玉米株型与冠层光合作用的数学模拟研究——Ⅰ.模型与验证

建立了一个对冠层结构具有高分辨率的作物冠层光合作用模型.包括冠层结构模型、冠层光分布模型和叶面光合作用模型.将作物冠层按叶面积指数划分为若干层次.上下层次之间,水平面太阳辐照度按Monsi和Saeki的指数递减模型分布.冠层对太阳漫射光的消光系数由作物株型确定,对直射光的消光系数由株型和太阳位置确定.在同一层次中,作物株型按Ross-Nilson的叶倾角分布模型,将叶面位置划分为8个方位,6个倾斜角.设同一层中水平面辐照度相同,某一方位角和倾角的叶面直射光以太阳轨道方程确定.用玉米冠层的实测资料验证了辐射分布模型和叶片的光合作用模型.敏感性试验表明,模型对输入因子有良好的响应.本模型对冠层光合作用的理论研究、作物生长的数学模拟等有一定的意义.     

基于株型的水稻冠层光合生产模拟

利用基于冠层光分布的光合作用模型,以紧凑型和松散型2个不同株型水稻冠层为对象,通过设计不同的模型输入参数组合,定量分析了不同株型水稻冠层直接辐射消光系数的日变化特征、正午时刻直接辐射在冠层内的垂直分布特征、冠层内光合作用速率的垂直分布特征、不同辐射强度下冠层光合作用速率随叶面积指数的变化特征及其日变化等。结果表明,紧凑型的增产潜力依赖于较大的叶面积指数、叶片光合效能、太阳高度角和太阳辐射强度等。研究结果为水稻高产栽培及理想株型的优化设计提供了支撑。     

玉米株型与冠层光合作用的数学模拟研究

用数值方法，分析了直立和平伸两种株型结构在冠层光分布，光合作用分布，冠层光合作用速度、光合作用日变化和光合日总量等方面的差异。指出叶面积指数越大，太阳辐射越强、太阳高度角越大（在纬度越低的地区或赤纬越高的季节），把一般株型改造成直立株型的增产潜力增大。对于叶片光合效能较高的区域，季节或品种，直立株型的增产潜力也较大。植株由一组具有各种倾斜角的叶片组成。理想株型的叶片分布函数随上述环境的和生理的因素     

基于株型的水稻光合生产模拟研究进展

株型是反映水稻(Oryza sativa L.)冠层结构与群体光合态势的综合性状,理想株型塑造与籼粳亚种间杂种优势利用相结合是提高水稻单位面积产量的关键。利用计算机可视化技术和三维数字化技术可实现对不同株型水稻的单株及群体冠层三维结构的可视化模拟,克服了G函数应用复杂与繁琐的缺点。通过调控栽培管理措施可构建高光效的水稻冠层结构,提高水稻冠层的光能截获量和单位面积产量。利用辐射度和光线跟踪技术可在三维空间上实现不同株型水稻冠层内光合有效辐射分布的精确模拟,弥补了指数模型应用假设的不足。基于生理生态过程的水稻光分布与光合作用模拟研究得到了快速广泛的发展,为数字农业技术的发展提供了强有力的模型化和定量化支撑。水稻株型的差异明显改变了光在水稻冠层内的分布和利用,进而影响冠层光合作用和物质积累,因而系统分析水稻株型与冠层内光分布及冠层光合作用间的定量关系,有利于提高水稻群体光能利用率与产量。     

橡胶树光合与干物质积累模拟模型研究

基于单叶光合速率的光响应模型和冠层光的分布规律,通过积分形式,构建了橡胶树冠层光合作用模拟模型。模型充分量化了光通量密度、温度、叶面积指数、单叶最大光合速率、光合作用特征参数、消光系数、群体反射率等因子对橡胶树冠层光合速率的影响。在分别确定了叶片和木质器官与环境因子作用关系的基础上,构建了橡胶树的群体呼吸作用模型。在橡胶树冠层的光合作用模型和群体呼吸作用模型的基础上,整合成橡胶树干物质积累模拟模型。模型经初步检验,结果表明模拟值与观测值吻合度较好,模型不仅具有较强的机理性而且具有较高的预测性和实用性。     

