大气CO_(2)浓度升高背景下冬小麦冠层光谱特征和地上生物量估算

本研究旨在探究大气CO_(2)浓度升高对冬小麦全生育时期冠层光谱特征的影响,并基于筛选的敏感波段建立地上生物量(AGB)与光谱参数的定量关系。为此,在2021—2022年的冬小麦生长季,利用开放式CO_(2)富集系统(Mini-FACE),设定大气CO_(2)浓度(ACO_(2),(420±20)μL L^(–1))和高CO_(2)浓度(ECO_(2),(550±20)μL L^(–1))两个处理水平,分析了高CO_(2)浓度下光谱特征变化,基于连续投影算法(SPA)、逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘法回归(PLSR)筛选AGB敏感波段并构建估算模型。结果表明:CO_(2)浓度升高使冬小麦拔节期和开花期AGB显著增加。红边和近红边反射率及红边面积在拔节期增加,在开花期和灌浆期降低,蓝边、黄边和红边位置在不同生育时期均发生移动;AGB的敏感光谱波段主要分布在红边和近红边区域,CO_(2)浓度升高缩小了AGB敏感波段范围,但不影响AGB的估算;AGB的SMLR和PLSR模型均取得了较高的估算精度(R^(2)>0.8),其中SMLR模型中的R_(799′)、D_(y)、SD_(y)和PRI等特征参数与AGB显著相关,R^(2)为0.866。PLSR模型(R^(2)>0.9)在估算精度和稳定性上优于SMLR模型。本研究可为未来高CO_(2)浓度下冬小麦生长发育的遥感监测提供理论基础和技术方法。

开放式空气CO_2浓度增高对水稻冠层微气候的影响

利用位于江苏省无锡市安镇的我国唯一的农田开放式空气CO2 浓度增高 (FACE)系统平台 ,于2 0 0 1年 8月 2 6日至 10月 13日 (水稻抽穗至成熟期 )进行水稻作物冠层微气候连续观测 ,以研究FACE对水稻冠层微气候特征的影响 .结果表明 ,FACE降低了水稻叶片的气孔导度 ,FACE与对照水稻叶片气孔导度的差异上层叶片大于下层叶片 ,生长前期大于生长后期 .FACE使白天水稻冠层和叶片温度升高 ,这种差异生长前期大于生长后期 ;但FACE对夜间水稻冠层温度的影响不明显 .在水稻旺盛生长的抽穗开花期 ,晴天正午前后FACE水稻冠层温度比对照高 1.2℃ ;从开花至成熟期 ,FACE水稻冠层白天平均温度比对照高 0 .4 3℃ .FACE对冠层空气温度也有影响 ,白天水稻冠层空气温度FACE高于对照 ,这种差异随太阳辐射增强而增大且冠层中部大于冠层顶部 ;冠层中部空气温度FACE与对照的差异 (Tface-Tambient)日最大值在 0 .4 7～ 1.2℃之间 ,而冠层顶部的Tface-Tambient日最大值在 0 .37～ 0 .8℃之间 .夜间水稻冠层空气温度FACE与对照差别不大 ,变化在± 0 .3℃之内 .而FACE对水稻冠层空气湿度无显著影响 ,表明FACE使水稻叶片气孔导度降低 ,从而削弱了植株的蒸腾降温作用 ,导致水稻冠层温度和冠层空气温度升高 。

大气CO_2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光—光合作用响应曲线和CO2—光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO2浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析。单因子分析表明:晴天状况下,冠层光合速率随CO2浓度升高而上升,当CO2浓度由330×10-6上升至660×10-6时,冠层光合日总量可增加19.7%;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0%,冠层光合日总量可增加6.7%;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1℃,冠层光合日总量减少2.9%。多因子综合数值分析表明:在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO2变化响应更加敏感。本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础。

城市林地叶片与冠层尺度CO_(2)浓度、水汽密度比较

为了定量评价城市公园林地的小气候作用,在北京市海淀公园架设涡度相关系统连续观测林地的冠层尺度数据,利用光合作用仪Licor 6400观测林地较大面积树种的叶片尺度数据,比较夏季日间叶片尺度与冠层尺度CO_(2)浓度和水汽密度。结果表明,两个尺度观测的CO_(2)浓度和水汽密度的日变化趋势基本相同,但叶片尺度CO_(2)浓度高于冠层尺度数据10%~20%,叶片尺度水汽密度高于冠层尺度数据40%~70%。冠层尺度数据的双峰“午休现象”不明显,或弱于叶片尺度数据和存在时间上的滞后。叶片尺度CO_(2)浓度与净辐射、净光合速率呈显著的负相关关系,叶片尺度水汽密度与蒸腾速率呈显著的正相关关系、与空气温度呈显著的负相关关系。冠层尺度CO_(2)浓度和水汽密度数据均与垂直风速呈显著的正相关关系。研究结果有助于了解城市林地冠层与叶片之间CO_(2)和水汽的湍流输送。

