基于双叶光能利用率模型反演毛竹总初级生产力研究

毛竹林是重要的碳库之一,准确估算毛竹总初级生产力(GPP)对评估毛竹在碳中和中的贡献有重要意义。本文利用2011—2014年安吉通量塔观测气象数据和遥感数据驱动双叶光能利用率DTEC(diffuse-fraction-based two-leaf terrestrial ecosystem carbon flux model,DTEC)模型模拟安吉毛竹8 d尺度GPP,估算毛竹GPP,有助了解毛竹林对气候变化以及人类活动的影响。本研究不仅考虑光饱和效应,还采用实测叶面积校准的LAI(leaf area index,LAI)产品(LAIi)驱动模型,最后将模拟GPP与实测GPP进行精度分析。结果显示:DTEC模型在估算毛竹的GPP上精度高于MOD17算法。相比MOD17算法,DTEC的拟合RMSE(root mean square error,RMSE)由1.95 g·C/(m^(2)·d)下降到1.41 g·C/(m^(2)·d),拟合RMSEr(relative root mean square error,RMSEr)由41.80%下降到30.25%;相比MOD17算法,DTEC的验证RMSE由2.44 g·C/(m^(2)·d)下降到2.24 g·C/(m^(2)·d),RMSEr由55.59%下降到50.91%。相比MODIS LAI,采用LAIi产品驱动DTEC模型时,拟合和验证阶段的精度均提高,其中拟合RMSE下降了0.10 g·C/(m^(2)·d),RMSEr下降了2.12%;验证RMSE下降了1.01 g·C/(m^(2)·d),RMSEr下降了22.78%。耦合了光饱和效应的DTEC-GPPmax模型,在使用LAIi产品驱动时,反演毛竹GPP精度最高,拟合RMSE为1.09 g·C/(m^(2)·d),RMSEr为23.40%;验证RMSE为1.18 g·C/(m^(2)·d),RMSEr为26.81%。本文考虑光饱和效应和使用LAIi产品驱动模型均能提高毛竹GPP模拟精度。上述成果为区域尺度准确反演毛竹GPP提供一种有效方法,便于评估其碳汇价值和生态经济价值。

杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较

为探究杨树与栓皮栎光合光能利用率(LUEp)和荧光光能利用率(LUEf)关系的日内变化及种间差异,从光能分配的角度进一步深入理解日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)的关系,以典型落叶阔叶林树种杨树(Populus alba×Populus gllandulosa)和栓皮栎(Quercus variabilis BI.)幼苗为对象,在相同土壤水分和养分条件下,观测研究不同树种SIF、净光合速率(Pn)与LUEp/LUEf对光合有效辐射(PAR)响应的异同。结果表明:(1)SIF受PAR驱动,二者呈显著正相关关系,杨树和栓皮栎线性拟合决定系数(R2)分别为0.965和0.973,且杨树具有更高的LUEf;Pn随PAR的增加逐渐饱和,杨树光饱和点明显高于栓皮栎,分别为998.59和674μmol CO_(2)·m^(-2)·s^(-1)。(2)杨树和栓皮栎Pn均随着SIF的增大呈先上升变化,之后杨树的Pn逐渐饱和,栓皮栎则缓慢下降。(3)LUEp与LUEf呈显著负线性相关关系,LUEp/LUEf随光强的增加呈指数型逐渐下降趋势,变化规律及大小在树种间不存在明显差异。研究结果说明,在日内随PAR的升高,LUEf变化较小,而LUEp则下降明显,光能分配向碳固定的比例下降,因此,Pn在强光下饱和,SIF与GPP在日内尺度表现出指数型相关关系,且该指数型关系在树种间一致。

基于地面通量观测与MODIS数据估算玉米光能利用率

基于地面通量数据和中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)数据,对玉米农田生态系统光能利用率(Light Use Efficiency, LUE)进行反演和分析。通过地表碳通量资料构建了玉米农田生态系统的LUE模型,分析了LUE的变化规律;通过比较不同参照波段、不同传感器角度下计算的MOIDS光化学反射植被指数(Photochemical Reflectance Index, PRI)与LUE间的关系,构建了MOIDS PRI反演玉米LUE的模型。结果表明:(1)玉米LUE呈现出明显的季节和日尺度上的变化规律,季节变化表现为单峰形,白天的LUE呈现出“U”型变化规律;(2)相比较NDVI,PRI反演植被LUE有明显优势,利用MODIS PRIS与LUE的较好相关性,建立了PRI488、PRI551和PRI667模型进行LUE反演;(3)经比较,MODIS PRIS反演LUE时最适合的为PRI551模型,其全向散射的模型具有通用性,而如果区分出后向散射数据则采用相应的PRI551后向散射模型更好;(4)利用LUEa与全天平均LUEd拟合模型与MODIS PRI551瞬时模型联合,可实现对日尺度的光能利用率的反演,其推广应用前景值得期待。

