冬小麦叶片气孔导度模型水分响应函数的参数化

植物气孔导度模型的水分响应函数用来模拟水分胁迫对气孔导度的影响过程,是模拟缺水环境下植物与大气间水、碳交换过程的关键算法。水分响应函数包括空气湿度响应函数和土壤湿度(或植物水势)响应函数,该研究基于田间实验观测,分析了冬小麦(Triticum aestivum)叶片气孔导度对不同空气饱和差和不同土壤体积含水量或叶水势的响应规律。一个土壤水分梯度的田间处理在中国科学院禹城综合试验站实施,不同水分胁迫下的冬小麦叶片气体交换过程和气孔导度以及其他的温湿度数据被观测,同时观测了土壤含水量和叶水势。实验数据表明,冬小麦叶片气孔导度对空气饱和差的响应呈现双曲线规律,变化趋势显示大约1kPa空气饱和差是一个有用的阈值,在小于1kPa时,冬小麦气孔导度对空气饱和差变化反应敏感,而大于1kPa后则反应缓慢;分析土壤体积含水量与中午叶片气孔导度的关系发现,中午叶片气孔导度随土壤含水量增加大致呈现线性增加趋势,但在平均土壤体积含水量大于大约25%以后,气孔导度不再明显增加,而是维持在较高导度值上下波动;冬小麦中午叶片水势与相应的气孔导度之间,随着叶水势的增加,气孔导度呈现增加趋势。根据冬小麦气孔导度对空气湿度、土壤湿度和叶水势的响应规律,研究分别采用双曲线和幂指数形式拟合了水汽响应函数,用三段线性方程拟合了土壤湿度响应函数和植物水势响应函数,得到的参数可以为模型模拟冬小麦的各类水、热、碳交换过程采用。

春玉米持续干旱过程中常用气孔导度模型的比较研究

气候变化背景下,干旱频发导致的土壤水分变化将影响气孔导度模型的适用性,进而影响生态系统碳-氮-水循环模拟的准确性。基于春玉米持续干旱田间模拟试验资料,比较了常用气孔导度模型在干旱条件下的模拟效果,评价了土壤水分响应函数对气孔导度模型效果的影响,并探讨了气孔导度模型的适用土壤水分范围。结果表明,在持续干旱过程中,模型模拟效果表现为BBL模型最优,其次是USO模型和BWB模型,Jarvis模型最差;引入土壤水分响应函数,提高了BWB模型和USO模型的模拟效果,而降低了Jarvis模型和BBL模型模拟效果,模型模拟效果表现为USO修正模型最优,其次是BBL修正模型和BWB修正模型,Jarvis修正模型最差。在持续干旱过程中,Jarvis模型和BWB模型的剩余气孔导度较大,而BBL模型和USO模型的剩余气孔导度相对较小,表明BBL模型和USO模型在干旱条件下具有一定的稳定性。基于95%置信区间判断表明:Jarvis模型、BBL模型和USO模型在土壤相对湿度范围为33%—83%条件下适用,而BWB模型的适用土壤相对湿度范围为33%—76%,引入水分响应函数后可在试验条件下适用。研究结果可为干旱条件下选取合适的气孔导度模型以准确模拟陆地生态系统碳循环和水循环提供依据,并为改善农业水资源的有效使用和评估提供支撑。