林冠结构、辐射传输与冠层光合作用研究综述

林冠内辐射的分布常用泊松分布、二项分布等来描述 ,主要取决于叶片的空间散布状态。冠形与辐射分布和冠层光合作用密切相关 ,影响程度与地理纬度、太阳高度、林分密度等有关。叶片方位角为随机分布通常是合理的假设。叶倾角分布对叶片尺度的辐射吸收和光合作用是十分重要的 ,但在冠层尺度上的影响则小得多 ,并与其它冠层结构因素有关。由于叶倾角的测定十分困难 ,因而球面和椭球面叶倾角分布是常用的假设。不同的树冠分布方式及在单个树冠内叶片成簇或随机分布 ,都会对冠层辐射分布和光合作用产生重要影响。对树冠高大而叶片较小的林冠 ,半影效应可使辐射在叶片上更趋向均匀分布。目前多以圆形叶片作为计算半影效应的基础。尽管叶片的透射、反射和散射只占总辐射的百分之几 。

倍增CO_2分压对水稻和矶子草冠层光合潜力的影响

倍增CO2 分压增高水稻的光饱和光合速率、表观量子产率和光能转换效率 ,而在倍增CO2 分压下矶子草的相关光合参数降低 ,既水稻对高CO2 分压表现为正响应 ,而矶子草在高CO2 下光合作用下调。在倍增CO2 分压下 ,水稻的Rubisco羧化速率和氧化速率均见增高 ,而矶子草在高CO2 分压下 ,Rubisco羧化速率降低 ,而氧化速率略见增高。倍增CO2 分压并不明显改变水稻的不包括光呼吸的CO2 补偿点Γ ,但矶子草Γ 略见增高。在高CO2 分压下可能改变矶子草Rubisco生化特性。倍增CO2 分压降低两种供试植物的光下呼吸速率。水稻在倍增CO2 分压下其Rubisco最大羧化速率 (Vcmax)和最大电子传递速率 (Jmax)分别增高 9 3%和 2 0 7% ,而矶子草在高CO2 分压下则分别降低 5 7%和 3%。在倍增CO2 分压下水稻的净光合量增高约 5 % ,而矶子草则降低 13% ,植物种的不同特性可能影响植物在倍增CO2 下的碳积累。随着全球气候变化和大气CO2 分压增高 ,将有利于发挥水稻高光合产率的优势 ,由于矶子草在高CO2 分压下碳积累减少 ,从而可能限制其生长。大气CO2

日光温室黄瓜非均质冠层光合生产的模拟

用均质冠层结构的光合模型来模拟非均质的日光温室黄瓜冠层光合速率则误差较大。该文所建立的日光温室黄瓜非均质冠层光合速率模型考虑到日光温室黄瓜冠层内光照分布以及叶片光合特性的不均匀性,其包含了非均匀冠层的透光模型和描述冠层叶片光合特性差异的经验公式。利用该模型对冠层光照分布和冠层光合速率的模拟结果表明:当模拟时所取的植株高度小于1.2m,则冠层内直射光透光率和散射光透光率的模拟结果与验证值相比符合程度较好,但是对于模拟冠层单位体积内叶面积的总光合速率的结果还有待于进一步的验证。

基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型

为定量分析植物冠层结构与光分布及光合作用之间的关系,模拟实际环境中植物冠层的实时光合速率,为诸如作物模型中产量估测提供一种植物冠层尺度光合生产力计算方法,本文构建了基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型。模型主要分为3部分:基于L-迭代文法系统与三维图形绘制技术构建3D虚拟植物冠层结构,利用正向光线跟踪及天空可见率算法模拟虚拟冠层内光辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)传输,基于太阳几何参数、大气影响参数及地理位置等参数计算真实环境中虚拟冠层顶部实时PAR强度。利用此模型,直接输入或插值处理光合环境因子数值,采用单叶光合作用模型和相关呼吸作用模型,可计算冠层内净光合作用速率并进行周期内植物体生物量的积累估算。以实测的幼龄杉木为模拟对象,计算其冠层内净光合作用速率及周期内生物量积累,模拟结果表明,基于虚拟冠层的PAR分布模拟及其冠层光合作用速率计算,是一种对植株光合生产力估算的有效方法。