棉花冠层结构及光合作用研究

研究了9个陆地棉品种(品系)的冠层结构和不同层次叶片的光合速率。试验结果表明:适度地增大上层主茎节距、降低角度指数和上层叶片所占比例,有助于冠层消光系数的减小和透光条件的改善,上层叶和中下层叶的光合特性有所不同,在弱光下后者的光合速率比前者高,在强光下比前者低。作者对适合于四川棉区生态条件的合理株型结构提出     

棉花光合生产与干物质积累过程的模拟

在综合已有作物模拟模型优点的基础上,构建了基于生态生理过程的棉花光合生产与干物质积累动态模拟模型。模型中引用了高斯积分法计算冠层每日的PAR总截获量和光合同化量,考虑了PAR的日变化规律和太阳高度角变化对直射PAR消光系数的影响,在量化直射辐射对光合作用贡献的同时,分别计算了天空散射辐射、冠层和土壤散射辐射的强度。模型充分考虑了温度、生理年龄、氮素、水分等因子对光合作用和呼吸作用的影响。利用不同遗传类型品种、不同管理方式下的棉花干物质积累动态对模型进行了检验,结果表明模拟值与观测值吻合度较好,模型不仅具有较强的机理性而且具有较高的预测性和实用性。     

棉花不同群体冠层特征的映像分析

棉田群体冠层特征对于研究棉花光合作用、蒸散作用等和创建棉花理想的高产株型模式非常重要。利用冠层映像分析方法研究棉花的冠层结构方法新、速度快、准确性高,可以同时测定叶面积指数ＬＡＩ、平均叶角度ＭＦＩＡ、透射系数ＴＣ及不同高度角和方位角范围内的消光系数和叶面积分布等。通过对不同遗传型棉花品种、麦棉两熟不同的配置方式和不同打顶时间对棉花群体冠层结构特征影响的研究表明,（１）中早熟棉花新品种（系）９４０９叶面积大,平均叶角度和透射系数均较适中,群体冠层结构较为理想。中棉所１２、１７、１９的叶面积指数、平均叶角度和透射系数也比较协调,有利于构建高产群体模式。（２）小３－２式和４－２式麦棉套种配置方式均可达到适当的ＬＡＩ,但４－２式应注意加强株型控制,以便促进棉花在纵横方向上的均匀生长。（３）打顶时间过早或过晚均不利于建成理想的群体冠层,７月中下旬打顶较好。另外本文还探索研究了应用该映像分析方法的操作技术和使用方法、范围等。     

小麦冠层结构与光分布研究

１９８７～１９８９年分别在江苏沐阳和南京卫岗进行了小麦冠层结构与光分布及产量形成关系的研究。结果表明，小麦叶面积指数、最大叶面积密度出现的高度及叶倾角影响光在冠层内的分布，消光系数的垂直分布可反映叶面积和光的空间分布状况。低产群体的最高叶面积指数小于４．０，最大叶面积密度出现部位较低，消光系数分布均匀，但漏光严重，光能利用率低；过旺群体最大叶面积指数过大，最大叶面积密度出现部位较高，消光系数呈上大、中小分布，光在冠层上部递减迅速，中下部光环境差，叶片早衰，净同化率低；高产群体叶面积及其垂直分布合理，孕穗期最大叶面积密度出现在相对高度０．６０～０．６５处，冠层中下部消光系数较大，上部较小，利于光向冠层深处透射，冠层５０ｃｍ处透光率４０％～６０％，地面透光率２．５％～３．０％，净同化率较高，产量最高。     

小麦冠层结构与分光分布研究

１９８７￣１９８９年分别在江苏沐阳和南京卫岗进行了小麦冠层结构与光分布及产量形成关系的研究。结果表明，小麦叶面积指数、最大叶面积密度出现的高度及叶倾角影响光在冠层内的分布，消光系数的垂直分布可反映叶面积和光的空间分布状况。低产群体的最高叶面积指数小于４．０，最大叶面积密度出现部低较低，消光系数分布均匀，但漏光严重，光能利用率低；过旺群体最大叶面积指数过大，最大叶面积密度出现部位较高，消光系数呈上大     

