盐池沙地不同土壤水分条件下沙柳的光响应研究

在半干旱的盐池沙区,运用Li-6400便携式光合测定系统,测定了3 a生沙柳在不同水分条件下叶片光合和蒸腾作用的光响应特性.结果表明;0～2 000μmol/(m2·s)PAR范围内,沙柳在土壤水分为2%,4%,8%,12%时的光饱和点分别为1 340,1 520,1 550和1 633 μmol/(m2·s),随土壤含水量的增大而增大;Tr随PAR的增高不断增大;最大Pn分别为8.7,9.1,9.47和19.52 μmol/(m2·s);维持较高的Pn,即净光合速率达到最大的80%时,最低光照强度均在500μmol/(m2·s)以上;既保证较高的光能利用效率又维持较高的水分利用效率的光强600～1 500 μmol/(m2·s).沙柳平均Pn随着土壤含水量的增大而增大,而平均WUE在土壤含水量为8%时达到最大值,因此,沙柳的光能利用效率和水分利用效率都比较好的SWC应该为8%左右.     

华北平原灌溉麦田水分利用效率的SEM多因素影响研究

水分利用效率(WUE)常被嵌入到多种生态系统模型中,用于评估生态系统对气候变化的响应。然而,自然条件下多种因素不仅直接影响WUE,还通过影响冠层结构等间接影响WUE,其中的影响机制仍不明晰。为了明确多种因素对冬小麦WUE的协同影响,本研究基于2015年(温暖湿润年)和2016年(温暖干旱年)涡度相关系统观测的小麦关键生育期(返青、拔节、抽穗、灌浆)的数据,分析了WUE的变化,并借助结构方程模型(SEM),以叶面积指数(LAI)为中间变量,分析了多种因素[净辐射(R_n)、空气温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)、风速(WS)、土壤含水量(SWC)]对WUE的影响机制。结果表明,2015年平均WUE为1.52g(C)·kg~(-1)(H_2O),2016年平均WUE为1.22g(C)·kg~(-1)(H_2O)。不管在温暖湿润年还是温暖干旱年, T_a、LAI和VPD均是影响WUE的主要因素。WUE随LAI增加而增加, Ta增加也有助于提高WUE,而当温度相近时, VPD增加会降低WUE。T_a、LAI和VPD对WUE的影响在温暖湿润年和温暖干旱年重要性程度不同,温暖湿润年最重要的影响因素为LAI,温暖干旱年为T_a; VPD在温暖湿润年既直接影响WUE,同时又通过影响LAI的变化间接作用于WUE,但在温暖干旱年仅具有直接影响。R_n在温暖干旱年和温暖湿润年表现也不相同:在温暖湿润年对WUE具有显著的影响,在温暖干旱年影响不显著,这与温暖湿润年降雨量大及降雨频次高有关。显然,模拟WUE时考虑不同年份气象条件会使结果更为准确。WS未对WUE产生显著的影响,潜在原因可能是其对冠层上部接收辐射充足的叶片影响较大,而对冠层内部叶片无显著影响。农田生态系统不同生育阶段对辐射、温度等的耐受性及响应方式不同,SEM可以将LAI设置为中间变量以综合这种阶段性的变化,因此,对于冠层结构季节变幅大的生态系统, SEM是研究其环境控制机制的有力工具。这些研究结果可为今后精确模拟生态系统WUE以及预测WUE对气候变化的响应提供科学依据。     

杨树无性系气体交换特征和水分利用效率研究

通过对3个杨树无性系(JK-7,JK-10,JK-11)气体交换参数及其相应环境因子的测定,对其光合与水分生理生态特征进行了研究.结果表明,3个无性系对同一环境的响应不同.JK-7和JK-11的蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)日变化呈单峰型,JK-10呈双峰型;3个无性系的水分利用效率(WUE)日变化均呈双峰型.它们的P_n,T_r差异显著(P＜0.05),WUE差异不显著,其中JK-10的P_n,T_r均显著高于JK-7.3个无性系的气体交换受气孔导度(G)、光合有效辐射(PAR)的影响均比较大,同时,JK-7受相对湿度(RH)的影响较大,JK-10受气温(Ta)影响也较大.3个无性系的WUE均与G_s显著负相关.     