库布齐沙地油蒿群落冠层光合有效辐射与地上生物量

采用Sunscan冠层分析仪,对库布齐固定沙地、半固定沙地、流动沙地油蒿群落冠层光合有效辐射截获量(IPAR)进行研究,分层测量地上生物量重量。结果表明库布齐沙地不同沙地类型IPAR固定沙地>半固定沙地>流动沙地,不同沙地油蒿群落冠层IPAR与地上生物量具有显著相关性,冠层截获的光合有效辐射增加,固碳量加大,固碳能力提高。

包含CO2因子的冠层光合作用简化模型及其关键参数数值敏感分析

利用美国Licor公司生产的Li-6200便携式光合作用测定仪对冬小麦叶片光合作用进行了较为系统的测定研究,在实测资料支持下建立了包含CO2因子的叶片和冠层光合作用模型,验证结果表明,模型具有较高准确性。利用模型对CO2影响参数μ进行数值敏感分析,结果表明:对叶片光合而言,μ=0.83时叶片光合作用模型拟合最好,随μ减小或增大,拟合精度均下降;对冠层光合而言,μ=0.83时模拟光合日总量达到最大值,μ减小或增大,光合日总量均下降。多因子数值分析表明:在辐射值较大的状况下,μ对冠层光合的影响更为显著。

林木冠层光合有效辐射分布模拟的研究

简述了冠层辐射分布的常用研究方法,介绍了光线跟踪技术的原理及其在辐射传播中的应用。针对树木模型提出正向光线跟踪的辐射传输模型,并详细阐述了模型假设、处理流程与主要算法。该模型针对光合有效辐射在树木冠层中的传输过程,采用正向光线跟踪的方法进行模拟,最后利用HSV与RGB颜色空间转换的特殊方法,直观表达了冠层辐射分布结果。在叶片光学特征分析的基础上,将该模型应用于林木冠层PAR分布模拟中,以得到冠层的反射率、透射率和吸收率等重要参数。结果表明,模拟数据与实测数据偏差不大,验证了正向光线跟踪的辐射传输模拟是有效的。

甘蔗品种伸长期光合特性及冠层光合量的估算

本文在活体测量的基础上，分析了７个甘蔗示范品种和对照种闽糖７０－６１１在不同光合有效辐射（ＰＡＲ）下＋１叶的净光合速率（Ｐｎ）、光呼吸强度（ε）、水分利用效率（ＷＵＥ）的变化情况，并对冠层总的同化量进行估算。结果表明：甘蔗不同品种＋１叶的Ｐｎ随ＰＡＲ变化较大，但冠层总的同化量与单叶的Ｐｎ没有明显的相关性，各品种的光呼吸强度不大，变化在２．２×１０－２－２．５×１０－２μｍｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１之间；ＷＵＥ除福农８９－２０９、福蔗８７－１０与对照品种相当外，其余均比对照种高，且这种差异与Ｐｎ无正相关性。

旱作水稻冠层光合有效辐射和叶面积指数与产量的相关性分析

[目的]为了了解旱作水稻(Oryza sativa L.)冠层光合有效辐射(PAR)、叶面积指数(LAI)与其产量的相关性关系。[方法]利用SUNSCAN冠层分析仪,对正在进行产量比较试验的旱作水稻新品系的冠层PAR、LAI分别进行测量,并测定各品系的产量。[结果]当水田种植条件下冠层PAR处于223.53～262.23μmol/(m2.s),旱田种植条件下PAR处于119.62～185.74μmol/(m2.s)时,各品系产量均较高;PAR偏低的品系产量较低,但PAR太高的品系产量反而降低。对于大部分试验品系,随着LAI的不断提高,产量也在逐步提高。[结论]旱作水稻高产需要其冠层PAR处于一定的范围内,PAR太高或太低都不易达到高产的目标。LAI与产量呈正相关关系。

