植物光合生产力与冠层蒸散模拟研究进展

植物的光合与蒸腾的模拟已经从经验模型发展到过程模型的时代。概括地论述叶片和冠层尺度上,植物生理生态的基本过程,分析近年来几个有代表性的模型在模拟光合作用,蒸腾作用时,对这些听参数化处理的方法,即在叶片水平上,以Ｆａｒｑｕｈａｒ的叶片光合作用的生化模型,Ｂａｌｌ－Ｂｅｒｒｙ的气孔导度模型等为基础。     

FACE条件下水稻冠层蒸散和水分利用率的模拟

利用开放式CO₂浓度增高（FACE）系统平台,通过在水稻拔节期至成熟期对水稻冠层微气候及相关生理指标的连续观测,并结合能量平衡分析,模拟研究了FACE对水稻冠层蒸散和水分利用率的影响.结果表明：将水稻叶片气孔导度与光合有效辐射、饱和水气压差的定量关系与Penman-Monteith方程相结合,可以较好地模拟FACE和对照条件下的水稻蒸散量;观测期间,CO₂浓度升高使水稻的水分利用比对照减小约10 mm,结合水稻生物量增加12%,FACE条件下水稻水分利用率（WUE）增加约12%.     

干旱条件下ABA与气孔导度和叶片生长的关系

介绍了干旱情况下ＡＢＡ的产生、运输,以及根源ＡＢＡ与气孔导度和叶片生长之间的定性、定量关系,并对干旱时叶片ＡＢＡ的重新分布,以及引起气孔关闭和抑制生长的机理作了叙述。     

几个气孔模型在自然条件下的适用性

在自然条件下,用气孔下腔与叶面间的水汽压差（ＶＰＤｓ）取代原有气孔模型中的大气湿度因子,可以明显提高气孔模型在自然条件下的适用性。理论分析指出,在气孔模型中,用ＶＰＤｓ表达气孔导度对湿度的响应与用蒸腾速率表达气孔导度对蒸腾失水的响应是等价的。     

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。     

黄土高原4种豆科牧草的净光合速率和蒸腾速率日动态及水分利用效率

在晴天条件下 ,研究了 4年生甘肃红豆草 (Onobrychis viciaefolia scop.cv.‘Gansu’)、沙打旺 (Astragalus adsurgens)、东方山羊豆 (Galega orientalis)和多年生香豌豆 (L athyruslatifolius)人工种群花期 (5月 31日 )和再生期 (7月 10日 )的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率以及土壤贮水量和水分利用特征。结果表明 ,自 5月 31日 (花期 )至 7月 10日 (再生期 ) ,4种牧草对土壤水分消耗由大到小依次为 :沙打旺 119.2 mm、多年生香豌豆 91.6 mm、山羊豆 81.9m m和红豆草 73.8m m。红豆草在花期和再生期的净光合速率分别为 12 .4 1和 9.0 6μ mol CO2 / (m2 · s) ,沙打旺为 10 .10和 7.0 1μ m ol CO2 / (m2 · s) ;红豆草在花期和再生期的日均蒸腾速率 8.13和 9.0 5 m m ol H2 O/ (m2· s) ,沙打旺刈割前和刈割后蒸腾速率分别为 7.4 0和 6 .5 4mmol H2 O/ (m2· s) ,属于高光合、高蒸腾型。而山羊豆和多年生香豌豆则属于低蒸腾、低光合类型 ,花期和再生期 ,山羊豆的日均光合速率分别为 4 .74和 4 .88μm ol CO2 / (m2· s) ,多年生香豌豆为 4 .4 1和 4 .6 4 μ mol CO2 / (m2· s) ,相应的蒸腾速率分别达到 3.75和 5 .4 2 m mol H2 O/ (m2 · s) ,4 .74和 4 .34m mol H2 O/ (m2 · s)。     