两种针叶树种光合特性研究

采用Li—6200光合分析仪,对祁连园柏和青海云杉两种针叶树种的光合速率进行了日变化和季节变化测试,结果表明:祁连园柏和青海云杉两种针叶树种的光合速率日变化均呈单峰曲线,两种树种的光合速率日变化峰值均出现在1日之中的9:00时,其中青海云杉光合速率日变化峰值为9.06μmol/(m~2·s)祁连园柏光合速率日变化峰值是7.154μmol/(m~2·s)。两种树种光合速率在季节变化中青海云杉有两个峰值分别在5月和8月分别为3.124,3.497μmol/(m~2·s);而祁连园柏的光合速率在季节变化中只有一个高峰值在5月份,为2.96μmol/(m~2·s)。两种树种的光合速率及其内外影响因子相关分析得出:青海云杉Pn与RH、COND两因子之间呈极显著正相关关系(r=0.632 6与r=0.688 4);与CINT、RS因子呈极显著负相关关系(r=-0.4620与r=-0.5740)。祁连园柏Pn与RH因子呈极显著正相关关系(r=0.412 6);与其它因子呈不显著正或负相关关系。两种针叶树种的WUE在生长季节变换中,青海云杉WUE较高值在5月和8月分别为0.636 98和0.532 4,平均WUE是0.315 6;祁连园柏水分利用效率WUE较高值在5月和6月分别为0.263 1和0.280 5,平均WUE是0.132 8。     

LED光源红蓝光配比对生菜光合作用及能量利用效率的影响

为了提高植物光能及电能利用效率,降低植物工厂光源的投入产出比,该文从不同红蓝光配比(R/B)对生菜光合作用影响机理入手,分析不同R/B对生菜光能及电能利用效率的影响。以荧光灯处理(FL)作为对照,通过设置不同红蓝光配比(R/B)共7个处理进行试验,测定不同R/B下生菜的Ru Bis Co羧化速率和氧化速率、光合电子流分配以及叶氮分配。结果表明:1)当R/B≥8时,增大蓝光比例显著降低了总电子传递速率向参与光呼吸的光合电子流的分配,促进了叶氮向羧化系统和生物能学系统中的投入,提高了叶片的光合作用;2)当R/B≤8时,生菜电能利用效率(electric-energy use efficiency,EUE)和光能利用效率(light use efficiency,LUE)随着R/B增加而显著增大,R/B≥8处理间EUE无显著性差异,但R/B=12处理下LUE较R/B=8处理高12.5%。综上所述,在光强为200μmol/(m2·s)的红蓝LED植物工厂中,R/B为8是影响生菜光合作用、光能及电能利用效率的转折点;为保证生菜高效生产,以红蓝光配比不小于8为宜。     

杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较

为探究杨树与栓皮栎光合光能利用率(LUE_p)和荧光光能利用率(LUE_f)关系的日内变化及种间差异，从光能分配的角度进一步深入理解日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)的关系，以典型落叶阔叶林树种杨树(Populus alba×Populus gllandulosa)和栓皮栎(Quercus variabilis BI.)幼苗为对象，在相同土壤水分和养分条件下，观测研究不同树种SIF、净光合速率(P_n)与LUE_p/LUE_f对光合有效辐射(PAR)响应的异同。结果表明：(1)SIF受PAR驱动，二者呈显著正相关关系，杨树和栓皮栎线性拟合决定系数(R²)分别为0.965和0.973，且杨树具有更高的LUE_f;P_n随PAR的增加逐渐饱和，杨树光饱和点明显高于栓皮栎，分别为998.59和674μmol CO₂·m^-2·s^-1。(2)杨树和栓皮栎...     