日光温室黄瓜冠层结构与冠层光合作用模型的构建

本研究构建了日光温室黄瓜冠层光合作用数学模型.该模型的特点是将黄瓜冠层结构模型、冠层中太阳透射模型和单叶光合模型相结合,模型的参变量包括冠层高度、冠层幅宽、叶面积指数、种植行走向、太阳光入射角度等.在冠层结构模型中运用叶面积密度分布函数理论来描述黄瓜冠层叶面积在空间分布的不均匀性;在冠层中太阳辐射的透射模型中给出了冠层中太阳直射光和散射光透光率的计算方法;在模拟整个冠层光合作用时,采用将冠层分别沿植株高度和种植行行向分层,再进行数值积分,给出日光温室黄瓜冠层光合模型的定量描述.

种植方式对关中灌区冬小麦冠层光合及产量性状的影响

为优化配置关中灌区冬小麦种植方式,以小偃22、周麦18和西农805为试验材料,采用二因素随机区组设计,研究宽窄行(B1,30cm+16cm)和等行距(B0,23cm+23cm)种植方式对关中灌区小麦冠层光合及产量性状的影响。结果表明,与B0相比,B1处理对各小麦品种均有增产效果,其中,小偃22和西农805达到显著水平。B1较B0处理,各品种的有效穗数显著提高,小偃22的穗粒数下降不显著,西农805的千粒重显著增加;各品种灌浆期LI显著提高,小偃22和西农805灌浆期的LAI显著提高;小偃22在灌浆前期与灌浆后期的光合指数、周麦18灌浆后期的光合指数显著升高;西农805灌浆前期的光合指数显著降低,而灌浆后期显著升高;小偃22的花前贮藏物质转运量及其对籽粒的贡献率显著提高,西农805花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率和西农805的经济系数显著提高,周麦18受种植方式影响较小。综上所述,B1处理能够进一步发挥小偃22和西农805在冠层光截获、同化物质生产、干物质积累与转运、产量构成要素等方面的品种性状优势,从而实现增产。

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键,还有利于小麦健壮生长发育,是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明,叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低,小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关,相关系数为0.756;冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关,相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势,但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此,在冬小麦和夏玉米一年两熟区,可相应推迟小麦的播种时间,尽量延长上茬玉米的生长期,以实现两茬作物的均衡增产。

不同氮素处理下棉花冠层光合有效辐射与其产量及构成因素的相关分析

【目的】研究不同氮素处理棉花冠层关键生育时期,吸收性光合有效辐射(APAR)和光合有效辐射吸收系数(FAPAR)与棉花产量和产量构成因素之间的相关性,为快速、非破坏性地监测棉花长势和产量预测提供理论支持。【方法】利用线性光量子传感器,获取棉花新陆早61号和新陆早72号2品种4氮素处理5个生育时期的冠层光合有效辐射(PAR),计算出APAR和FAPAR,分别与实测籽棉产量和其构成因素建立相关关系。【结果】2个棉花品种4种氮素处理的冠层APAR、FAPAR随生育期表现出相似的变化规律,冠层APAR在整个生育期呈现“M”的变化趋势;冠层FAPAR呈现出先上升后下降的趋势,其较高值都出现在开花结铃期和盛铃期,除盛花期外,2品种4氮素处理的其它4个生育时期FAPAR均为N3>N2>N1>N0的;5个生育时期的FAPAR与籽棉产量和单株有效铃数均达到显著和极显著相关关系,而只有开花结铃期的APAR与二者达到极显著相关(α=1%,n=24),APAR和FAPAR与其它产量构成因素未达到显著相关关系。利用开花结铃期FAPAR与籽棉产量和单株有效铃数相关最高的线性函数模型对其估算,籽棉产量和单株有效铃数的实测值与估测值之间均呈现极显著线性关系,预测精度分别达93.20%、93.25%。【结论】棉花不同氮素处理影响棉花冠层APAR、FAPAR的变化,利用棉花开花结铃期的冠层FAPAR可以预测棉花产量和单株有效铃数。

