鼎湖山季风常绿阔叶林林冠结构与冠层辐射研究

本文研究了鼎湖山自然保区的亚热带季风常绿阔叶林的林冠结构与冠层辐射，结果表明：１．该群落的叶面和指数为１７，叶面积指数在水平方向的分布是均一的，但在垂直方向上则是非均匀的，整个群落对光能的截获率力９６．３％，其中最上层乔木截获了总入射光强的７８．２８％，下野乔木及灌草层只截获１７．８３％，但冠层辐射仍遵循消光定律。２．群落的叶倾角影呐冠层辐射，该群落冠层上部的叶倾角在４５°－７０°处具有最大分布频率，而中下层则在５°－３５°有最大分布频率。高的叶面积指数与时的直立性相关。３．该群落上层乔木枝下高较高，且中上部枝条与树干夹角较小，枝的着叶数较多且枝的着叶长度较长；而下层乔木和灌木枝下高较低，大部分枝条与树干夹角较大，且叶多着生于枝端。这种冠层格局由冠层辐射引起。４．该群落植物叶和枝条的取向在各方向上机会均等。５．群落的叶片从上到下变大，这种格局对森林的能量分配和水分平衡有重要意义。６．该季风常绿阔叶林以林冠为活动面，林冠上层呈多孔体，中下层郁团，对太阳辐射有较强的吸收能力，因而反射率较低，年均仅３．１５％。７．植物个体结构与群体结构不同，当一个有良好结构的个体处于密度较大的群体中，将会因适应坏境而改变个体生产?

两个不同穗型小麦品种的冠层辐射和光合特征的比较研究

对大穗型和多穗型小麦品种的比较研究表明 ,大穗型品种生育前期 (拔节前 )存在一定的漏光损失 ,群体光合速率 (NCP)低于多穗型品种 ,但中后期群体总茎数较少 ,冠层透光率较高 ,消光系数较低 ,中下部叶片可得到较好的光照 ,绿叶衰退缓慢 ,NCP和群体叶源量均高于多穗型品种 。

种植密度对烟草冠层辐射和群体光合作用的影响

烟草群体光合能力是烟叶产量和品质形成的基础,种植密度是调节烟草个体生长和群体发展的重要因素。以烤烟品种‘云烟85’为材料,设置3个种植密度(D1:16 529株·hm^(-2);D2:18 182株·hm^(-2);D3:20 202株·hm^(-2))处理,研究密度对烟草群体叶面积动态、冠层辐射、群体光合作用及经济性状的影响。结果表明,烤烟群体发展动态表现为圆顶期叶面积指数(LAI)最大,行间叶尖距和冠层透光率最低,以后随着叶片的成熟采收,LAI逐渐减小,行间叶尖距和冠层透光率逐步增大。与此相应,群体光合速率(RCP)也以圆顶期较高。同一时期不同处理间相比,随密度增加LAI增大,行间叶尖距和冠层透光率减小。群体光合速率随密度的变化表现为,在圆顶期从D1到D2群体光合速率增加,从D2到D3有所下降,中部叶片采收后3个密度间差异不显著。相关分析表明,LAI与叶尖距、透光率呈显著负相关,与群体光合速率呈正相关,但不显著。表明群体光合速率并非随密度增大而持续提高,密度过大时,反而导致群体光合速率下降。产量和产值从D1到D2显著增加,从D2到D3则有所下降,上等烟比例以D2最高。从群体发展的协调性、田间管理的方便性及生产成本等综合考虑,烤烟品种云烟85的种植密度以18 182株·hm^(-2)左右较为适宜。

陆面过程模式中植被冠层短波辐射传输参数化方案研究进展

阐述植被冠层内短波辐射传输模式研究在陆面过程及陆气相互研究中的重要性,全面地回顾有关冠层短波辐射传输模式的研究进展,结合目前在陆面过程领域具有代表性的冠层短波辐射传输模式,指出当前在这一领域研究中存在并有待于解决的问题,探讨了未来的发展趋势。

冠层辐射温度对冬小麦生态系统碳通量的影响

用箱式法在太原盆地对冬小麦的碳通量进行了两年的测定,对比分析了气温（Ta）、土壤温度（Ts）和冠层辐射温度（Tc）的日、季节变化与冬小麦碳通量日、季节变化的关系.结果表明,在日、季节尺度上Tc与Ta具有较好的一致性,相关系数在0.90以上;日尺度上,净生态系统碳交换量（NEE）、总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（Reco）与Ts的相关系数在绝大部分测定日都小于与Ta和Tc的相关系数,但它们与Ta和Tc的相关系数差异不大;季节尺度上,冬小麦的GPP、NEE和Reco与3个温度（Ta、Ts和Tc）都呈显著的二次抛物线关系.生态系统光合作用的最适温度Tc略低于Ta的,差异约1℃左右.Reco与Ta的关系均好于与Ts的关系,与Tc、Ta关系的决定系数差异不大（0.95～0.96）.研究结果可以为基于遥感方式观测的冠层辐射温度在估算碳通量中的应用提供依据.