不同氮素形态下小麦叶片光合气体交换参数对蒸汽压亏缺的反应

利用溶液培养试验,研究了不同氮素形态下小麦叶片光合气体交换参数对蒸汽压亏缺(VPD)的反应,以揭示不同氮素形态影响水分利用效率(WUE)的生理机制。结果表明:铵态氮处理显著降低了小麦的叶面积和根长,提高了小麦的瞬时和长期水分利用效率。不同氮素形态下,叶片光合气体交换参数对蒸汽压亏缺的反应不同。随VPD增加,硝态氮处理的净光合速率无变化,但铵态氮和硝酸铵处理的净光合速率则明显下降。所有处理的叶片气孔导度均随VPD增加而下降,其中硝态氮和硝酸铵处理的下降幅度明显高于铵态氮处理。硝态氮和硝酸铵处理的细胞间隙CO2浓度也随VPD增加而下降,但铵态氮处理未发生变化。所有氮处理的蒸腾速率均随VPD增加呈现出二次抛物线变化,叶水势并未随VPD增加发生变化,表明气孔对VPD的反应符合前馈机制。3个处理的瞬时WUE均随VPD增加而下降,高VPD下铵态氮引起小麦叶片气孔的关闭是其WUE提高的重要原因之一。     

灌溉对冬小麦水分利用效率的影响研究

通过设计不同的灌溉处理，从叶片水平、群体水平和产量水平3个层次系统分析了冬小麦水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)的变化特点及其内在联系。结果表明：叶片水平WUE或蒸腾效率(Transpiration Efficiency, TE)是群体蒸散效率基础；气孔运动机制及光合作用和蒸腾作用对环境变化响应的差异是叶片水平WUE的生理基础；而产量水平WUE是群体蒸散效率与收获指数共同决定的。随耗水量的增加，叶片光合速率、群体干物质积累及籽粒产量都呈二次曲线增长趋势，结果使叶片水平WUE     

东北寒区日光温室葡萄液流特征及其主要环境影响因子研究

为了探明东北冷寒区设施环境下,葡萄液流特征及其与温室内环境因子之间的响应特征,对葡萄液流速率以及环境因子进行连续监测和系统分析,结果表明:葡萄日内液流和全生育期逐日蒸腾均呈现单峰变化趋势,日内液流峰值出现在10:30-13:00之间,在液流最为旺盛的8月,其峰值达406.32g/h。葡萄全生育期日蒸腾量在8月变化相对最为剧烈,日均蒸腾量超过4 mm/d。液流速率与光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR),气温、水汽压亏缺(vapor pressuredeficit,VPD)及实际水汽压均表现为显著正相关(P0.01),与相对湿度表现为显著负相关(P0.01)。瞬时液流速率与日蒸腾最主要的影响因子是PAR与VPD,月尺度液流最主要影响因子在PAR与蒸腾整合变量(variableof transpiration,VT)之间变化。全生育期液流最主要的影响因子是PAR与VT,但其决定系数随研究时间尺度的增加而降低。不同气象因子与液流之间存在明显的时滞效应,PAR的启动时间及停止时间均提前于液流,到达高峰时间滞后于液流,时滞时间最长为1.5 h。VPD整体滞后于液流。     