日光温室甜瓜冠层生态因子及光合作用日变化研究

以伊丽莎白、银岭为试材,探讨了兰州地区春季日光温室条件下立体栽培甜瓜冠层的光合速率及环境因子日变化规律．结果表明:春季日光温室甜瓜冠层光合有效辐射明显低于相同生育期的露地正茬甜瓜冠层,湿度高于露地甜瓜．除上午通风前外,冠层CO_2高于露地环境．温室甜瓜冠层净光合速率和蒸腾速率日变化均呈单峰曲线型,没有明显的午休现象．但2个品种单叶光合作用日变化态势不同:伊丽莎白各叶层均表现为单峰型,而银岭部分叶片表现出光合午休现象．温室甜瓜光合生产效率的继续提高主要依赖于冠层光照条件的改善,可通过株行局配置和整枝技术的改良来实现．

不同耐旱型玉米自交系冠层光合及产量对生殖生长期干旱胁迫的响应

在PVC管栽和大田条件下,采用裂区试验设计,主区为玉米自交系、裂区为水分处理,测定玉米冠层光合和产量等指标。结果表明,与对照(CK)相比,干旱胁迫(WS)处理下冠层叶色值(SPAD)、光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和叶面积指数(LAI)均呈下降趋势,耐旱性较强的黄早四(HZS)平均降幅小于耐旱性较弱的CML58,其SPAD和LAI的降幅较高期(R3)出现早于CML58(R5);干旱胁迫后,水分利用效率(WUE)呈升高趋势,HZS平均升幅高于CML58。HZS的SPAD、Pn、Tr、WUE、LAI、单株粒重、收获指数和群体产量均高于CML58。与CK相比,WS处理下HZS群体产量平均降幅低于CML58。综上,耐旱性较强的玉米自交系冠层光合参数对生殖生长期干旱胁迫响应相对滞后,可在干旱胁迫后维持相对较高的光合性能、水分利用效率和叶面积指数,促进植株干物质转化与子粒建成,最终获得较高产量。

棉花冠层阴阳叶空间分布的日变化及其对光合作用的影响

在2007年7—8月棉花生长旺季,将冠层按高度分多层,通过简单的试验方法确定了棉冠内叶片丛聚指数(clumping index,Ω),以此区分计算出田间各层逐时阳叶(受光叶)和阴叶(被遮荫叶)叶面积指数的动态值。在8月23日用LI-6400R便携式光合测量系统分多层分别测定阴、阳叶单张叶片净光合作用的日变化,结合阴、阳叶面积权重,探讨利用Ω区分阴阳叶之后对整个冠层日总光合作用的影响。试验结果表明:(1)花铃期棉花冠层内Ω约为0.68;(2)利用Ω计算得到8月23日冠层日间(09:00—18:00)总净光合作用日平均值大约为20.3μmol·m-2·s-1,其中阳叶贡献约占总量的72%,阴叶约占总量的28%;(3)上层叶片贡献约占总量的75%,中层叶片约占总量的22%,下层叶片约占总量的3%。