不同氮、钾施肥处理对小麦光能利用率和光化学植被指数(PRI)关系的影响

光化学植被指数PRI(photochemical reflectance index)为估算植被的光能利用率LUE(light use effi-ciency)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对PRI和LUE之间关系的影响,这些因素包括水分含量、CO2浓度等等。文章选择了不同氮、钾施肥量处理的小麦,测量其LUE和PRI,分析不同肥料处理对二者关系的影响。实验表明,氮、钾施肥量的增加将提高冠层光谱的PRI值和叶片内部叶绿素的含量,在此基础上提高小麦的LUE。对于不同氮、钾处理的小麦,PRI和LUE之间都获得了很好的相关关系,总的相关系数R2分别是0.7104和0.8534。随着氮、钾肥量的增加,PRI和LUE之间的相关性也在增加。对1,2,3份的氮施肥量,相关系数R2分别是0.6020,0.6404和0.8014;钾施肥量为1,2,3份时,R2分别为0.3791,0.6404和0.6769。因此,PRI不仅能够获可靠精度的LUE,并且为监测小麦的肥料状况提供了一种间接方法,这将为田间管理和精细农业提供了必要的参考信息。

秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田光能利用率的影响

研究了秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田光能利用率的影响．结果表明，秸秆覆盖降低了冬小麦的基本苗、分蘖数及生育前期的叶面积指数。但到生育后期，覆盖处理的叶面积指数反而升高．覆盖和灌溉降低了光合有效辐射（PAR）的底层透射率和冠层反射率，使PAR总截获率升高．覆盖和灌溉主要增加了40～60cm高度的PAR截获率．覆盖处理籽粒光能利用率降低，茎叶光能利用率和总光能利用率升高．

品种与密度对豫中地区小麦光合生理特性及光能利用率的影响

为了解不同小麦品种光合生理及光能利用对种植密度响应的差异,以豫中地区两个主栽冬小麦品种周麦22和郑麦9023为材料,设置180×104、270×104、360×104和450×104株·hm-2 4个密度水平,通过大田试验,比较分析了不同种植密度下两个品种光合特性、干物质积累、光能利用率和产量的差异。结果表明,随着种植密度的增加,两个品种旗叶叶绿素含量(SPAD值)降低,叶面积指数增大,单茎干物质积累量呈现降低趋势。与郑麦9023相比,周麦22的单茎干物质积累量和籽粒光能利用率较高,灌浆期旗叶叶绿素含量下降缓慢。周麦22的最终产量以密度270×104株·hm-2最高,郑麦9023以密度360×104株·hm-2最高。

植被光能利用率研究进展

光能利用率是表征植物固定太阳能效率的指标,指植物通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机干物质的效率,是植物光合作用的重要概念,也是区域尺度以遥感参数模型监测植被生产力的理论基础。传统的研究方法是通过生物量收获法分别确定植物生长和辐射量,求年或生长季比值;涡度相关技术作为目前直接测定植被冠层与大气间的CO2和水热交换量的唯一方法,使从冠层到景观水平的光能利用率估计成为可能。由于植被类型的差异和气候环境的综合影响使光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性。在全球尺度上,利用耦合大气CO2观测、卫星遥感和大气辐射传输模型的反演模拟,发现净初级生产力的光能利用率存在明显的地理分异。影响光能利用率时空变异性的因子包括植物内在因素(如叶形、叶羧化酶含量)和外在环境因素。针对光能利用率的时空特征及其波动,建立在通量观测及模型分析基础上的跨尺度模拟,将成为今后该领域的研究重点。

不同种植模式对夏玉米光能利用率和产量的影响

光能利用效率(RUE)的提高是增加玉米产量非常重要的因素。夏玉米不同种植模式对产量和RUE均有一定的影响,为了探讨不同种植模式如何通过改善RUE进而提高玉米产量,试验研究了不同行距种植对玉米产量及光能利用率的影响。试验于2012年在中科院栾城试验站进行,选用该区域普遍使用的先玉335和郑单958 2个品种,设20 cm+100 cm,40 cm+40 cm,60 cm+60 cm,40 cm+80 cm 4个行距水平,除了40 cm+40 cm密度为6.2×104株/hm2,其他密度均为7.5×104株/hm2。结果表明:郑单958的叶面积系数在60 cm+60 cm处理下比其他3个处理高5%～20%,先玉335高5%～17%;整个生育期内两品种60 cm+60 cm行距处理RUE高于其他处理10%～30%;在整个生育期内先玉335 60 cm+60 cm行距处理总干物质量比其他3个种植模式高15%～22%,郑单958高17%～25%;两品种60 cm+60 cm的行距处理玉米收获指数、干物质量的转移率也显著高于其他处理,从而利于提高产量。分析表明,太阳辐射和积温是影响夏玉米产量的主要气象因素,而夏玉米光能利用率明显受到积温的影响。

