FACE条件下小麦冠层能量平衡和水分利用率的变化

本文利用中国开放式CO2浓度增高(Free-air CO2 Enrichment,简称FACE)系统平台,于2007年3月19日至5月24日小麦拔节至成熟期进行小麦冠层微气候及相关项目的连续观测,并结合能量平衡分析,研究中国FACE系统对小麦冠层能量平衡各分量的变化特征及水分利用率的影响.能量平衡分析结果表明,小麦冠层白天总显热通量FACE均高于对照,而总潜热通量FACE均低于对照,潜热通量FACE与对照的差异日最大值变化在-12～-63 W˙m-2之间,显热通量FACE与对照的差异最大值变化在12～78 W-m-2之间.能量平衡是小气候变化的根本,利用p-M方程反演出的冠层群体气孔导度与实测的气孔导度相关关系较好,证明能量平衡的计算结果及小气候观测数据基本正确.观测期间内模拟计算结果表明,CO2浓度升高使小麦的水分利用减小约25.5 mm,结合生物量的增加,FACE条件下小麦水分利用率增加约19%.     

柑橘叶片气孔导度的环境响应模型研究

对柑橘叶片气孔导度的模拟研究结果表明 ,柑橘叶片气孔导度的环境响应模型中环境变量至少需含有光合有效辐射在内的 2个及其以上的环境变量 ;在温度较适宜的生长季除光合有效辐射外 ,环境变量对模型精度影响程度依次为饱和水汽压差 >叶片温度 >空气CO2 浓度 ;在温度和空气CO2 浓度变化较大的季节模型精确度则受单一环境变量和变量间交互作用的影响 ;3月份柑橘叶片气孔导度对环境因子的响应可采用Jarvis模型的G(Qp)g(De)形式 ,而 7月、11月和 3～ 11月份则均可采用G(Qp)g(De)g(Tl)形式描述     

基于夏玉米叶片气孔导度提升的冠层导度估算模型

叶片气孔导度模拟及其向冠层导度的尺度提升是实现蒸散发尺度转换的基础,对农业水资源高效利用与评价意义重大。本文依据夏玉米叶片气孔导度和冠层导度实测值,在建立叶片气孔导度估算模型基础上,构建冠层导度估算模型。结果表明,夏玉米叶片气孔导度每日在10:00－14:00之间达到峰值,其日变化趋势与光合有效辐射的一致性较好,较大的饱和水汽压差对夏玉米叶片气孔导度具有一定的限制作用。根据光合有效辐射和饱和水汽压差建立的叶片气孔导度估算模型能较好反映当地夏玉米叶片气孔导度对主要环境因子的响应过程,以光合有效辐射作为尺度转换因子构建的冠层导度估算模型可较好实现从叶片气孔导度向冠层导度的尺度转换提升。     

控制灌溉水稻叶片水平的水分利用效率试验研究

根据现场试验资料，分析了晚稻叶片水平的水分利用效率的日变化与全生育期变化，叶片的水分利用效率与气孔导度及外界影响因子包括光合有效辐射、土壤水分、叶气温差等的相互关系。结果表明：控制灌溉水稻叶片的水分利用效率在较高土壤水分时与对照处理差别不明显，适度土壤水分调控可以获得较高的水分利用效率；全生育期水稻叶片的水分利用效率随土壤水分变化而波动，过高过低的土壤水分均不利于水分利用效率的提高；叶片的光合速率、蒸腾速率与水分利用效率均随气孔导度的增加表现出先增后减的变化规律。水稻叶片的水分利用效率影响因素分析显示：水分利用效率随叶气温差、二氧化碳浓度和空气湿度的增加而增加；有利于获得较高水分利用效率的气孔导度、光合有效辐射、空气温度和土壤水分范围分别是200～350 μmol·m^-2·s^-1、400～900 μmol·m^-2·s^-1、28～34℃和85%～90%的土壤饱和含水率。     

大气CO_2浓度升高对谷子生长发育与光合生理的影响

研究大气CO2浓度升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化后,谷子生产的变化,以提前采取必要的应对措施趋利避害。本研究利用FACE(FreeAirCO2Enrichment)系统首次在大田条件进行了谷子生长发育受CO2浓度升高影响的试验。结果表明,大气CO2浓度升高后,谷子的株高、茎粗、叶面积增加,叶片叶绿素含量下降。在相同CO2浓度下,抽穗期FACE圈内谷子叶片气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度与环境CO2浓度的比值(Ci/Ca)会下降,叶片光合能力有所下降,出现光适应,但水分利用效率(WUE)会提高。     

烟草气孔导度对光强的响应

气孔导度模型是评价植物叶片气孔调节的重要工具。为比较几种常用的气孔导度模型对烟草的适用性, 本研究采用Li-6400光合测定系统, 测定了大田条件下, 烟草叶片在控CO₂(390 μmol·mol^-1)和控温(20 ℃、25 ℃、30 ℃和35 ℃)情况下的气孔导度光响应曲线。以Ball-Berry模型(BB模型)、Leuning修正模型(BBL模型)、叶子飘和于强推导的机理模型(BBY模型), 对各温度下烟草的气孔导度进行拟合和比较, 将气孔导度模型与净光合速率的光响应修正模型进行耦合(耦合模型), 研究了烟草气孔导度的光响应特征, 并与Jarvis模型进行比较。拟合结果表明, 较之BB模型和BBL模型, BBY模型能更好地描述各温度下烟草气孔导度与净光合速率之间的关系。耦合模型和Jarvis模型都能较好地拟合烟草气孔导度对光强的响应曲线, 但耦合模型的拟合效果更好, 且可以直接估算最大气孔导度和对应的饱和光强, 同时可以研究最大气孔导度与最大净光合速率是否同步的问题。结果表明, 各温度下, 烟草最大气孔导度与最大净光合速率并不同步。20 ℃下气孔导度早于净光合速率达到最大值, 而其余温度下气孔导度晚于净光合速率达最大值。     