CO_2浓度升高对大豆冠层光合速率影响的数值模拟研究

利用美国Ｌｉ－６２００光合测定系统对鲁豆４号叶片光合速率进行了大量测定研究，确定了大豆叶片光－光合作用模式，模式中考虑了ＣＯ２浓度对光合作用速率的影响，在此基础上进一步测定了大豆冠层结构，建立了一个大豆冠层光合速率数值模式．利用 ＧＸＨ－３０５红外线ＣＯ２分析仪外接５０ × ５０ × １２０ｃｍ同化箱对冠层光合速率进行了实际测定，结果表明当 ＣＯ２浓度低于 ６６０ｐｐｍ时，模式可以较好地模拟出ＣＯ２浓度升高对群体光合速率的影响，平均相对误 差为７.４１％.本文所测得的大量实验数据，为研究ＣＯ２ 浓度升高对大豆生长影响提供了更加可 靠的模型参数，同时也为进一步建立自然状况下大豆生长数值模式提供了一定的理论依据．

大气CO_2浓度增加对春小麦冠层温度、蒸发蒸腾与土壤剖面水分动态影响的试验研究

根据１９９４～１９９５年在大型人工气候室内取得的试验资料，分析了大气ＣＯ２浓度倍增条件下，春小麦冠层温度、蒸发蒸腾和根层土壤剖面水分动态的变化状况。结果表明，大气ＣＯ２浓度增加１倍，春小麦冠层温度明显升高，且高水分条件升高的值比低水分条件下大０．７℃左右；蒸发蒸腾减少的幅度在不同土壤水分处理间也不相同，高水分处理的蒸发蒸腾量减少９．８８％，低水分处理的减小８．５０％，根层土壤含剖面水分消耗减小，高ＣＯ２浓度处理的根层土壤含水率高于低ＣＯ２浓度处理的，特别是在底部根系密度减小，其水分消耗明显减少。

光碳核肥处理‘茂谷柑’冠层内CO_(2)浓度变化特征与叶片生理响应研究

【目的】研究不同稀释比例光碳核肥对‘茂谷柑’冠层内CO_(2)浓度及叶片生理特性的影响,为光碳核肥在柑橘生产实践的应用提供理论依据与数据支撑。【方法】以6年生枳壳砧木‘茂谷柑’为试材,对其叶面喷施1∶100(处理T1)、1∶150(处理T2)、1∶200(处理T3)稀释比例的光碳核肥,以施加等量清水为对照(处理T4),调查柑橘冠层内CO_(2)浓度变化特征,测定其叶部形态性状、叶绿素含量、光合特性、非结构性碳水化合物。【结果】3种稀释比例光碳核肥处理‘茂谷柑’冠层内CO_(2)浓度较对照提升显著(P<0.05),增幅分别为1.63%(处理T1)、1.94%(处理T2)、1.78%(处理T3)。处理20 d后(6月2日),处理T2、处理T3的叶片的生理指标Chla、Chl(a+b)含量较对照增幅显著(P<0.05)。处理T1在叶片宽度、百叶鲜重、Pn日均值、Tr日均值、Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo上表现为峰值,其中Pn日均值、Fo、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo较对照呈显著差异(P<0.05);处理T3在Gs日均值、Ci日均值、叶长、长宽比、叶面积、百叶干重上表现为峰值,但仅有叶长、百叶干重与对照差异显著(P<0.05)。3种光碳核肥处理的叶片可溶性糖含量均表现为下降,淀粉含量均表现为上升,5月13日处理T3的可溶性糖、淀粉含量与处理T4(CK)差异显著(P<0.05)。【结论】叶面喷施光碳核肥能提高‘茂谷柑’冠层内CO_(2)浓度,对叶片生理特性产生积极响应,能增加叶片生物量、叶绿素的积累,提高叶片光合效率,并使其光合产物的配比发生变化。不同稀释比例光碳核肥对‘茂谷柑’叶片生理特性响应不同。