基于3S的自然植被光能利用率的时空分布特征的模拟

光能利用率 (LUE)直接影响植被各层中的能量分布和光合速率 ,在确定环境对光合和地上部生长分配的综合限制上十分有价值 ,是衡量系统功能的一个重要指标。本研究以遥感图像 (TM)作为数据源 ,获取了影响植被LUE的重要变量———叶面积指数 (LAI) ;用程序语言编写了描述系统碳循环和水循环的景观尺度生态系统生产力过程模型 (EPPML) ,对长白山自然保护区的太阳总辐射、净初级生产力 (NPP)和LUE等的季节动态和空间分布进行了模拟 ;并用地理信息系统 (GIS)手段对空间数据进行处理、分析和显示 ,从而实现了将植物生理生态研究的结果从小尺度向中尺度进行拓展和转换。EPPML可以比较准确地模拟长白山自然保护区景观尺度上主要植被类型的NPP和太阳总辐射 ,对LUE的模拟结果也大多在我国森林的LUE范围之内 ,但对不同植被类型LUE的验证因实测数据不足 ,仅做了初步比较。模拟结果表明 ,长白山植被的LUE与NPP的季节进程十分近似 ,7月可达 2 .9%。春、夏、秋、冬四个季节植被LUE的模拟平均值分别为 0 .551 %、2 .680 %、0 .551 %和 0 .0 4 7%。植被年LUE的模拟值平均为 1 .0 75 % ,在 - 3 .2 72 %～ 3 .556 %之间变化 ,阔叶红松 (Pinuskoraiensis)林最大 (1 .653 % ) ,高山流砾滩草类最小 (0 .1 4 6 % )。

新疆不同种植密度下春玉米光能利用率变化

【目的】研究新疆春玉米不同种植密度下光截获率的变化,探讨通过改进栽培措施,提高作物光能利用率进而提高产量的技术途径。【方法】选用新疆当地推广玉米品种新玉41号、较耐密性品种中单909为材料,设置3个种植密度处理,分别为4.5×104、7.5×104和10.5×104株/hm2;分别在玉米生长的拔节期、抽雄期、吐丝期、乳熟期、蜡熟期测定不同密度下玉米冠层光截获率、生物量累积等,计算光能利用率。【结果】随种植密度的增加,玉米叶面积指数增大,冠层光截获率增加,玉米光能利用率增加。在适宜种植密度范围内,光能利用率与作物生长率、籽粒产量呈线性关系。【结论】冠层有效光截获量是影响玉米干物质积累的主要因素,玉米叶面积指数对光能利用率和作物群体生长率有一定的影响,通过增加种植密度提高玉米的光能利用率及籽粒产量。

秦岭华山松群落能量环境及光能利用率研究

选取具有代表性的华山松群落,对5月份到达群落的太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、反射辐射、净辐射进行观测和研究;利用1996～1998年的气象资料,计算群落获得的太阳辐射总量;分析了群落内太阳辐射日变化规律及能量分布特点。结果表明:到达群落上层的太阳辐射为41.99×10~7 J/m^2·月,其中直接辐射为 30.23 ×10~7J/m^2·月,散射辐射为11.76×10~7J/m^2·月;生长季内华山松群落获得的总太阳辐射能为 1.68×10~9J/m^2,净辐射为 1.10×10~9J/m^2。两种不同结构的群落年净积累能量分别为7.285×10~6J/m^2·a.和4.121×10~6J/m^2·a.;以生长季内接受的太阳总辐射为基础,群落乔木层的光能利用率分别为0.434％和0.246％;以生长季内接受的太阳净辐射为基础,其光能利用率则分别为0.663％和0.375％。

毛竹种群光能利用率的研究

依据生态学原理， 对毛竹林种群的含水率、热值、生物量等进行研究． 结果表明： 毛竹秆、枝、叶各组分的平均含水率分别为３９．９５％ 、３３．８１％ 和５０．８１％ ， 热值依次为２０ １００．２３、１９ ８９２．０３ 和１９ ４６０．６２ （ｋＪ／ｋｇ）， 并在这基础上进一步分析了毛竹林种群光能利用率，

