基于植被指数的棉花冠层光合有效辐射截获量和叶片净光合速率估算研究

【目的】分析不同水分处理下棉花冠层植被指数与吸收光合有效辐射截获量(FAPAR)和叶片净光合速率(Pn)之间的相关性,并通过植被指数反演FAPAR和Pn,以实现非接触、非破坏、快速、实时、大面积监测棉花的生长状况。【方法】用美国ASD Fieldspec Pro FR 2500高光谱辐射仪、LI-190SA线性光量子传感器和LI-6400便携式光合测试系统,分别测定棉花新陆早33号不同水分处理关键生育时期的冠层高光谱数据、光合有效辐射(PAR)和叶片净光合速率。【结果】不同水分处理的棉花新陆早33号冠层FAPAR与Pn均在开花结铃期达到最大值,在吐絮期达到较低值。建立重归一化植被指数(RDVI)、差值植被指数(DVI)、增强型植被指数(EVI)、光化学反射植被指数(PRI)与FAPAR、Pn的函数模型都达到极显著性相关。其中EVI与FAPAR,PRI和Pn的相关性最高(rEVI-FAPAR=0.686 3**,RMSE=0.04,rPRI-Pn=0.644 7**,RMSE=3.39,n=20),利用它们相关性最高的函数模型方程分别估算FAPAR和Pn,实测值和估测值都达到极显著(r实测FAPAR-估测FAPAR=0.805 4**,r实测Pn-估测Pn=0.760 9**,n=20)。【结论】可以用高光谱植被指数无损的提取棉花光合生理参数信息。

棉花冠层光合有效辐射截获量与产量的关系

通过研究棉花品种新陆早45号和新陆早62号光合有效辐射截获量(FAPAR)的日变化和生育期变化特征,分析其与产量的相关关系,结果表明,参试棉花品种开花期的冠层、中层FAPAR的日变化趋势一致,下层FAPAR的日变化呈抛物线曲线。参试棉花品种冠层FAPAR随着生育期变化趋势一致,冠层FAPAR较高值均出现在开花期、开花结铃期和结铃期,且在开花结铃期、结铃期和盛铃期存在显著差异(α=5%);参试棉花品种冠层的FAPAR与产量均达极显著的线性相关,说明冠层FAPAR能够反映棉花不同生育期的生长状况,决定棉花产量的形成。

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。

玉米冠层内光合有效辐射三维空间分布的测定和分析

设计了一套田间观测试验 ,以测定光合有效辐射 (PAR ,PhotosyntheticallyActiveRadiation)在玉米冠层内三维空间上的分布规律。对实测资料的分析得出如下结论 :( 1)玉米冠层内平均PAR的垂直分布具有随着向下累计叶面积指数的增加而指数递减的趋势。在冠层中上部 ,PAR透光率较高 ,递减很明显 ,冠层下部则维持较低水平 ,变化不大。在相同的天气和时间条件下稀植或密植冠层内PAR透光率随累计LAI递减的趋势相近 ,但在不同时刻 (太阳入射角度不同 )、不同天气条件下 ,即使相同的冠层也具有不同的消光系数。 ( 2 )在常规种植密度的玉米冠层中上部 ,光斑面积大 ,光斑内PAR透光率高、变化小 ,但冠层下部的光斑很少或不明显 ,最大PAR透光率也可能会很低。 ( 3)稀植会明显增加冠层下部的光斑和平均PAR透光率。 ( 4 )阴天时冠层内部PAR强度显著减小。