枣棉间作复合系统种植模式对棉花光合特性及产量的影响

合理的枣棉间作种植模式有利于光资源的利用和产量的提高。为探明枣棉间作系统中棉花产量形成的光合生理机制,筛选出适于南疆的枣棉间作最优种植模式,以枣树-棉花间作模式为研究对象,设离树间距1.4 m(M1)、1.0 m(M2)、0.5 m(M3)3个间作处理,以单作棉花为对照(CK),对棉花冠层上方光合有效辐射(PAR)、棉花叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)5个光合指标及水分利用效率(WUE)和产量进行研究。结果表明,各处理冠层PAR在花铃期达到最大,间作系统冠层PAR总体低于单作,且随离树间距的增加而增大,M3处理PAR最低,分别较M1、M2处理低10.0%和9.5%;间作总体上提高了棉花的Pn,降低了Tr和Ci,M3处理的Gs在2020年最大,2019年最小,并且M3处理的棉花光合能力总体优于其他处理;枣棉间作种植模式有利于提高棉花群体水分利用效率,M3处理的WUE最大,2019和2020年较CK分别提高了52.8%和50.4%;M3处理单位面积内棉花产量最高,分别较CK、M1、M2高18.2%、85.9%和37.0%。灰色关联度分析表明,M3处理表现最优,主要生育期内等权关联序和加权关联序位次总体排第一。综上,适宜的间作种植模式为M3处理。本研究结果为南疆枣棉间作种植模式优化配置提供了理论依据和技术支撑。     

Effects of cloudiness change on net ecosystem exchange, light use efficiency, and water use efficiency in typical ecosystems of China

As a weather element, clouds can affect CO₂ exchange between terrestrial ecosystems and the atmosphere by altering environmental conditions, such as solar radiation received on the ground surface, temperature, and moisture. Based on the flux data measured at five typical ecosystems of China during mid-growing season (June-August) from 2003 to 2006, we analyzed the responses of net ecosystem exchange of carbon dioxide (NEE), light use efficiency (LUE, defined as Gross ecosystem photosynthesis (GEP)/Photosynthetically active radiation (PAR)), and water use efficiency (WUE, defined as GEP/Evapotranspiration (ET)) to the changes in cloudiness. The five ecological sites included Changbaishan temperate mixed forest (CBS), Dinghushan subtropical evergreen broad-leaved forest (DHS), Xishuangbanna tropical rainforest (XSBN), Inner Mongolia semi-arid Leymus chinensis steppe (NMG), and Haibei alpine frigid Potentilla fruticosa shrub (HB). Our analyses show that cloudy sky conditions with cloud index (k_t) values between 0.4 and 0.6 increased NEE, LUE, and WUE of the ecosystems at CBS, DHS, NMG and HB from June to August. The LUE of tropical rainforest at XSBN was higher under cloudy than under clear sky conditions, but NEE and WUE did not decrease significantly under clear sky conditions from June to August. The increase in GEP with increasing diffuse radiation received by ecosystems under cloudy skies was the main reason that caused the increases in LUE and net carbon uptake in forest ecosystem at CBS, DHS, and alpine shrub ecosystem at HB, compared with clear skies. Moreover, for the ecosystem at CBS, DHS, and HB, when sky condition became from clear to cloudy, GEP increased and ET decreased with decreasing VPD, leading to the increase in WUE and NEE under cloudy sky conditions. The decrease in R_e with decreasing temperature and increase in GEP with decreasing VPD under cloudy skies led to the increase in LUE, WUE, and net carbon uptake of semi-arid steppe at NMG, compared to clear skies. These different responses among the five ecosystems are attributable to the differences in canopy characteristics and water conditions. From June to August, the peaks of the k_t frequency distribution in temperate ecosystems (e.g., CBS, NMG, and HB) were larger than 0.5, but they were smaller than 0.4 in subtropical/tropical forest ecosystems (e.g., DHS and XSBN). These results suggest that the pattern of cloudiness during the years from 2003 to 2006 in the five ecosystems was not the best condition for their net carbon uptake. This study highlights the importance of cloudiness factor in the prediction of net carbon absorption in the Asia monsoon region under climate change.     