新温185号核桃疏散分层形树形冠层内透光率和叶面积指数时节变化的分析

对‘新温185 号’疏散分层形树形冠层内光分布的研究,旨在深入全面地认识核桃树冠冠层内透光率(Tr)和叶面积指数(LAI)的相关关系。采用美国Li-COR公司所生产的LAI-2000 冠层分析仪在日出之前和日落之后,测定分割后的小立方体内树冠的叶面积指数(LAI)和透光率(Tr)。实验样株冠层内透光率随时节变化的垂直分布是中层＞上层＞下层,且3层之间的变化幅度也比较接近;水平分布是外部＞中部＞内膛,且内膛和中部的差别性很小。冠层内的消光系数随着时期的变化呈现出从无叶期到脂化期一直保持增大的趋势。展叶期到速生生长期和速生生长期到脂化期这2 个样株生长阶段消光系数出现了增长幅度很大的变化,展叶期到脂化期是消光系数变化最大的阶段。通过叶面积指数的测定可以得出关于核桃冠层内的透光率,进而可以得到冠层消光系数,展叶期到脂化期也是种植者需要多加重视的阶段。     

‘新温185号’核桃疏散分层形树形冠层内透光率和叶面积指数时节变化分析

对‘新温185号’疏散分层形树形冠层内光分布的研究,旨在深入全面地认识核桃树冠冠层内透光率(Tr)和叶面积指数(LAI)的相关关系。采用美国Li-COR公司所生产的LAI-2000冠层分析仪在日出之前和日落之后,测定分割后的小立方体内树冠的叶面积指数(LAI)和透光率(Tr)。实验样株冠层内透光率随时节变化的垂直分布是中层上层下层,且3层之间的变化幅度也比较接近;水平分布是外部中部内膛,且内膛和中部的差别性很小。冠层内的消光系数随着时期的变化呈现出从无叶期到脂化期一直保持增大的趋势。展叶期到速生生长期和速生生长期到脂化期这2个样株生长阶段消光系数出现了增长幅度很大的变化,展叶期到脂化期是消光系数变化最大的阶段。通过叶面积指数的测定可以得出关于核桃冠层内的透光率,进而可以得到冠层消光系数,展叶期到脂化期也是种植者需要多加重视的阶段。     

水稻群丛结构和辐射传输分析

为以遥感信息更精确地反演水稻冠层更丰富的结构参数,建立水稻多组分双向反射模型,本文计算并详细分析了水稻群丛结构特征和太阳辐射在水稻群丛内的辐射传输特性.研究表明:其叶倾角分布可用双参数椭圆函数模拟,影响太阳辐射在水稻群丛内传输的重要特征量:水稻各组分的投影函数和消光系数通过叶倾角分布函数计算是可行的;太阳     

25年生‘富士’苹果园冠层光能分布格局及其季节变化规律

为研究不同季节富士苹果园内冠层光能分布及冠层透光率随叶面积指数的变化规律,以25年生‘长富2号’苹果为主要试材,采用3415-LQF5光量子计和WinSCANOPY植物冠层分析仪于生长季节连续测定果园冠层内光能空间分布和叶面积指数的变化。结果表明,不同冠层和不同树冠空间方位的光能分布变化以及最大光照强度的获得与太阳高度角的变化密切相关;不同冠层的消光系数为次外层>内层>外层;不同季节各冠层的光能分布呈现单峰曲线,在正午时刻达到日周期最大值,不同季节冠层平均光照强度依次为春季>夏季>秋季;各冠层生长季节平均光照强度依次为外层>次外层>内层>近地面;相对光照强度小于30%的树冠所占比例随生长季节的延长逐渐增加;年周期冠层透光率与叶面积指数呈相反的变化趋势。相关性分析表明,苹果不同方位冠层平均光照强度与叶面积指数呈显著的负相关（r=-0592*）,与林隙分数呈极显著的正相关（r=0.722**）,与平均叶倾角呈显著的正相关（r=0.647*）。     

冬小麦冠层内的光分布

快速、简便、可重复、无损伤、较经济地鉴定小麦产量有关性状对提高育种效率有重要促进作用，于1998年和1999年两个种植季节，在密度为650－700万穗／hm^2的田间试验中利用数字冠层图像分析仪测定了津麦2号、京411、中麦9号和8017－2等4个北部冬麦区代表品种的冠层内光分布参数。结果表明，灌浆中期测定较能反映整个灌浆期的冠层光分布状况。在相似密度下的直接和散射辐射透过系数在年份间差异不显著，而在品种间差异显著。冠层上部的消光系数与冠层下部及冠层平均消光系数呈极显著负相关。建议育种中选择冠层上部消光系数小的基因型来改良产量潜力。     