水稻叶片形态对冠层特性和光合有效辐射传输的影响

以4个叶片形态差异明显的高产水稻为材料，测定了5个主要叶片形态因子，分析了其对冠层结构、光合有效辐射传输和不同叶层净光合速率的影响。结果表明：品种间叶角和叶片卷曲度的变异系数分别为31．92％和17．15％，而叶长及叶宽的变异系数则分别为5．86％和6．94％，品种间叶角和叶片卷曲度的差异明显大于叶长及叶宽；不同形态叶片的冠层，其叶面积分布也不相同；在水稻冠层辐射传输特征上，光合有效辐射透过率（Tr）、光合有效辐射直接透过率（Dr）和消光系数（K）的大小及变化都与叶片形态因子有密切关系；叶片形态对净光合速率（Pr）和叶面积衰减率（DLAI）有重要作用，影响途径主要是Tr的改变。以稻田地面的Tr=0．03为指标，估算出4个品种可容纳的最大叶面积指数为6．88～8．22。

冠层底部光合有效辐射三种测量方法的比较

精确测量冠层底部光合有效辐射量(TPAR)可以提高生物量预测和模型模拟精度。本文采用3种方法对行播作物冬小麦和夏玉米整个生育期冠层底部TPAR分别进行了测量,并分生育期对比分析3种方法测量值的差异。结果表明:冬小麦全生育期垂直于行测量值平均相对误差最小,斜穿于行最大;夏玉米全生育期斜穿于行测量值平均相对误差最小,平行于行最大;冬小麦和夏玉米全生育期3种方法测量值在0 001置信水平上均无显著性差异。建议冬小麦冠层底部TPAR测量采用垂直于行的测量方法,夏玉米冠层底部TPAR测量采用斜穿于行的测量方法。

不同油茶品种冠层光合有效辐射和结实特性分析

【目的】为了明确油茶不同冠层的光合有效辐射和结实特性,为其树体的科学修剪和栽培管理提供参考依据和技术借鉴。【方法】分别以广泛栽培的树形不同的油茶良种‘长林4号’‘长林40号’和‘长林53号’为研究对象,调查分析了3个品种树冠上层、中层和下层的光合有效辐射利用特征及其结实率和果实性状特征。【结果】3个油茶品种树冠上层和中层的光合有效辐射截获率均显著高于其树冠下层的,且不同油茶品种树冠各层光合有效辐射冠层截获率的日变化规律存在差异,‘长林53号’树冠下层的有效光合辐射截获率明显低于‘长林4号’和‘长林40号’树冠下层的,‘长林40号’树冠下层的有效光合辐射截获率则相对较高;3个油茶品种不同冠层的果实其种仁含油率和油酸含量均无显著差异,其树冠上层果实的单果质量、鲜出籽率和单果籽粒数均显著高于树冠下层的,其结实率也明显优于其树冠下层的;与‘长林53号’和‘长林4号’相比,直立形品种‘长林40号’不同冠层的结实率则相对均匀;冠层的光合有效辐射截获率与平均结果数之间呈显著的正相关关系(R^2=0.8105,P<0.01)。【结论】油茶树冠上层的光合有效辐射截获率、单果质量、鲜出籽率、单果籽粒数和结实率均显著高于其树冠下层的;油茶冠层的光合有效辐射截获率为70%~90%,有利于其结实和高产。

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射(PAR)的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关(R2=0.89);玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。

不同栽植密度库尔勒香梨冠层光合有效辐射变化规律研究

【目的】了解库尔勒香梨栽植密度与冠层内光合有效辐射（PAR）的关系,为库尔勒香梨丰产优质栽培提供理论依据。【方法】采用HOBO ware Pro便携式小型自动气象站及SUNSCAN冠层分析仪,对6种不同栽植密度库尔勒香梨冠层内PAR及叶面积指数（LAI）进行测定。【结果】不同栽植密度下,冠层不同方向、不同高度相对PAR存在较大差异。冠层各方位受光强弱在1 d中均呈现规律变化,即在08：00~12：00以冠层东侧、南侧、北侧受光为主;11：00~17：00以冠层西部受光为主;树冠中部1 d中受光最弱且均匀。不同栽植密度条件下库尔勒香梨冠层内平均PAR呈＂先升高后下降＂变化趋势;4.0 m×6.0 m冠层内平均相对PAR最高,2.5 m×7.0 m冠层内平均相对PAR最低。【结论】相同株距或行距下,冠幅越大,库尔勒香梨叶面积指数（LAI）越大。库尔勒香梨冠层PAR及LAI与栽植密度、冠幅、冠层方位、冠层高度等有关。