树体结构对板栗冠层光辐射与光合特征及产量的影响

以板栗主栽品种12年生‘燕山早丰’为试材,选择主枝数和主枝开张角度不同的自然开心形树形,采用WinsCanopy 2006a冠层分析仪和Li-6400光合仪分别测定冠层光辐射特征参数与光合特性,并调查了枝条类型及果实产量。结果表明:主枝数和主枝开张角度对板栗自然开心形树体单位面积枝条数无显著影响;三主枝树体的壮枝比例显著(P<0.05)高于四主枝和五主枝的;增加主枝开张角度能够提高板栗的冠层开度和冠下总辐射;主枝数和主枝开张角度不同的树体,冠层下部的净光合速率和冠层上部的水分利用效率均存在显著差异(P<0.01),且三主枝、开张角度大于60°时,净光合速率和水分利用效率最高,以及树体单位面积产量也达到最高,为0.225 kg·m-2。自然开心形‘燕山早丰’最适宜的树体结构是三主枝且开张角度大于60°。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

应用LSF概念模型反演草冠层叶面温度的试验

试验在已知土壤表面温度的前提下,分别利用AVHRR卫星遥感资料和准同步地面观测数据,应用LSF概念模型成功反演了草冠层叶面温度。通过对星、地资料反演的草冠层叶面温度比较发现,二者反演结果相差小于0.2K,说明利用卫星遥感资料,应用LSF概念模型反演草场冠层叶面温度可获得比较满意的结果。假设其他参数不变,分别对不同叶面发射率和不同土壤表面发射率反演的叶面温度分析发现,组分发射率的估算精度对反演结果影响较小,而整层空气柱可降水量的估算精度对卫星资料反演草冠层叶面温度影响大,用探空资料和露点温度估算的整层空气柱可降水量可导致反演的叶面温度相差达1.1K。在水分供应充足条件下,晴天11:00—17:00时,即使太阳总辐射强,叶面温度的变化幅度比土壤表面温度、空气温度小。以1999年8月6日为例,叶面温度变化仅有1.22K,而同时土壤表面温度变化为9.5K,1.5m高的空气温度变化为6.0K,叶面温度变化幅度比土壤表面温度、空气温度平缓。试验结果还表明,采用Becker和李召良的分裂窗模型反演青藏高原东南缘地区的陆地表面温度效果较好。

花生冠层APAR和FAPAR高光谱遥感估测模型研究

为了快速、无损监测花生生长发育,建立整个生育期内花生冠层吸收性光合有效辐射(APAR)和光合有效辐射吸收系数(FAPAR)的高光谱遥感估测模型,本试验利用高光谱遥感技术,测定沈阳地区5种不同生态类型的花生冠层光谱数据,同期获取APAR、FAPAR;并对原始光谱数据进行logρ、1/ρ、ρ′变换,构建6种植被指数,分别与APAR和FAPAR进行Pearson相关分析,并建立估测模型,对模型进行检验与评价。研究结果表明:4种变换形式的光谱数据中最优波段与APAR和FAPAR均达极显著相关(r≥0.3969,P<0.01),以ρ′在759 nm波段处与APAR(r=0.7574)和FAPAR(r=0.6276)的相关性最好,ρ′759nm处的高光谱参数与APAR、FAPAR建立的估测方程y=797.3846 e271.4883x(R=0.5512,P<0.01;RE=0.1213)和y=0.756e85.21x(R=0.4204,P<0.01,RE=0.0788)拟合系数最高、预测精度较好,估测效果很好。比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化植被指数(NDVI)、复归一化差值植被指数(RDVI)、垂直植被指数(PVI)和修改土壤调整植被指数(MSAVI)这6种植被指数的最优波段与APAR的相关性优于与FAPAR的相关性,MSAVI[723,761]与APAR所建立的对数函数y=1554ln(x)+1631(R=0.7566,P<0.01;RE=0.0870)和RDVI[731,764]与FAPAR建立的多项式函数y=1.027x2+0.713x+0.729(R=0.6194,P<0.01;RE=0.0699)的模拟值和实测值均达到了极显著、预测精度较高,MSAVI对APAR和RDVI对FAPAR估测效果很好。一阶微分光谱和植被指数可以较好地估测花生冠层APAR和FAPAR。