施氮量对小麦商麦156光合特性、冠层光截获及产量的影响

为冬小麦高产栽培氮肥运筹提供参考依据,以商麦156为试验材料,设置0、110、150、190、230、270、310 kg/hm2等7个施氮水平,研究氮肥不同施用量对商麦156光合特性、叶绿素含量(SPAD值)、光合有效辐射、净光合速率(Pn)与SPAD值的相关性、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)与叶面积指数(LAI)的相关性及产量构成因素的影响。结果表明:不同施氮量对商麦156光合特性、SPAD值、光合有效辐射及产量等影响显著。在返青期和拔节期,商麦156净光合速率均以氮肥270 kg/hm2时最大,蒸腾速率和气孔导度分别以氮肥190、270 kg/hm2时最大,胞间CO2浓度以氮肥110 kg/hm2时最大并表现出与净光合速率负相关的趋势。在返青期和拔节期,随着氮肥用量的增加,小麦叶片SPAD值呈现先上升后下降的趋势,且均以氮肥用量230 kg/hm2时最大,较对照分别增加4.58%和3.59%。在返青期和拔节期,Pn与SPAD值的相关关系分别为极显著和显著正相关。商麦156返青期和拔节期IPAR变化趋势一致,且以氮肥270 kg/hm2时最高,较对照分别提高15.25%和14.26%。在0~270 kg/hm2范围内,返青期和拔节期LAI均随氮肥用量的增加而增大,且拔节期高于返青期,施氮量310 kg/hm2时LAI开始下降。返青期和拔节期IPAR与LAI分别呈极显著和显著正相关。小麦穗数、穗粒数和产量以氮肥270 kg/hm2时最大,而千粒质量则以230 kg/hm2时最大。说明氮肥270 kg/hm2处理可以提高商麦156光合特性和IPAR,优化冠层结构,增加穗数、穗粒数和产量。

不同施氮量及基追比例对玉米冠层生理性状和产量的影响

以加拿大魁北克地区推广的玉米品种Pioneer 38B84为材料,研究不同施氮量和基追比例对玉米最上一片全展开叶SPAD值、Dualex值、净光合速率（PN）、叶面积指数（LAI）、地上部生物量、冠层叶绿素密度（SPAD×LAI）、冠层光合能力（PN×LAI）以及产量的影响。试验设5个处理：N0（基0＋追0）、N20＋93（基20 kg/hm2＋追93 kg/hm2）、N45＋68（基45 kg/hm2＋追68 kg/hm2）、N113（基113 kg/hm2＋追0）和SAT225[基225（播种时施氮45 kg/hm2,播种后10 d再沟施180 kg/hm2）＋追0],完全随机区组设计,重复4次,基本苗为79000株/hm2。结果表明,追肥前,叶片SPAD值、PN、LAI、地上部生物量、SPAD×LAI及PN×LAI均随基肥氮量的增加而增加,Dualex值则降低。同等施氮量下,基肥配合追肥显著提高叶片SPAD值,而追肥对叶片Dualex值和PN无显著影响。虽然基肥配合追肥处理的LAI、地上部生物量、SPAD×LAI、PN×LAI在追肥后均显著低于氮肥一次性基施,但显著提高了玉米产量。基施氮肥20 kg/hm2与45 kg/hm2处理之间玉米产量无差异,但前者过早地表现出缺氮。总施氮量为113 kg/hm2时,其SPAD值、Dualex值、PN、LAI、地上部生物量、SPAD×LAI以及PN×LAI等指标在出苗后256~0 d与SAT225处理差异不显著,但产量却显著低于SAT225处理。本试验条件下,基肥量45 kg/hm2能较好地满足玉米前期生长,但总施氮量113 kg/hm2不能满足玉米全生育期的需求,需要进一步地评估适宜的施氮量。同等施氮量下,基肥配合追肥显著提高玉米产量;SPAD值和Dualex值均与玉米植株氮含量显著相关,SPAD和Dualex可以作为实时快速指导玉米追肥的有效工具。

