光合作用—蒸腾作用—气孔导度的耦合模型及C3植物叶片对环境因子的生理 …

以叶片的气体传输过程为基础,将蒸腾作用包括在以往光合作用－气孔导度的耦合模型中,建立了光合作用－蒸腾作用－气孔导度的耦合模型。该模型可以模拟边界层导度对生理过程的影响。模拟了Ｃ３植物叶片对环境因子,如光照、温度、湿度、边界层导度和ＣＯ２浓度等的生理响应（光合作用、蒸腾作用、气孔导度）以及Ｃｉ和水分利用效率的变化。在环境因子变化于较大范围的情况下,模拟结果符合许多实验结论。     

松嫩草地羊草叶片光合作用生理生态特征分析

对松嫩平原盐碱化草地羊草叶片的光合生理生态特征分析表明,晴朗天气条件下,羊草叶片净光合速率日变化呈双峰型,蒸腾速率属单峰型,叶片的净光合速率、蒸腾速率及气孔阻力在整个生长季受到多个环境因子的共同影响,不同时期起主导作用的环境因子有所差异,同一环境因子在不同时间对净光合速率、蒸腾速率及气孔阻力的影响程度不同,净光合有效国徽是对羊草光合作用影响最为强烈的环境因子,受环境因子控制最为显著的生理特征是羊草叶片的蒸腾速度。     

羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模拟

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     

光合作用-蒸腾作用-气孔导度的耦合模型及C_3植物叶片对环境因子的生理响应(英文)

以叶片的气体传输过程为基础,将蒸腾作用包括在以往光合作用气孔导度的耦合模型中,建立了光合作用蒸腾作用气孔导度的耦合模型。该模型可以模拟边界层导度对生理过程的影响。模拟了Ｃ３植物叶片对环境因子,如光照、温度、湿度、边界层导度和ＣＯ２浓度等的生理响应（光合作用、蒸腾作用、气孔导度）以及Ｃｉ和水分利用效率的变化。在环境因子变化于较大范围的情况下,模拟结果符合许多实验结论。     

胡杨叶片气孔导度特征及其对环境因子的响应

依据2005年对极端干旱区荒漠河岸林胡杨的观测资料,对胡杨气孔运动进行了分析研究以揭示胡杨的水分利用特征与抗旱机理。结果表明:(1)胡杨叶片气孔导度日变化呈现为周期波动曲线,其波动周期为2 h,傍晚(20:00)波动消失;净光合速率和蒸腾速率与气孔导度的波动相对应而呈现同步周期波动。(2)胡杨的阳生叶气孔导度高于阴生叶,且不同季节气孔导度值不同,阳生叶气孔导度的季节变幅大于阴生叶。(3)胡杨气孔导度与气温、相对湿度和叶水势有显著相关关系,当CO2浓度较小时,胡杨气孔导度随CO2浓度的增加而增加,当CO2浓度达到一定值后气孔导度不再增加,反而随CO2浓度的增加大幅度降低。(4)胡杨适应极端干旱区生境的气孔调节机制为反馈式反应,即由于叶水势降低导致气孔导度减小,从而减少蒸腾耗水,达到节约用水、适应干旱的目的,表明胡杨的水分利用效率随气孔限制值的增大而减小,二者呈显著负相关。     

减少降水对长白山蒙古栎叶片生理生态特性的影响

以长白山针阔叶混交林优势树种蒙古栎为实验对象,研究了生长季(6-9月)减少降水30％(人工截留穿透雨30％)对蒙古栎叶光饱和光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率的影响.结果表明:在叶片生长初期(6月),减少降水使土壤含水量降低26.4％,减少降水条件下与对照条件下叶片的光饱和光合速率无明显差异,但明显下降的蒸腾作用使蒙古栎叶片的水分利用效率增加了40.3％;7-9月,较高的自然降水量导致不同降水处理条件下的土壤含水量无显著差异,因而叶片的光饱和光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率亦无明显影响;由此可见,无论是低雨量时期(6月)还是高雨量时期(7-9月),长白山地区降水减少30％不会影响成熟蒙古栎的光合能力;8月的高光合速率可能说明,较高的土壤高含水量并未形成对蒙古栎根系吸水的限制.研究结果认为,成熟蒙古栎能适应较广的土壤含水量范围,在未来气候变暖、降水量变化条件下仍能保持较强的生长和适应能力.     