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。

陆面模拟中植被辐射传输参数化方案研究

在冠层二流辐射传输模式基础上新发展了一个描述太阳短波辐射在植被中传输的冠层四流辐射传输模式。冠层四流辐射传输模式是在大气辐射传输理论的基础上得到一组描述短波辐射在植被中传输过程的冠层辐射传输基本方程,引进大气中求解辐射传输方程的四流近似解法,并求得冠层四流辐射传输方程的解析解。方程中各项参量能够反映叶子或冠层特殊的几何和光学特征。冠层向上、向下辐射通量取决于冠层散射相函数、叶子在入射光方向投影面积、单个叶子反射率和透射率、叶面积指数以及直射光入射太阳高度角等。四流模式计算叶子水平倾角时对太阳短波辐射的反照率,与二流模式结果比较可以验证模式的理论推导和建模都是正确的:计算结果的比较,表明四流模式在水平叶角分布时计算的冠层反照率与二流模式结果一致,同时直射光从任何太阳高度角入射的冠层反照率结果也一致,从而证明发展的冠层四流辐射传输模式是成功的。模拟试验中将两种模型同时耦合到同一个陆面过程模式中进行比较试验,结果表明,冠层四流辐射传输模式能够得到更精确的植被反照率,从而使得陆面模式计算的地表吸收的净太阳辐射通量更接近于观测值。

滨海湿地植被地上生物量遥感反演

盐沼植被生物量是滨海湿地生态系统碳循环研究的重要参数,是湿地生态系统健康评价、资源可持续利用的关键指标,开展盐沼植被地上生物量监测方法研究具有重要意义。目前,遥感技术在湿地生物量监测领域已经得到广泛应用,但反演方法仍以统计模型为主,模型构建需要实测数据支撑,时空拓展性不强。选择江苏盐城丹顶鹤保护区为研究区,基于冠层辐射(PROSAIL)传输模型,通过局部和全局敏感性分析,对模型参数本地化,构建了互花米草地上生物量半经验反演模型,应用于Landsat 8 OLI遥感影像,获得了互花米草地上生物量的时空分布。研究结果表明,利用PROSAIL模型模拟互花米草冠层反射率,叶面积指数(LAI)、叶片干物质含量(Cm)、叶倾角分布参数(LIDF)、等效水厚度(Cw)、叶绿素含量(Cab)、叶片结构参数(N)为高敏感性参数,类胡萝卜素含量(Car)、土壤参数(P_(soil))为低敏感性参数;利用不同时刻的遥感影像反演了地上生物量,遥感反演结果与实测数据对比,拟合度R^(2)为0.83,均方根误差(RMSE)为0.43kg/m^(2),平均相对误差(MRE)为15.7%,精度较高,模型具有较好的时空普适性。研究发展了盐沼植被地上生物量遥感反演方法,解决了以往过于依赖现场实测数据构建反演模型的局限性,该方法可以为研究滨海湿地生态系统碳循环以及准确估算其碳汇潜力提供技术支持。

应用北京一号卫星数据监测高分辨率叶面积指数的空间分布

利用"北京一号"卫星(高性能对地观测小卫星,DMC+4)可同步提供中分辨率多波段信息和高分辨率全色波段信息的优势,选择冬小麦为研究对象,在考虑太阳—冬小麦冠层—传感器三者的几何关系和作物群聚效应的基础上,建立易于反演的植被冠层辐射模型,实现了对冬小麦长势空间分布的监测,并通过数值模拟和野外实验对模型进行了验证.研究表明所采用的模型和反演方法是有效的,为进一步研究LAI尺度效应打下了基础.

AVHRR NDVI和MODIS NDVI一致性评估

以AVHRR传感器和MODIS传感器为研究对象,以冠层辐射传输模型模拟植被多种状况下的冠层反射率为基础,得到对应于AVHRR和MODIS红光和近红外波段的反射率,计算并比较这两种传感器提取的NDVI结果。研究表明,这种方法从新的角度评估了AVHRR NDVI和MODIS NDVI产品之间的一致性,并提供了对应的校正系数。

节能日光温室光照强度的分布及其变化

在充分考虑了温室结构和植株生长影响的基础上,对日光温室光照强度的变化规律进行了研究,得到的主要结论如下:冠层上部辐射强度的南北差异比东西差异大;冠层下部光照条件东西差异明显,南北差异不大。总体上讲,辐射强度上下差异比南北差异明显。