玉米群体冠层内光和CO_2分布特性的初步研究

为了探明玉米冠层内微环境的动态变化及其对光合特性的影响 ,用便携式红外气体分析仪和光量子探头分别测定玉米冠层内CO2 浓度和光的分布。结果表明 :3种株型玉米品种冠层内光量子密度的日变化呈早晚低、中午高的单峰曲线变化。冠层内光量子密度的分布为上层叶 >中层叶 >下层叶。高产群体穗位叶透光率大于 2 5 % ,截光率在 95 %以上。冠层内CO2 浓度的日变化呈“W”型 ,早晚高 ,上午、下午低 ,中午稍有一定回升。冠层内CO2 浓度变化为下层叶 >上层叶 >中层叶。高产群体中上层CO2 浓度较接近 ,一般为 32 0～330 μmol/mol。

生态温室系统中作物冠层的CO2分布

将生态温室系统室内环境划分为主体环境与微环境两部分,在主体环境的基础上系统研究了生态温室系统中作物冠层的CO2微环境.以成行的单个植株描述冠层,以空心圆柱体描述植株的简化方法,在考虑冠层内空气运动的基础上,对冠层的每一层建立CO2的物质平衡方程,建立了CO2动态分析模型.以一山东的生态温室为例,利用实测试验数据对模型模拟结果进行了验证.

黑河中游绿洲区玉米冠层阻抗的环境响应及模拟

蒸散发(ET)是区域能量平衡以及水量平衡的关键环节,精确估算蒸散发,对于提高水分利用效率以及优化区域用水结构具有重要意义,而冠层阻抗则是准确估算蒸散发的一个重要变量。为了确定冠层阻抗模型区域适用性、解决其参数化问题,本研究基于黑河重大研究计划已有的通量观测数据,以Irmak模型为基础,考虑微气象因子与冠层阻抗之间的关系,增加了大气CO_2浓度对冠层阻抗的影响,构建了未考虑CO_2和考虑CO_2影响的两种Irmak模型,并将其与Penman-Monteith(P-M)模型耦合,利用已有涡度相关数据,分析和检验了两种冠层阻抗模型对环境变量和大气CO_2浓度响应的模拟结果,并对模型参数进行敏感性分析。结果表明:将考虑大气CO_2浓度影响的Irmak模型与Penman-Monteith模型耦合,能够更好地模拟玉米冠层阻抗和蒸散量对外部环境变量的响应过程。在参数率定期该模型所模拟的冠层阻抗和蒸散量与实测值之间的R2分别达0.76和0.95,RMSE分别达33.1 s·m-1和34.5 W·m-2;模型验证期冠层阻抗和蒸散量模拟值与实测值之间的R2分别达0.68和0.90,RMSE分别达63.2 s·m-1和49.0 W·m-2。两个独立验证点结果表明考虑了大气CO_2浓度影响的Irmak模型具有较好的空间可移植性和适应性,模型能够较为准确地模拟玉米在整个生长季半小时时间尺度上的农田耗水过程。敏感性分析表明玉米冠层阻抗及其蒸散量对净辐射和相对湿度变化最为敏感,其次是气温、叶面积指数和大气CO_2浓度。本文所构建的考虑大气CO_2浓度对于玉米冠层阻抗影响的Irmak模型能够较为准确地估算作物蒸散量,并可为种植结构调整、土地利用方式改变以及大气CO_2浓度变化环境下的农田耗水研究提供一定的研究依据。

不同冠层结构对棉田小气候及蕾铃脱落和产量的影响

为探讨黄河流域不同冠层结构下棉花产量及田间微环境差异,对去叶枝（T1）、去叶枝高矮相间（T2）、留叶枝（T3）、留叶枝高矮相间（T4）4个群体结构下棉花的产量和微环境进行研究。结果表明：冀棉958和农大棉601的留叶枝群体在各时期的底部透光率均显著降低,而T4群体底部透光率显著高于T3群体;各时期CO_2浓度与温度、湿度均成显著偏相关关系,花铃期高矮相间群体下层的CO_2浓度平均比空气中提高8.69%-11.63%,而中层CO_2浓度降低1.66%-4.24%。T4群体冠层内的温度显著降低,棉花群体下层的湿度和CO_2浓度显著提高;去叶枝群体脱落率较低,籽棉产量显著高于留叶枝群体;高矮相间群体籽棉产量高于常规群体;冀棉958和农大棉601的T4群体籽棉产量比T3群体分别提高15.79%和10.81%。因此,留叶枝群体采用高矮相间冠层明显改善棉田中下层微环境,降低脱落率,提高铃数,有利于形成产量。