香紫苏开花期蒸腾和光合作用日变化特征及其影响因子研究

对开花期香紫苏功能叶片的蒸腾作用、光合作用日变化规律以及二者与环境因子之间的相互作用进行了研究.结果表明:处于花期的香紫苏蒸腾速率和气孔导度的日变化总体趋势是先升高后降低;不同花期净光合速率的日变化之间则存在明显的差别,初花期的净光合速率明显高于盛花期和终花期;湿度和光合有效辐射是影响香紫苏蒸腾作用的最主要因素,而光合有效辐射和CO2浓度变化则对香紫苏的净光合速率影响最大.     

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。     

植物气孔导度的环境响应模拟及其尺度扩展

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。     

基于FvCB模型的叶片光合生理对环境因子的响应研究进展

为提高叶片光合速率并更好地理解叶片光合生理对环境因子变化的响应机制,FvCB模型(C_3植物光合生化模型)常用于分析不同环境条件下CO_2响应曲线并预测叶片活体内光合系统的内在变化状况。系统介绍了FvCB模型的建立、发展过程和拟合方法等基本理论,综述了该模型在叶片光合生理对光、CO_2、水、温度和N营养等环境因子变化的响应机制中的应用研究。为进一步完善FvCB模型并更好地理解叶片活体内光合系统对环境因子变化的响应机制,未来拟加强以下研究:1)羧化速率与光合电子传递速率之间的联系;2)叶肉导度的具体组分及其对FvCB模型参数估计的影响;3)叶片气孔导度和叶肉导度对环境因子变化的调控机制。     

春小麦对不同灌水处理的气孔反应及其影响因子

选用3个春小麦品种（系）,采用大田试验方法,在冬灌1800 m³·hm^-2的基础上,在生育期设3次灌水处理（T₁）、2次灌水处理（T₂）和1次灌水处理（T₃）,每次灌水1050 m³·hm^-2,研究土壤水分对春小麦生育期气孔导度的影响及气孔导度与相关环境因素的关系.结果表明：灌水处理对春小麦生育期气孔导度的影响较大,气孔导度随着灌溉次数的减少逐渐降低,同时不同基因型间存在差异.从拔节期到开花期,不同处理春小麦气孔导度变化一致,都呈先升高后降低趋势, 在抽穗期达到峰值;开花期之后各处理出现差异,T₁各品种气孔导度先下降后上升,T₂品种间表现不同,T₃一直呈下降趋势.各环境因子中,大气相对湿度对春小麦气孔导度的影响最大,两者的相关系数在T₂和T₃中分别达显著(0.82^*)和极显著水平(0.92^**).春小麦适应水分亏缺的气孔调节机理为反馈式调节.     

半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响

在黄土高原半干旱雨养条件下,于2008—2009、2009—2010两个年度,以露地种植为对照(CK),研究了不同覆膜方式(全膜覆土穴播,全膜穴播,垄膜沟播)对旱地冬小麦产量和水分利用的影响。结果表明:两年度覆膜平均较CK产量分别显著提高49.4%和53.2%,水分利用效率提高11.8%和14.3%。覆膜的高产建立在高生长量、高耗水基础上,产量与生育期耗水量显著正相关(r=0.952*—0.958*),两年度覆膜分别平均较CK多耗水33.5%和34.1%。覆膜处理中以全膜穴播较CK的增产幅度和WUE提高幅度最大,耗水量也最大。由于覆膜耗水量大,覆膜各处理收获期0—200 cm土壤贮水量均显著低于CK,但通过全年连续覆膜和夏闲期降水补充,在下茬秋播时,覆膜各处理0—200 cm土壤贮水量均超过CK,夏闲期覆膜的水分休闲效率两年度分别平均高出CK 41.8和86.4个百分点,覆膜有利于土壤水分恢复和下茬作物的可持续生产。覆膜方式中,以全膜覆土穴播种植效益最高,两个年度纯收益平均达5531.6元/hm2,较CK增收2542.2元/hm2。综合考虑,全膜覆土穴播是一种高产高效兼顾、操作简单、适宜于半干旱雨养区推广应用的冬小麦覆膜种植方式。     

半干旱黄土丘陵区沙棘的光合特性及其影响因子

结合1998年半干旱黄土丘陵区安塞的观测资料,对沙棘(Hippophae rhamnoides L.)的光合特性及影响因子进行了分析,结果表明(1)沙棘光合速率具有明显的日变化和季节变化,月均值为11.64 CO2μmol/m2·s.(2)沙棘光合速率与环境因子(气温、相对湿度、光合有效辐射及CO2浓度)间有显著的相关关系,复相关系数为0.716 8～0.874 5;沙棘光合速率与林地土壤水分间有极显著的相关关系,复相关系数达0.992 5,且沙棘光合速率的季节动态滞后于土壤水分的月变化.(3)沙棘光合速率与植物因子(气孔导度及细胞间CO2浓度)间有十分显著的相关关系,气孔导度或细胞间CO2浓度增大,沙棘光合速率增大,反之则减小,复相关系数达0.971 5和0.970 8.这为分析沙棘光合作用对环境因子的响应程度,分析沙棘最适生理生态条件,提高沙棘生产力提供科学依据.     