内蒙古草原植被最大光能利用率取值优化研究

针对目前CASA(carnegie-ames-stanford approach)模型等植被生产力模型植被最大光能利用率的取值未对草原进行区分的问题,以内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原为研究对象,结合野外实测NPP(net primary productivity)数据和CASA模型的建模思路优化了三大草原类型植被最大光能利用率,并以此为基础模拟分析了其植被光能利用率和NPP时空格局。结果表明,基于99个地面采样点所建立的一元二次方程模拟的草甸草原、典型草原和荒漠草原最大光能利用率分别为0.654,0.553和0.511gC·MJ-1,平均为0.573gC·MJ-1。与未对草原类型进行区分而统一取值为0.541gC·MJ-1的结果相比,实测NPP与模拟NPP之间的决定系数和和均方根误差分别提高了0.024和2.62gC·(m2·month-1)-1。受水热组合和草原类型的空间格局的影响,内蒙古草原植被光能利用率和NPP总体上由东北向西南逐渐下降趋势,呈明显的单峰季节变化特征。但光能利用率和NPP的最大值出现的月份有所不同,分别出现在8月份和7月份,这可能与植被吸收的光合有效辐射和光能利用率的最高值出现的月份不同有关。光能利用率和NPP平均值按草甸草原>典型草原>荒漠草原的顺序依次降低。

西藏玉米生物生产力及其光能利用率特征

利用实测资料 ,对高原玉米田的干物质累积及太阳能利用率特征等进行了探讨 ,结果表明 :①高原玉米干物质累积量可高达 2 5t hm2 ～ 30t hm2 :其中露地玉米干物质积累量为 2 5t hm2 ,地膜玉米干物质累积量可达 30t hm2 ,比露地玉米高 1 5%左右 ;②地膜玉米鲜重也明显高于露地玉米 ,最终鲜重可达 90t hm2 ,比露地玉米高 5%左右 ;③西藏玉米干物质累积量比内地平原地区玉米干物质积累量高 2 0 %～ 33% ;④高原露地玉米田的最大太阳能利用率出现在灌浆期 ,可达 3 5% ,拔节到成熟期的平均太阳能利用率为1 8% ;⑤高原露地玉米田和高原冬小麦田的平均太阳能利用率没有明显差别 ;⑥从西藏玉米资源开发前景看 ,在青藏高源海拔 370 0m以下的广大农牧区 ,发展地膜籽粒玉米和露地青贮玉米具有不可替代的优势 。

水氮管理及品种对冬小麦光能利用率的影响

提高光能利用率（RUE）是作物获得高产的重要因素之一。遗传特性和栽培管理措施等因素通过影响作物冠层结构及冠层形成过程,进而影响作物的光能利用率。为探讨不同冬小麦品种在不同水氮管理条件下的光能利用率,于2012—2013年,在中国科学院栾城农业生态系统试验站,进行了3个冬小麦品种（‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’）在3个氮水平[135 kg（N）·hm^-2,180 kg（N）·hm^-2,225 kg（N）·hm^-2]和3个灌溉水平（70 mm,140 mm,210 mm）下的大田试验,对关键生育期光合有效辐射截获、生物量和叶面积等参数进行了测定和分析。结果表明：不同冬小麦品种的光能利用率存在显著差异（P〈0.05）,‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’的光能利用率分别为2.10 g·MJ^-1、2.05 g·MJ^-1和1.93 g·MJ^-1。不同水氮处理对冬小麦光能利用率有一定的影响,其值为1.80~2.20 g·MJ^-1;水氮因素对冬小麦光能利用率的影响不同,随着施氮水平的增加,光能利用率增加,适度的水分亏缺会产生较高的光能利用率。光能利用率增加与生物量形成呈正相关,但当生物量增加到一定程度后冬小麦产量并不随生物量的增加而增加,这与干物质量转移率随着生物量增加而降低有关。结果还显示：从拔节期到灌浆期冬小麦的光能利用率与气温存在明显的曲线关系,其在水氮条件下表现不一致。综合上述分析结果,需要适宜水氮供应才能获得适度干物质积累,提高光能利用率和有效干物质运转,最终提升冬小麦产量。