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。

库尔勒香梨冠层光合有效辐射研究初探

为了解两种树形库尔勒香梨树冠内的光合有效辐射日变化、三维分布特征和叶面积指数大小,利用HOBOware自动气象站和SUNSCAN冠层分析系统进行测定分析。结果表明:两种树形不同方位之间的光合有效辐射日变化趋势具有较大差异,总体趋势是"低-高-低"的单峰变化曲线,不同树形辐射值表现出不稳定的上下浮动;光合有效辐射的三维分布大致呈现两种趋势,疏散分层形辐射值由树冠外围向树干内膛呈现递减趋势,由冠层下部到冠层上部递增,其冠层上部辐射值波动较大,而冠层下部则维持较低稳定水平:开心形的辐射值由冠层外围向冠层内膛递增,由树冠上层向树冠下层递减。疏散分层形的叶面积指数在不同方向上的均值显著大于开心形,同种树形在不同时期的叶面积指数均值比较认为,衰老期叶面积指数均值明显高于盛果期。

不同水分条件下棉花冠层光合有效辐射特征分析

【目的】研究棉花不同水分条件下的吸收光合有效辐射(APAR)和光合有效辐射截获量(FAPAR)随生育期的变化特征,为实时、无损、快速监测棉花生育期的生长状况,提供理论依据。【方法】通过线性光量子传感器获取棉花新陆早13号和33号两品种5水分处理冠层6个生育时期的光合有效辐射(PAR),计算得到APAR和FAPAR,分析它们的日变化和生育期的变化规律。【结果】两品种5水分处理6个生育期的APAR日变化均呈抛物线曲线,早晨08:00和晚20:00的APAR都为最低,分别在14:00时和12:00时达到最大。它们的FAPAR日变化都呈字型曲线,上午和下午的FAPAR出现两个最大峰值,中午14:00时达最低峰值。两品种5水分冠层的APAR和FAPAR均在开花初期较低,盛铃末期达最低,分别在盛花期和开花结铃期达最大,随着生育期它们的APAR和FAPAR与棉花的生育进程一致,两品种5水分在各生育时期的APAR和FAPAR高低排列顺序均为W_5>W_4>W_3>W_2>W_1。【结论】棉花的不同水分状况影响其APAR和FAPAR的变化,利用棉花APAR和FAPAR的日变化及其随生育期的变化特征,可以诊断棉花的水分和生长状况。

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。

不同水分条件下棉花红边参数与冠层光合有效辐射和经济系数的相关分析

为探明高光谱红边参数与棉花光合有效辐射参数和经济系数(HI)的关系,利用ASD Fieldspec FR2500地物高光谱辐射仪和LI-190SA线性光量子传感器分别测试棉花两品种五水分处理冠层反射光谱和冠层光合有效辐射(PAR),通过对反射光谱数据进行一阶微分,获取棉花红边位置(λr)、红边斜率(Dr)和红边面积(SDr)参数,同时对光合有效辐射数据处理得到吸收光合有效辐射(APAR)和吸收光合有效辐射截获量(FAPAR)。结果表明:随着生育时期的变化,红边参数Dr和SDr均在盛铃期达最高值,盛铃末期达最低值,冠层光合特征参数APAR和FAPAR分别在开花结铃期和盛铃期达到较高值。对Dr和SDr分别与APAR、FAPAR和经济系数(HI)进行相关分析,结果表明,Dr和SDr与APAR、FAPAR均呈现极显著的正指数函数关系(rDr-APAR=0.5132**,rSDr-APAR=0.4953**,rDr-FAPAR=0.7175**,rSDr-FAPAR=0.7497**,n=40,α=1%);Dr和SDr与HI均呈现极显著的最高负指数函数相关(rDr-HI=-0.8709**,rSDr-HI=-0.8859**,n=40,α=1%)。利用Dr和SDr分别估算FAPAR和HI,模型方程的精度分别为95.4%、78.1%、95.5%和79.7%,说明通过红边参数与光合有效辐射参数和HI的相关函数模型,可以实时、精准地和非破坏性地预测棉花冠层光合有效辐射参数和HI。