Impact of environmental factors on the decoupling coefficient and the estimation of canopy stomatal conductance for ever-green broad-leaved tree species

精确模拟冠层气孔导度(G_S)对于评估区域蒸散具有重要意义。该研究选择两种常见的人工阔叶树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla, 外来种)和木荷(Schima superba, 本地种)作为研究对象, 利用K?stner法和修订的Penman-Monteith公式计算冠层平均气孔导度(分别定义为G_S1和G_S2)。研究还分析了环境因子对冠层脱耦联系数(Ω)的影响, 并用其来评价两种方法模拟的冠层气孔导度的合理性。结果表明, 两个树种冠层气孔导度均与气象条件耦合较好(尾叶桉: Ω = 0.10 ± 0.03, 木荷: Ω = 0.17 ± 0.03)。主成分分析显示, 光合有效辐射(PAR)以及水汽压亏缺(D)显著影响Ω的大小, 而风速(u)的影响较小。单因素分析则发现各环境因子与Ω之间的相关性并不显著。边界线分析表明D和PAR的增加使得Ω最终趋向于一个与树种有关的稳定值(木荷≈ 0.20, 尾叶桉≈ 0.05), 而Ω随u的增加呈幂指数下降。与木荷相比, 尾叶桉具有更高的气孔导度(尾叶桉和木荷的G_S2年平均值分别为(33.42 ± 9.37) mmol·m ^-2·s ^-1和(23.40 ± 2.03) mmol·m ^-2·s ^-1), 并且尾叶桉和木荷的G_S1与G_S2的线性拟合斜率分别为0.92 (R ² ≈ 0.70)和0.98 (R ² ≈ 0.76) , 表明G_S1比G_S2高估了冠层气孔导度。另外, G_S1和G_S2对水汽压亏缺的敏感性与参比气孔导度(G_Siref, D = 1 kPa时的气孔导度)的比值Pi与Ω紧密相关。根据统计, 尾叶桉和木荷的G_S1估计值在Ω = 0.05-0.15 (83.1%的数据)和0.10-0.20 (47.8%的数据)之间时是相对可靠的。     

极端干旱区多枝柽柳叶片气孔导度的环境响应模拟

气孔通过调节植物体水分散失和CO₂吸收在植物适应环境变化和环境胁迫中发挥重要作用。该文在对极端干旱区多枝柽柳(Tamarix ramosissma)叶片气体交换参数观测的基础上, 引入诊断函数f(H)对BWB模型和BBL模型提出的气孔导度(g_s)模型中的空气湿度(h_s或D_s)进行了评价, 并将评价结果引入叶子飘和于强推导出的g_s机理模型。结果表明: (1) BWB和BBL模型对h_s (或D_s)的模拟效果存在很大差异: BWB模型拟合效果较好(R² = 0.5354), BBL模型的结果显著但效果较差(R² = 0.1103)。试验结果显示: 随h_s(或D_s)的增大, g_s呈先增大后减小的趋势, 可用Gauss模型进行拟合, R²分别为0.593和0.258, 说明g_s与h_s的关系要比D_s更密切; (2)叶子飘和于强给出的简化模型(Simple模型)和该文给出的指数模型(Gauss-h模型)均具有较好的模拟效果(R²分别为0.8707和0.8286), η值分别为0.1245和0.0171, 其值均介于0-1之间; (3)模型验证中Gauss-h模型较Simple模型明显低估了观测值, 当观测条件无限趋近于Simple模型的假设时, Simple模型的拟合效果可得到显著提高(R² = 0.9606)。     