不同甘蔗品种叶片气孔对水分胁迫的响应

干旱是甘蔗面临最主要的环境胁迫之一,为了解不同甘蔗品种在干旱胁迫时的气孔响应,该研究以F172、GT21、YT93/159和 YL6四个抗旱性有显著差异的甘蔗品种为材料,采用桶栽,在伸长期进行四种不同程度的干旱胁迫(不浇水)处理：土壤持水量在①65％~70％为轻度干旱;②45％~50％为中度干旱;③25％~30％为重度干旱;④以土壤含水量为75％为对照(CK).检测不同品种不同处理甘蔗的叶片相对持水量变化,并利用扫描电镜技术观察甘蔗叶片下表皮气孔特性.结果表明：在干旱胁迫下,四个甘蔗品种叶片气孔导度急剧下降,重度干旱时耐旱性强的 F172和 GT21的气孔导度低于耐旱性弱的 YT93/159和 YL6的;复水后3 d,F172和 GT21的气孔导度上升至82．07和88．85 mmol·m-2·s-1,而 YT93/159和 YL6的仅有18．88和33．08 mmol·m-2·s-1.干旱还导致气孔下陷、闭合,气孔器的长、宽明显减小,且品种间气孔器长度变化差异显著;干旱胁迫下气孔密度增大,尤以耐旱性最强的 F172在重度干旱时达到显著差异.重度干旱时 F172与GT21的气孔闭合百分比是 YT93/159和 YL6近3~4倍.在水分胁迫下,叶片相对含水量降低,但 F172和GT21在重度干旱时仍可以保持相对较高的含水量,其它两个品种相对较低,尤以 YT93/159的最低.在复水后叶片含水量都有所恢复.这些研究结果表明不同甘蔗品种抗旱能力与叶片气孔特性和含水量密切相关.     

最优气孔行为理论和气孔导度模拟

气孔调节功能是陆地生态系统碳-水耦合过程中最重要的环节。与即时的气孔导度测量相比, 气孔导度斜率能有效地反映气孔导度对CO₂浓度、饱和水汽压亏缺和光合作用的敏感性, 包含了环境因子对光合作用和临界水分利用效率等的综合影响, 为研究全球变化下陆地生态系统碳-水耦合关系提供了一个简明且综合的框架。气孔导度模型从经验模型、半经验模型发展到机理模型, 经过很多学者的改进, 但是模型参数的生物学意义和变化规律还不明确。鉴于气孔导度斜率方面研究的重要性和研究的不足, 为了加强对气孔导度调节规律的认识, 并减少气孔导度模拟的不确定性, 该文主要综述了长期以来国内外关于最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究成果, 其中包括广泛使用的气孔导度模型及参数意义, 讨论影响气孔导度斜率的主要因素以及气孔导度机理模型的应用, 并对最优气孔行为理论和气孔导度模拟方面的研究做了简单展望。     

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。     

鹤山丘豆科混交林下几种植物的水分生态研究

测定了鹤山豆科混交林的土壤含水量、林下３种植物（本叉苦、鬼灯笼和山菅兰）叶片的蒸腾速率、气孔导度和相应的环境因子,了解林下植物的水分生理生态特征。在湿季,蒸腾速率和气孔导度的日变化曲线呈单峰型,两者的变化趋势相似。在旱季,两者之间的日变化曲线存在差异,山菅兰的蒸腾速率呈双峰型,其它两种植物呈单峰型;气孔导度的峰值都出现在早晨。鬼灯笼的蒸腾速率呈双峰型,其它两种植物呈单峰型;气孔导度的峰值都出现在早     

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     

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.     