不同碳氮施肥组合对新疆滴灌棉田冠层CO_2浓度、光合作用和产量的影响

基于棉田膜下滴灌技术的管网设施,开展了随水滴施高水溶性碳素肥料,以提高棉田冠层CO2浓度及其效应研究。通过设置不同的碳氮施肥组合处理,对棉花冠层CO2浓度、光合速率及产量构成等进行测定分析。结果表明:随水滴施高水溶性碳素肥料(水不溶物<1%)能有效提高棉田冠层CO2浓度;在不同的碳氮施肥处理中,盛花期冠层CO2浓度随碳肥用量增加呈升高趋势。在水分充足、氮肥亏缺条件下,C300+N113.55处理的棉株光合速率相对较高,C600+N0处理光合速率最低;在籽棉产量方面,C300+N113.55处理最高,C600+N0处理最低,且产量差异达到显著水平。

华北低丘山区栓皮栎人工林冠层CO_2浓度和δ^(13)C变化及其影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定华北低丘山区栓皮栎人工林冠层上缘(11 m)和下部(6 m)大气CO2浓度和δ13C值,在小时尺度上分析冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素.结果表明:冠层CO2浓度呈先高后低再升高的日变化趋势,而δ13C值没有明显一致的日变化规律.白天大气不稳定状态出现的频率为70.2%,在光合作用和林内湍流的共同作用下,栓皮栎冠层下部CO2浓度高于冠层上缘约1.70μmol·mol-1,而δ13C值低于冠层上缘约0.81‰.晚上大气稳定状态出现的频率为76.2%,湍流弱,冠层叶片呼出的CO2不易流动,导致冠层下部CO2浓度高于上缘约1.24μmol·mol-1,δ13C值低于冠层上缘约0.58‰.白天和晚上冠层上下缘的CO2浓度差值与δ13C差值均呈显著的相关关系.逐步回归分析表明,白天太阳辐射和相对湿度是影响冠层CO2浓度和δ13C值差异的主要环境因子,晚上温度显著影响冠层下部与上缘δ13C值的变化,这些环境因子通过增强或减弱光合和呼吸作用来影响冠层大气中CO2浓度和δ13C值的变化.

新冠肺炎疫情期间办公建筑通风效果分析及优化策略研究

以上海某典型办公区为研究对象,将CO_(2)浓度作为感染风险核心指标,应用数值模拟与现场实测,初步探讨过渡季自然通风稀释效果对新冠病毒传播风险的影响。通过CFD模拟得到空气龄分布,布置CO_(2)传感器进行实测。结果表明,同一人均密度下,空气龄越高,室内CO_(2)浓度也越高;而当CO_(2)浓度超过警示值时,需加大新风量降低病毒浓度。针对新风量不足的现状,提出2个复合通风优化方案,改善建筑室内通风换气能力,为办公建筑疫情防控提供运行指导。

微生物菌肥对饲料型脱毒山药抗病性、品质及产量指标的影响

本研究以饲料型脱毒山药为载体,采用不同微生物肥料配方,研究微生物肥料对饲料型脱毒山药病害、产量、冠层CO_(2)浓度及品质的影响,为生产上获得更加优质的畜禽饲料提供科学依据。结果表明,在0~15 kg,随着微生物菌肥施用量的增加,褐斑病、红斑病对饲料型脱毒山药的危害程度显著降低(P<0.05),块茎中淀粉和VC含量逐渐增加,至T5处理时值最大。冠层CO_(2)浓度随微生物菌肥施用量的增加呈逐渐升高的趋势。随着微生物菌肥施用量的增加,块茎的长度、周长、块茎重量小区产量呈先升高后降低的单峰变化规律,且T5处理较对照分别增加32.77%、60.42%、71.43%、34.29%,与对照差异极显著(P<0.01)。脱饲料型脱毒山药产量与自身周长显著正相关(P<0.05),与长度、单重、CO_(2)浓度极显著正相关(P<0.01)。微生物菌肥的施用量与褐斑病、红斑病的发生存在极显著负相关(P<0.01),与田间块茎的冠层CO_(2)存在极显著正相关(P<0.01)。

不同耕作措施对微环境变化的影响

用滇丰4号玉米做材料研究了4个栽培处理(A、B、C、D)在3个坡度(3°、10°和27°)上种植玉米微环境的变化。结果表明B处理(沿等高线+薄膜覆盖+秸秆覆盖+开沟种植)效果最佳:B处理构建了高产玉米冠层的微环境特性和冠层结构,并改善了叶片光合特性。生育期间3个坡度上B处理的平均细胞间隙CO2浓度始终大于对照(处理D),2002年平均比对照增加39.37%,2003年增加36.78%。2003年9月2日光合速率在12:00时,处理B比对照增加24.35%。经相关分析可知,各个坡度总体上玉米叶片净光合速率与蒸腾速率呈显著正相关关系。