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。

钻石海棠冠层内外光合有效辐射的分布特征

为了解园林植物冠层内外的光合有效辐射(PAR)的空间分布特征,以钻石海棠为例,利用光合有效辐射测定系统,对钻石海棠冠层上部、下部以及交叉重叠三种情况下的PAR强度进行了测定分析。结果表明:1)PAR值随着太阳高度角的增加而增大,观测期间,最高值可达1500μmol m-2s-1;2)随着冠层的加厚和叶片的阻挡,从冠顶到冠下,树冠截取到的PAR呈递减趋势;3)8月-10月间,交叉重叠下的PAR透光率日平均为21%,而遮蔽条件下的PAR透光率可达32%。另外,在条件允许情况下,有必要进一步增加观测仪器数量进行长期观测,从而消除或减弱短期枝叶摆动、云层变化、冠层内透光空隙差异等因素的影响,并进一步反映冠内PAR透光率随叶面积生长的动态变化。

旱区地膜与种植密度对棉花冠层光分布及产量的影响

棉花冠层光合有效辐射截获率(PARI)是影响干物质积累和产量形成的重要因素,然而对于不同覆膜方式下种植密度对棉花冠层光分布的影响尚未明确。在旱区一膜三行的机采种植模式下,设2种覆膜方式(有膜和无膜)与5种种植密度(D1:9×10^(4)株/hm^(2),D2:13.5×10^(4)株/hm^(2),D3:18×10^(4)株/hm^(2),D4:22.5×10^(4)株/hm^(2),D5:27×10^(4)株/hm^(2)),研究不同覆膜方式下种植密度对棉花冠层PARI的影响。结果表明,在全生育期,有膜处理下棉花冠层光合有效辐射(PAR)的截获能力较强;冠层PARI与种植密度呈显著正相关关系,不同种植密度之间PARI存在差异;叶面积指数(LAI)随生育进程推进呈单峰曲线。有膜处理下,不同种植密度LAI在第94~98天达到峰值;无膜处理下,不同种植密度LAI在第109~113天达到峰值;随着种植密度的增加干物质积累量减少,其生殖器官生物量有所下降。种植密度为18×10^(4)株/hm^(2)下的产量显著高于其他处理(有膜为5805.07 kg/hm^(2),无膜为5436.96 kg/hm^(2)),研究结果为旱区合理密植、构建合理的冠层结构提供理论依据。

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。

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。

高产花生冠层光截获和光合、呼吸特性研究

在产量为 7.0～ 7.7t/hm2 高产条件下研究了中熟、疏枝、直立、大果花生品种冠层的某些生理特征 ,结果表明 ,在花生生育中期 ,冠层 2 / 3以上叶层为群体主要吸光层 ,LAI和LIR分别约占各自总量的 1/ 2和 4 / 5 ;花生消光系数 (k)为0 .82～ 0 .87,适宜最高LAI为 5 .5 ;始花后 ,群体光合作用日变化呈单峰曲线 (晴日无云 ) ,高峰出现在 10 :0 0～ 13:0 0 ,自然光照条件下 (最高 16 0 0～ 180 0 μmol·m-2 ·s-1) ,没有明显的“午休”或光饱和现象 ;群体暗呼吸在一昼夜内出现一峰(11:0 0～ 15 :0 0 )一谷 (3:0 0～ 5 :0 0 )。光强和温度分别是群体光合作用和呼吸作用日变化的主导影响因子 ;干旱显著降低群体光合速率。