任豆林的生物量和光能利用率

本文研究了粤北石灰岩地区以任豆（Ｚｅｎｉａｉｎｓｉｇｎｉｓ）为主的自然林（萌生３４年）的生产能力，并与任豆人工林（６年生）作对照。结果表明，在１９９２年７月调查时，自然林和人工林的现存生物量分别是１２５．３８和１０．３４ｔ·ｈｍ－２；平均增长量为３．６９和１．７２ｔ·ｈｍ－２·ａ－１；木材蓄积量为８６．３５和９．９３ｍ３·ｈｍ－２；其乔木层总生产力为８４２８４和２１５１０ｋＪ·ｍ－２·ａ－１；对光合有效辐射能的利用效率为５．４３％和１．３９％。反映了任豆自然林现存生物系和生产力比鼎湖山南亚热带常绿阔叶林（同龄荫生林，在１９９１年１１月调查）现存生物量１９６ｔ·ｈｍ－２低，而比热带和亚热带半干旱区森林植物量分别１０７和９８．７ｔ·ｈｍ－２高。任豆人工林因盖度和叶面积指数比自然林低，故总生产力和光能利用率也比较低，说明任豆人工林尚有较高的生产潜力。

江苏省农作物最大光能利用率时空特征及影响因子

基于遥感数据的光能利用率模型被广泛应用于计算陆地生态系统的生产力,但其结果对最大光能利用率(εmax)参数非常敏感。由于该参数存在明显的时空变异性,在区域尺度上难以确定。利用MODIS遥感数据、分县产量统计数据和VPM模型推算了2001—2010年江苏省各县逐年的农田εmax,分析了其时空变化特征及其可能原因。结果表明,在2001—2010年期间,江苏省61个县区农田εmax平均值的变化范围为0.757—3.435 g C/MJ,呈现北高南低、中间高四周较低的空间分布特征;各县区农田的εmax都呈现出上升趋势,但在2001—2006年期间存在明显的年际波动,2002年、2004年和2006年的εmax相对较低,2007年后全省农田εmax稳定上升;εmax的年际波动呈现由北向南递减的趋势;全省大部分地区εmax的年际变化与单位耕地面积农用化肥施用量呈正相关性,苏北北部尤为明显;同时也与C4作物产量所占比例相关。研究表明在利用光能利用率模型计算农田生产力时,需要发展能考虑εmax时空变化的参数化方案。

基于光能利用率模型的松嫩平原玉米单产估算

区域作物产量估测对于农业用地管理、粮食安全和宏观调控具有重要意义。以中国重要的玉米主产区之一松嫩平原为研究区,利用2001—2013年长时间序列遥感和气象数据,基于光能利用率模型估算玉米生育期5—9月累积地上生物量,进而根据地面实测的玉米收获指数校正,建立了研究区玉米单产估算模型。结果表明:该模型估算结果达到了大范围估产的精度要求;2001—2013年松嫩平原年均玉米单产为12 397.44kg/hm^2,总体呈增加趋势。该区玉米单产空间分布差异显著,总体为西低东高。从玉米单产年际变化的空间分布来看,研究区91.7%的区域玉米单产均有所增加,尤其是在松嫩平原西部的白城、齐齐哈尔等地,增产趋势更为明显。松嫩平原南部地区玉米单产与降水间具有显著的正相关性,但与气温呈负相关性,而研究区其他地区玉米单产与降水和气温相关性不明显。

利用光化学反射植被指数估算光能利用率研究的进展

植被光能利用率(LUE)是估计植被初级生产力(GPP)和净初级生产力(NPP)模型的一个重要输入,准确地估计LUE对于生态学研究有重要的意义。由于LUE随环境的变化关系十分复杂,现有的LUE估算模型过于粗糙简单,而通过遥感直接估计LUE将会更加可靠。研究表明,光化学反射植被指数(PRI)与LUE有很好的相关性,故PRI在利用遥感估计LUE方面具有极大的潜力。但是很多研究也发现了PRI-LUE的关系不够稳健,受许多因素的干扰,比如物种构成、冠层结构及大气等。因此,PRI的广泛应用还需要更多的研究。本文首先介绍了PRI的定义及PRI随LUE变化的生理机制,再综述了一些利用遥感手段建立PRI-LUE关系的例子,然后分析了影响PRI-LUE关系的各种干扰因素,最后对PRI研究取得的成果、存在的问题以及发展前景作了总结。

几个两系法高产杂交组合的光能利用率初探

:1 998年早、晚季 ,在广州测算了两系法杂交水稻强优组合培矮 6 4S/E32、培矮 6 4S/931 1、粤杂 1 2 2和常规优质高产品种粤香占和高产品种特三矮 2号的光能利用率。结果显示 :早季稻的平均光能利用率为 0 .996 %±0 .0 5 9% ,晚季稻为 0 .843%± 0 .0 2 9% ;早季以培矮 6 4S/E32光能利用率最高 ,达 1 .0 6 2 % ,晚季以培矮 6 4S/931 1最高 ,为 0 .877%。