算整树和林段的蒸腾速率,结合同步记录的环境因子,求算冠层平均气孔导度(G_c)。Granier探针的灵敏度较高,能精确测定即使是微弱的液流活动。观测结果显示,树木个体之间的液流密度(J_s)和整树蒸腾(E_t)受树形特征影响较大。马占相思林径级大的树木个体数较少,但占据林段边材总面积和林段蒸腾的比例较大。J_s和E_t的日变化主要受光合有效辐射(Q_o)和空气水蒸气压亏缺(D)的控制,土壤含水量(θ)对较大胸径树木E_t的影响大于胸径较小的树木,个体之间J_s和E_t的差异随θ的下降而缩小。一年中,林段蒸腾(E)在光照和水热条件较好的7月最高,9~12月,由于土壤水分供应的减少致使E值降低,E对D的敏感性下降。G_c与主要环境因子的关系与E相似,如果θ长期偏低,G_c会明显下降,是造成E降低的主要原因。成熟马占相思林在光照充足、水热条件较好的情况下的蒸腾活动旺盛,但对土壤水分胁迫的忍受力较低。     

环境因素变化对冬小麦气孔阻力的影响

本文据同步观测到的气孔阻力和土壤水势、净辐射能、气温、叶温、水汽压、饱和差、风速等环境因素变化值,用统计方法分析了小麦叶片气孔阻力与环境因素的关系,结果表明：冬小麦叶片的气孔导性主要受土壤水势影响。叶片正反两面的气孔对环境因素变化的反应不同,正面气孔导性主要受土壤水势影响,而反面气孔导性则与气温、水汽压和饱和差关系较大。     

水稻叶片气孔导度与冠层反射光谱的定量关系分析

研究了不同土壤水氮条件下水稻(Oryza sativa)叶片气孔导度与冠层光谱反射特征的量化关系。结果表明,不同水分处理下,水稻不同叶位气孔导度变化趋势为:GsL1>GsL2>GsL3>GsL4。高于W3水分条件下,高氮处理的叶片气孔导度高于低氮处理,而低于W3水分条件下,高低氮处理条件下叶片气孔导度差异不显著。发现比值指数R(1 650,760)与不同叶位叶片及不同层次叶片气孔导度的相关性大小为:GsL1>GsL12>GsL123>GsL1234>GsL2>GsL3>GsL4(水稻顶部自上而下第一、二、三、四叶以及自上而下顶部2张、3张、4张叶片的气孔导度值分别表示为:GsL1、GsL2、GsL3、GsL4、GsL12、GsL123和GsL1234),而顶1叶气孔导度与叶面积指数的乘积(冠层叶片气孔导度)同比值指数R(1 650,760)相关程度更高。R(1 650,760)与顶1叶和冠层叶片气孔导度之间皆呈极显著的幂函数负相关。利用不同年份的不同水稻试验对两者的监测模型进行了检验,模型的检验误差RMSE分别为0.05和0.24,表明比值指数R(1 650,760)可以较好地监测不同水氮条件下水稻叶片的气孔开闭特征。     

冬小麦单产的光谱数据估测模型研究

 本文在分析冬小麦群体经济产量与叶面积系数关系的基础上,以地面实测冬小麦反射光谱数据为依据,提出了一种新的动态VI-产量模型,即LAD-产量模型。该模型具有冬小麦生育后期(抽穗一灌浆末期)光合面积和光合时间等信息,其冬小麦单位面积产量(简称单产)估测精度为98%。另外,本文根据常用的某一特定生育期VI-产量模型,用冬小麦各生育期的VI值分别估测小麦单产,确定山东省禹城市冬小麦的灌浆中期为最佳估产时间。此时期．小麦单产估测精度为96%。     

施肥对旱地冬小麦近轴和远轴叶面气孔敏感性的影响

 施肥降低旱地冬小麦的叶片水势。当作物体内出现水分胁迫时,冬小麦叶片两面气孔对施肥的反应有明显差异。远轴叶面气孔对施肥的反应比近轴叶面气孔敏感。旱地施肥以后,冬小麦远轴叶面气孔首先收缩,且收缩的程度比近轴叶面大,从而使远轴叶面气孔阻力与近轴叶面气孔阻力的比值(Rab／Rad)增大。旱地施肥以后,远轴和近轴叶面气孔阻力均急剧增大,并且随肥力水平的提高(施肥量增加)而缓慢增大,二者呈直线关系发展趋势。旱地施肥对土壤水势有影响,但不论是提高还是降低土壤水势,均增大Rab／Rad。说明施肥确有增强旱地冬小麦远轴叶面气孔对环境因素变化敏感性的作用。     

两种冠温型冬小麦籽粒蛋白质和淀粉组分积累动态

 于2001～2003年对河南省主要推广的3个冬小麦 (Triticum aestivum)品种冠温特征、籽粒蛋白质和淀粉组分积累动态进行了研究。结果表明：‘豫麦50’在灌浆后期冠层温度明显降低,表现为冷尾型,而‘豫麦34’、‘豫麦70’冠层温度有上升的趋势,表现为暖尾型 ,在灌浆末期冷尾型与暖尾型小麦冠层温度相差超过2.5 ℃。不同冠温小麦籽粒蛋白质和淀粉组分积累动态表现出差异：暖尾型小麦清蛋白、球蛋白积累量在灌浆后期显著高于冷尾型品种,最终醇溶蛋白积累量品种间差异不显著,麦谷蛋白积累量在花后15 d以前差异不显著,但开花 20 d后暖尾型小麦麦谷蛋白积累量增大,与冷尾型小麦差异达到1%显著水平,最终麦谷蛋白与总蛋白质含量比例亦表现出同样的趋势,麦谷蛋白含量与灌浆中、后期冠层温度和整个灌浆期平均冠层温度均达到显著正相关,相关系数分别为0.7781、0.865、0.968 7;不同冠温型 小麦淀粉组分积累量与直/支差异不大,但淀粉糊化特性表现出明显的差异,除稀懈值外, 暖尾型小麦与冷尾型小麦峰值粘度、低谷粘度、最终粘度、糊化时间、糊化温度和反弹值差异分别达到1%显著水平。     

边界层阻力在叶片气体交换过程中的作用

作者对现有的气体交换法的叶室作了改进。从实验上检验了作者根据电学类比分析和模拟检验得到的结论：在已有的气体交换测定装置中,空气流速不变,叶片的边界层导度也固定不变,所得到的结论用于边界层导度变化的情形时,会造成比较大的误差。现加一障碍物使得流过叶片的风速减小,从而改变叶片的边界层导度。通过测量在不同边界层导度下同一叶片的光强曲线可以考察不同边界层导度下的气孔导度、光合速率、蒸腾速率以及它们之间的相互关系。实验结果与作者以前的电学类比分析和模拟得到的结论是基本一致的