不同生境条件下蕨类和被子植物的气孔形态特征及其对光强变化的响应

气孔是植物与大气环境进行气体交换的重要通道, 在调控植物碳水平衡方面发挥着重要作用。为探讨生境和植物类型对气孔形态特征的影响以及气孔对光强变化的响应格局在不同植物间和不同生境条件下的变异, 选取开阔生境和林下生境的5种蕨类植物和4种被子植物, 测定了它们的气孔形态特征和气孔导度对光强变化的响应。此外, 还收集了8篇文献中开阔和林下生境的45种蕨类植物和70种被子植物的气孔密度和气孔长度数据, 以增大样本量从而更好地探讨不同生境条件下蕨类和被子植物气孔密度及长度的变异格局, 并通过分析生境和植物类型对气孔形态特征的影响来推测生境和植物类型对气孔响应行为的可能影响。实验结果表明, 与林下植物相比, 开阔环境下的植物气孔密度更大, 气孔长度更小, 气孔对光强降低的响应更敏感; 但植物类型对气孔形态特征的影响以及对气孔响应光强的敏感程度的影响均不显著。对文献数据的分析表明, 生境和植物类型对气孔形态特征均有显著影响。考虑到气孔响应快慢与气孔形态特征密切相关, 与蕨类植物相比, 被子植物小而密的气孔可能为其更快地响应环境变化提供了基础。研究表明生境和植物类型对气孔响应行为均有显著影响。     

冬小麦叶片气孔导度模型水分响应函数的参数化

植物气孔导度模型的水分响应函数用来模拟水分胁迫对气孔导度的影响过程, 是模拟缺水环境下植物与大气间水、碳交换过程的关键算法。水分响应函数包括空气湿度响应函数和土壤湿度(或植物水势)响应函数, 该研究基于田间实验观测, 分析了冬小麦(Triticum aestivum)叶片气孔导度对不同空气饱和差和不同土壤体积含水量或叶水势的响应规律。一个土壤水分梯度的田间处理在中国科学院禹城综合试验站实施, 不同水分胁迫下的冬小麦叶片气体交换过程和气孔导度以及其他的温湿度数据被观测, 同时观测了土壤含水量和叶水势。实验数据表明, 冬小麦叶片气孔导度对空气饱和差的响应呈现双曲线规律, 变化趋势显示大约1 kPa空气饱和差是一个有用的阈值, 在小于1 kPa时, 冬小麦气孔导度对空气饱和差变化反应敏感, 而大于1 kPa后则反应缓慢; 分析土壤体积含水量与中午叶片气孔导度的关系发现, 中午叶片气孔导度随土壤含水量增加大致呈现线性增加趋势, 但在平均土壤体积含水量大于大约25%以后, 气孔导度不再明显增加, 而是维持在较高导度值上下波动; 冬小麦中午叶片水势与相应的气孔导度之间, 随着叶水势的增加, 气孔导度呈现增加趋势。根据冬小麦气孔导度对空气湿度、土壤湿度和叶水势的响应规律, 研究分别采用双曲线和幂指数形式拟合了水汽响应函数, 用三段线性方程拟合了土壤湿度响应函数和植物水势响应函数, 得到的参数可以为模型模拟冬小麦的各类水、热、碳交换过程采用。     

荒漠条件下甘草气孔振荡的水被动证据

生长在中国西北干旱荒漠的甘草（Glycyrrhiza inflata Batalin),当白天大气水蒸汽压差（ＶＰＤ）高于１kPa时,其气孔导度随时间的变化趋势为从稳态转为振荡态。通过茎木质部注射代谢抑制剂（ＮaN3或羰基氰化物－间－氯苯腙（ＣＣＣＰ）使气孔导度有些微降低,但是并不能显改变气孔振荡强度（振幅／平均值）。气孔振荡强度与ＶＰＤ和根阻力显相关,但与呼吸速度无明显相关,在荒漠条件下,当ＶＰＤ大于０．８kPa和至少存在１／４全根阻力的条件下才能出现气孔振荡。结果说明荒漠干旱条件诱发的甘草气孔振荡可能主要是一种水被动过程 。     

羊草气孔导度的Jarvis-类模型

在干旱半干旱气候条件下,土壤水分状况通常是决定植物气孔导度的重要因素,现有气孔导度模型Jarvis-类和耦合模型(或光合-导度模型)未充分考虑这一因素对气孔导度的影响。本文以Jarvis气孔导度模型为基础,提出一个充分考虑土壤水分状况因素的气孔导度模型。该模型对羊草连续两年(1998~1999)野外实地观测结果拟合良好(R2=0.603),预测能力较线性回归方程(R2=0.361)有明显提高。     