不同密度条件下青稞藏青2000的冠层特征与产量效应

为探讨不同密度条件下高产青稞藏青2000冠层结构特征与产量的关系,在大田条件下,采用随机区组设计,研究了187.5、225.0、262.5 kg/hm^23个密度水平对藏青2000的冠层结构特征及产量的影响。结果表明,藏青2000在高密度(262.5 kg/hm^2)条件下具有较高的产量(5883.34 kg/hm^2),比低密度和中密度分别提高13.90%和11.49%;具有高产特性的株高为101.44 cm,穗长为6.42 cm,穗下节长为26.39 cm,茎粗为4.39 mm;叶面积指数除成熟期之外,各生育期内高密度显著高于其他2个密度处理;冠层透光率在高密度条件下出现在生育期的中期,即抽穗期,达27.0,显著高于中密度(22.0)和低密度(8.0),说明在高密度条件下植株生长最旺盛期底层透光率依然较高;旗叶SPAD值抽穗期之后随着生育进程降低,且在低密度条件下下降明显,从孕穗期至灌浆期下降了50%,而在高密度下下降不明显(32%),灌浆期高密度条件下叶片SPAD值最高,为33.55,其次中密度为26.41、低密度为23.45,说明后期高密度条件下叶片SPAD值高,旗叶叶片衰老较慢,延长了叶片光合时间,有利于后期产量的形成。以上特性均表明,在林芝市种植藏青2000时适当加大播种密度,将有利于产量的形成。

氮钾配施下施磷对冬小麦群体发育特性、冠层光截获及产量的影响

【目的】明确一定氮钾配施条件下不同施磷水平对冬小麦群体发育特性、冠层截获光合有效辐射(IPAR)及产量的影响,同时分析IPAR与LAI之间的相关性,为在一定氮钾配施下筛选出适宜的磷肥用量提供理论依据。【方法】以郑麦7698为试验材料,设低氮低钾N_1K_1(N 225 kg·hm^(-2)、K_2O 150 kg·hm^(-2))、低氮高钾N_1K2(N 225 kg·hm^(-2)、K_2O 225 kg·hm^(-2))、高氮低钾N_2K_1(N 300 kg·hm^(-2)、K_2O 150 kg·hm^(-2))、高氮高钾N_2K_2(N 300 kg·hm^(-2)、K_2O 225 kg·hm^(-2))4个氮钾配施比例,每个氮钾配施设置5个施磷水平:P0(不施磷)、P1(P_2O_5 150 kg·hm^(-2))、P_2(P_2O_5 225 kg·hm^(-2))、P^(-2)3(P_2O_5 300 kg·hm2)、P4(P_2O_5 375 kg·hm-),共20个处理。对小麦群体动态、叶面积指数(LAI)、开花后干物质积累、冠层截获光合有效辐射(IPAR)、产量等指标进行测定分析。【结果】(1)在4种氮钾配施下,施P_2O_5 0—225 kg·hm^(-2)时,随施磷量的增加,总茎蘖数、开花后干物质积累及LAI均增加,施P_2O_5超过225 kg·hm^(-2)时,各指标均有所下降,以施P_2O_5 225 kg·hm^(-2)水平群体指标最佳。(2)氮钾配施固定条件下,不同施磷水平小麦冠层截获光合有效辐射值(IPAR)的大小顺序均为P_2>P1>P3>P4>P0,且P_2水平IPAR值最高,增幅最大。不同氮钾配施下以N_1K_1条件IPAR增幅最多。(3)4种氮钾配施条件下IPAR与LAI均呈指数正相关关系,N_1K_1、N_1K2、N_2K_1、N_2K_2条件下不同施磷水平小麦IPAR与LAI的拟合系数分别为0.8492、0.8363、0.7321、0.8081。产量与LAI在二阶多项式函数关系上拟合度较好,拟合系数为0.7145。(4)从3个年度各处理产量来看,适当增施磷肥有利于提高小麦的籽粒产量,但磷肥增加到一定程度小麦产量又呈下降趋势,不同氮钾配施下N_1K_1处理产量水平最高,氮钾配施固定条件下,不同施磷水平的产量及增产率均为P_2(P_2O_5 225 kg·hm^-2))时最高。【结论】本研究条件下,N_1K_1P_2(N_225 kg·hm^(-2)、K_2O 150 kg·hm^(-2)、P_2O_5 225 kg·hm^(-2))处理可以优化小麦群体结构,提高LAI,增加开花后干物质积累,提高IPAR和籽粒产量。