不同土壤水分条件下玉米叶片/冠层气孔导度的光谱监测模型

通过玉米水分控制试验,测定不同水分条件下各生育期叶片气孔导度、叶面积指数和冠层光谱反射率等,以分析玉米叶片气孔导度的变化规律及其与光谱植被指数的相关性,从而建立基于光谱植被指数和土壤湿度的叶片气孔导度模型。结果表明：玉米在可见光区和近红外中、长波区的反射率随着土壤水分的降低而上升,但叶片气孔导度（Gs）、叶面积指数（LAI）、比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）随着土壤水分的下降而降低;玉米NDVI和RVI与单叶片和冠层气孔导度均呈极显著指数函数关系（P〈0.01）,且对单叶片气孔导度的拟合效果优于对冠层导度的拟合效果,而经土壤湿度订正的RVI监测模型优于NDVI监测模型。表明通过测定冠层反射光谱率可实时、迅速地定量监测玉米叶片的气孔导度,为大面积作物气孔导度估算奠定基础。     

考虑植被类型的冠层气孔导度模型

冠层气孔导度指示着植物的光合和蒸腾作用的强弱,冠层气孔导度的精确估算对于研究蒸散、农业生产和生态系统的功能等具有重要意义。以往冠层气孔导度的模型很少考虑植被类型的影响,而不同植被类型间冠层气孔导度存在较大差异,本研究旨在考虑植被类型,引入气孔长度和密度计算最大气孔导度,建立植被冠层气孔导度模型。使用HJ-1卫星数据反演了2012年7-9月黑河流域植被冠层气孔导度分布,基于地面实测数据对卫星反演的冠层气孔导度进行验证,结果表明,与改进前未区分植被类型的模型相比,决定系数由0.51提高至0.70,均方根误差由4.91mm/s下降至3.32 mm/s。改进模型可以描述植被类型间冠层气孔导度的差异,如2012年7月27日反演获得的玉米冠层气孔导度均值为15.12 mm/s,而云杉的冠层气孔导度均值则为3.84 mm/s。研究可为地表能量平衡和碳水循环等科学研究及精细农业、水资源管理等应用提供便利。     

干旱条件下马铃薯叶片光合特征对叶室温度的响应

通过Li-6400便携式光合仪设置叶室温度分别为22、25、28、31和34℃,模拟叶片局部温度,测定马铃薯块茎膨大期充分供水（土壤含水量保持80%田间持水量,对照处理）和干旱（土壤含水量在65%田间持水量时开始持续干旱）条件下叶片光合特征的光响应曲线,研究干旱条件下马铃薯叶片光合特征对叶室温度的响应特征。结果表明：充足灌溉条件下马铃薯在25℃时具有较大的光合潜能,且对弱光的利用最强,22℃条件下马铃薯叶片对光环境适应最强,28℃条件下马铃薯叶片活性最好,而干旱胁迫处理明显降低了马铃薯的最大光合能力、弱光的利用能力和叶片活性。随着温度升高,充足灌溉条件下马铃薯叶片净光合速率和气孔导度先升后降,在25℃达到最大,此时蒸腾速率最小,水分利用效率较高,说明此温度条件下马铃薯表现出较强的水、气调节能力,对环境的适应能力最强,25℃下马铃薯光合作用较为适宜,其次是22℃,而干旱胁迫马铃薯叶片在22℃条件下净光合速率最大、蒸腾速率最小、气孔导度较大、水分利用效率最高,此温度条件为干旱胁迫下马铃薯适应能力最适温度。温度高于31℃对马铃薯光合作用不利。     

施硅对夜间增温条件下水稻叶片生理特性的影响

通过大田试验,研究施硅对夜间增温条件下水稻分蘖期、拔节期、灌浆期、成熟期叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)及胞间CO_2浓度(C_i)的影响。夜间增温设常温对照(CK)和夜间增温(NW)2个水平;施硅量设Si0(不施硅)和Si1(钢渣硅肥,200kg SiO_2·hm~(-2))2个水平。结果表明:(1)夜间增温可使水稻冠层和5cm土层温度升高,水稻冠层和5cm土层全生育期夜间平均温度分别提高1.21℃和0.41℃;(2)夜间增温处理可使生育期内水稻叶片P_n、T_r、G_s比对照分别下降11.0%、9.0%和20.2%,C_i比对照增加1.2%;施加钢渣硅肥处理可使叶片P_n、G_s比对照分别增加16.1%和25.8%,T_r、C_i比对照分别降低11.0%和2.0%;夜间增温条件下施硅比不施硅水稻叶片P_n、G_s分别增加22.0%和33.6%,T_r、C_i分别降低7.7%和2.3%。研究认为夜间增温降低了水稻叶片P_n、T_r、G_s,增加了C_i。施硅通过显著提高水稻叶片P_n、G_s,降低T_r、C_i,缓解了夜间增温引起的抑制效应。(3)夜间增温和施硅两种处理对水稻叶片叶绿素含量(SPAD值)影响不显著。夜间增温使叶片SPAD值平均下降3.0%;施硅使叶片SPAD值增加4.7%;夜间增温下施硅比不施硅叶片SPAD值增加5.7%。