气孔导度对CO2浓度变化的模拟及其生理机制

基于气孔运动的生理生化机制重点进行了气孔导度(gs)对CO2浓度变化的响应机制分析,并推导得到气孔导度(gs)对CO2浓度变化响应模型,并以9种植物进行了模型验证。结果表明:随着CO2浓度的升高,气孔导度会逐渐降低,且下降的幅度会随着CO2浓度的升高而逐渐减弱。气孔导度对CO2浓度(Cs)变化的响应模型可以表达为gs=gmax/(1+Cs/Cs0),其中式中gmax是最大气孔导度和Cs0是实验常数。该模型较好地模拟了气孔导度随CO2浓度变化的规律,模型参数具有明确的生理意义,与Jarvis模型和Ball-Berry模型相比,该模型如何实现多种环境因子的耦合有待进一步突破。另外,模型是在短期改变叶片CO2浓度的条件下得出的,在CO2浓度长期胁迫下的适用性也有待进一步确认。     

鹤山丘陵豆科混交林下几种植物的水分生态研究

测定了鹤山豆科混交林的土壤含水量、林下３种植物（三叉苦、鬼灯笼和山菅兰）叶片的蒸腾速率、气孔导度和相应的环境因子,了解林下植物的水分生理生态特性。在湿季,蒸腾速率和气孔导度的日变化曲线呈单峰型,两者的变化趋势相似。在旱季,两者之间的日变化曲线存在差异,山菅兰的蒸腾速率呈双峰型,其它两种植物呈单峰型;气孔导度的峰值都出现在早晨。鬼灯笼的蒸腾速率和气孔导度最高,生于底层的草本植物山菅兰最低,湿季的蒸腾速率和气孔导度高于旱季。     

旱作条件下不同苜蓿品种光合作用的日变化

晴天,利用LI-6400光合仪研究了旱作条件下4年生紫花苜蓿新疆大叶、巨人201、牧歌401和路宝再生草初花期（2004年6月23日）的光合作用日变化特征.结果表明：①4个苜蓿品种Pn、Tr和Gs的日变化曲线均呈“双峰”型,12：00左右存在明显的光合＂午休＂现象,但不同品种Pn、Tr和Gs的高峰和低谷出现的时刻和高低不同.WUE日进程,除路宝呈“单峰”型外,新疆大叶、巨人201和牧歌401呈“双峰”型,4个品种在8：00左右的WUE均达到全天的最高值,14：00左右的峰值不明显.②根据Pn、Ci、Ls的变化方向,推测4个品种的光合“午休”主要受气孔因素限制.③国外苜蓿品种巨人201、牧歌401和路宝日平均Pn、Tr和WUE均优于国内地方品种新疆大叶,尤其是巨人201是一种高光合、高蒸腾、高水分利用率的品种.④相关分析结果表明,对Pn影响最显著的因子是PAR,其次是Gs、RH、Ta和VPD;对蒸腾速率影响最显著的因子为PAR,其次是RH、Ta、Gs和VPD.     

遮荫条件下绞股蓝光合作用特点的研究

在夏季遮荫条件下栽培绞股蓝的净光合速率日变化呈现不典型的双峰曲线,第1峰值出现在11：00时,达13．8μmolCO2·m^-2·S^-1日净光合速率达到176．97μmol CO2·m^-2,是强光下栽培的3．1倍;净光合速率和光量子通量密度呈正相关,相对湿度对净光合速率的影响小．强光下栽培绞股蓝。光合作用“午休”现象明显,净光合速率日变化呈现双峰曲线,第1峰值出现在10：00时,为3．0μmol CO2·m^-2·s^-1．第2峰值出现在14：00时,为1．25μmol CO2·m^-2·s^-1;相对湿度与净光合速率成正相关,对净光合速率的影响大．当光量子通量超过700μmol·m^-2·s^-1时,净光合速率与光量子通量密度呈负相关．在影响该植物蒸腾速率的诸多因子中,蒸腾速率和气孔导度之间的相关性最为显著．因此绞股蓝属于高度耐荫而怕光的植物．人工栽培应重点考虑光照因子．