大豆模拟株型的研究

本文通过大豆株型模拟技术,运用电子计算机程序,讨论无限结英习性大豆品种模拟株型——塔形株型和碟形株型其顶、中、底冠层叶面积指数(LAI)垂直分布及光分布特征。研究塔形株型及碟形株型顶、中、底冠层光截获(RLI)对单株荚数(NPP),单株粒数(NSP),单株粒重(SWP),粒茎比(SSR),主茎荚数(PMS)及主茎每节荚数(PNMS)等产量性状形     

不同施肥量对棉花冠层结构的影响及其调控作用

本试验通过对棉花膜下滴灌条件下不同施肥量的研究,探索棉花冠层结构参数与产量相关性.结果表明:施肥量相对高的D处理的叶面积指数、叶片平均倾斜角度、消光系数和对光能的截获率均高于不施肥A处理的各项指标;不同施肥量条件下,理想的棉花群体冠层结构指标为:叶面积指数为1.808～2.839,平均叶簇倾斜角度为9.547～35.495,散射辐射透过系数为0.219～0.092,消光系数为0.970～0.745.     

种植密度对高粱冠层结构及光辐射特征的影响

本研究旨在探讨种植密度对高粱冠层结构及光辐射特征的影响。试验设4个密度处理分别为15.4万、19.2万、25.6万和38.5万株/hm~2,以绥杂7为试验品种,采用随机区组设计,小垄双行种植。结果表明在25.6万株/hm~2种植密度条件下,产量显著高于其他处理,此密度处理生育后期群体叶面积指数降幅较小,光合有效辐射值上升较大,消光系数较大,叶片分布极差小,冠层结构及光分布均较优,利于高粱叶片的光合生产及产量的增加。本研究认为25.6万株/hm~2是优化高粱冠层结构,提高其产量的合理种植密度。     

水稻不同穗型对冠层特征及群体光分布和物质生产的影响

研究了水稻不同穗型对冠层特征及群体光分布和物质生产的影响，结果表明，水稻不同穗型群体在光分布、消光系数；冠层形成与发展，以及干物质生产速率等方面存在明显差异，与半直立或弯曲穗型群体相比，在叶面积指数相同情况下，直立穗型群体的消光系数低，群体内部光分布比较均匀，因此，在叶面积较大时，直立穗型群体的干物质生产和产量高于半直立或弯曲穗型群体。但在叶面积指数较小时，弯曲穗型群体的光吸收量相对较多，更有利于     

不同氮素水平下双季稻株型与冠层内光截获特征研究

本文旨在阐明双季稻株型与冠层内光合有效辐射截获的时空分布特征。选用4个不同株型早、晚稻品种,设置4个不同施氮水平,系统观测其植株形态和冠层内光合有效辐射截获率(IPAR)的时空分布状况。结果表明,施氮水平对早、晚稻株高、穗长、叶长和叶基角均有显著影响,均表现为随施氮水平的增加而增大;早、晚稻孕穗期的分层叶面积指数(LAI)和向上累积LAI大于抽穗后12 d,分层LAI呈冠层中部大于上部和下部的分布特征,最大分层LAI出现在0.58相对高度处;冠层上中部分层LAI和向上累积LAI随施氮水平的增加而增大;向上累积LAI随相对高度呈S型曲线分布,可用Logistic方程定量描述(R~2 0.99);早、晚稻孕穗期的冠层IPAR大于抽穗后12 d,且随施氮水平的增加而增大,其日变化表现为正午较小,早晚较大;株型紧凑的早、晚稻品种,冠层IPAR低;冠层IPAR与向下累积LAI之间的关系可用方程IPAR=a (1-e~(-b×LAI))定量描述(R~2 0.88);冠层内IPAR的三维空间分布表现为冠层上中部水平面上IPAR较低,光斑变化大,冠层下部水平面上IPAR较高,光斑变化较平缓,同一冠层高度水平面上的IPAR呈不均匀分布。研究结果可为双季稻高产栽培及理想株型的优化设计提供支撑。