环境因子对常绿阔叶树种脱耦联系数及冠层气孔导度估算的影响

精确模拟冠层气孔导度(G_S)对于评估区域蒸散具有重要意义。该研究选择两种常见的人工阔叶树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla, 外来种)和木荷(Schima superba, 本地种)作为研究对象, 利用K?stner法和修订的Penman-Monteith公式计算冠层平均气孔导度(分别定义为G_S1和G_S2)。研究还分析了环境因子对冠层脱耦联系数(Ω)的影响, 并用其来评价两种方法模拟的冠层气孔导度的合理性。结果表明, 两个树种冠层气孔导度均与气象条件耦合较好(尾叶桉: Ω = 0.10 ± 0.03, 木荷: Ω = 0.17 ± 0.03)。主成分分析显示, 光合有效辐射(PAR)以及水汽压亏缺(D)显著影响Ω的大小, 而风速(u)的影响较小。单因素分析则发现各环境因子与Ω之间的相关性并不显著。边界线分析表明D和PAR的增加使得Ω最终趋向于一个与树种有关的稳定值(木荷≈ 0.20, 尾叶桉≈ 0.05), 而Ω随u的增加呈幂指数下降。与木荷相比, 尾叶桉具有更高的气孔导度(尾叶桉和木荷的G_S2年平均值分别为(33.42 ± 9.37) mmol·m ^-2·s ^-1和(23.40 ± 2.03) mmol·m ^-2·s ^-1), 并且尾叶桉和木荷的G_S1与G_S2的线性拟合斜率分别为0.92 (R ² ≈ 0.70)和0.98 (R ² ≈ 0.76) , 表明G_S1比G_S2高估了冠层气孔导度。另外, G_S1和G_S2对水汽压亏缺的敏感性与参比气孔导度(G_Siref, D = 1 kPa时的气孔导度)的比值Pi与Ω紧密相关。根据统计, 尾叶桉和木荷的G_S1估计值在Ω = 0.05-0.15 (83.1%的数据)和0.10-0.20 (47.8%的数据)之间时是相对可靠的。     

Influence of water stress on leaf photosynthetic characteristics in wheat cultivars differing in their susceptibility to drought

A gradual reduction in leaf water potential (Ψ_leaf), net photosynthetic rate (P _N), stomatal conductance, and transpiration rate was observed in two drought tolerant (C 306 and K 8027) and two susceptible (RW 893 and 899) genotypes subjected to water stress. The extent of reduction was lower in K 8027 and C 306 and higher in RW 893 and RW 899. Rewatering the plants after 5 d of stress restored P _N and other gas exchange traits in all four cultivars. Water stress had no significant effect on variable to maximum fluorescence ratio (F_v/F_m) indicating that water stress had no effect on primary photochemistry of photosystem 2 (PS2). However, water stress reduced the efficiency of excitation energy transfer (F′_v/F′_m) and the quantum yield of electron transport (Φ_PS2). The reduction was more pronounced in susceptible cultivars. Water stress had no significant effect on photochemical quenching, however, the non-photochemical quenching increased by water stress.     

北京山区侧柏林冠层-大气蒸腾导度模拟及环境因子响应

蒸腾导度模型是衡量冠层-大气界面水汽输出的重要阻力模型,研究其特征及对环境因子的响应,为揭示森林冠层-大气界面水汽输出阻力机制提供理论依据。以首都圈森林生态系统定位观测研究站侧柏林为研究对象,采用TDP热探针法测定侧柏林树干液流密度,同步监测光合有效辐射、饱和水汽压差、气温、风速等主要环境因子,分析冠层导度和空气动力学导度的动态变化,构建冠层-大气蒸腾导度模型并模拟,明确冠层-大气蒸腾导度对各环境因子的响应关系。结果表明:蒸腾导度季节变化表现为非生长季与冠层导度趋势一致,生长季与空气动力学导度趋势一致,全年均为单峰趋势。冬季蒸腾导度与冠层导度保持较稳定差值(45 mol m^(-2 )s^-1左右),其他季节蒸腾导度与冠层导度、空气动力学导度的最大差值,均在各季节冠层导度、空气动力学导度的峰值水平。全年日均蒸腾导度冬季最大(86.92 mol m^(-2 )s^-1),其他季节较小且稳定(40—50 mol m^(-2 )s^-1之间)。在非生长季各环境因子对蒸腾导度的影响与对冠层导度的影响基本一致,温度为主要影响因子(r=-0.198),其他环境因子影响较小(r<0.1);在生长季中风速为主要影响因子(r=0.488),光合有效辐射(r=0.228)和饱和水汽压差(r=-0.299)的影响明显升高,温度的影响降低(r=0.114)。蒸腾导度模型较好的模拟了冠层-大气界面侧柏蒸腾不同季节的变化规律,阐明了各环境因子和冠层导度、空气动力学导度对蒸腾导度的影响机制,证实在生长季应重视空气动力学导度对蒸腾的影响。