遮荫对番茄单叶水分利用效率的影响研究

通过逐个分析3种遮荫水平下各参数变化对番茄单叶水分利用效率(WUE)的影响表明,各环境因子以综合复杂的方式影响水分利用效率,其中气孔阻力和水汽压差随环境因子变化最为重要。夏季晴天午间遮荫处理的气孔阻力和水汽压差明显小于对照,气孔阻力的增加有利于提高单叶水分利用效率,但水汽压差的增大又使单叶水分利用效率降低。由于环境因子日变化的非对称性和2种机制的相互作用,导致3种遮荫水平下单叶水分利用效率的日变化呈浅“L”型,并在12:00～15:00时40％遮荫处理的单叶水分利用效率比对照平均增加22.9％,而75％遮荫处理的单叶水分利用效率平均比对照显著减少28.1％,表明夏季晴天午间充足供水条件下适度遮荫可提高番茄单叶水分利用效率。     

大青山南麓阳坡油松生长的适宜土壤水分环境研究

在大青山南麓浅山地带的阳坡造林地,使用Li-6400便携式光合测定仪对不同土壤水分处理下的油松（Pinus tabulaeformis）苗木的光合生理参数进行了测定。为了确定适宜油松生长的土壤水分范围,研究了叶片净光合速率（Pn）、羧化效率（Ce）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）对土壤含水量（SWC）的响应过程,并探讨了在不同土壤水分状况下叶片光合作用的变化规律。研究表明:维持油松最佳Pn的SWC为17.9%;维持最佳WUE的SWC为14.66%;维持最佳Ce的SWC为16.43%;油松的土壤水合补偿点为3.74%,Tr最大时的SWC为18.7%。根据大青山南麓阳坡造林地的立地条件,选取维持最佳WUE的SWC临界值和维持最佳Pn 70%相应的SWC作为油松生长的适宜土壤水分环境上下限,这一指标可量化为10.85%～14.66%。     

不同CO2浓度下大豆叶片的水分利用效率比较

为探究水分利用效率(WUE)对生态系统水循环和碳循环相互作用的影响,本研究利用光合作用对光响应的机理模型构建内禀水分利用效率模型和瞬时水分利用效率模型,并利用2个模型拟合大豆叶片的内禀水分利用效率(WUE_i)和瞬时水分利用效率(WUE_inst)。结果表明,瞬时水分利用效率随着CO₂浓度的增加而增大;内禀水分利用效率则不存在明显的变化规律。CO₂浓度为600 μmol·mol^-1时的最大瞬时水分利用效率和最大内禀水分利用效率分别是300 μmol·mol^-1CO₂下的2.82倍和1.94倍。将内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率换算成相同的单位(如μmol CO₂·mol ^-1 H₂O或μmol CO₂·mmol^-1 H₂O),后者是前者的39倍,甚至更多。综上所述,利用瞬时水分利用效率能更真实地反映出大豆叶片的水分利用效率。本研究为定量研究植物叶片水分利用效率的变化规律提供了数学工具。     

散射辐射比例与冬小麦光能利用率和总初级生产力的关系

利用冬小麦拔节乳熟期（2004-04-01—05-20和2005-04-10—05-31）在田间观测的每30min涡度相关和小气候数据,计算散射辐射比例（DF）与光能利用率（LUE）和总初级生产力（GPP）之间的数量关系,以期为提高LUE模型和作物模型的模拟准确度提供依据。结果表明：冬小麦拔节-乳熟期DF与LUE间呈极显著的线性正相关关系（P＜0.001）,DF与GPP间为极显著的抛物线关系（P＜0.001）,即随着DF的增加,LUE呈线性增长,而GPP呈先增加后降低的变化趋势。2004年和2005年观测实验表明,中等太阳辐射条件下,即DF和光合有效辐射（PAR）的均值分别为0.57和27.7molm?2d?1时,冬小麦GPP达到最高。2004年与2005年相比较,DF与LUE、DF与GPP关系均存在较大差异,这主要归因于两年间冬小麦拔节?乳熟期PAR水平和DF分布频率的差异。     

黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分研究

在黄土高寒区,通过人工控制土壤水分的方法,利用Li-6400便携式光合测定系统对银水牛果和沙棘苗木叶片的气体交换参数因子的光响应进行研究。结果表明,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率随着光强的增大而增强,而随着光强进一步增大,净光合速率、水分利用效率却出现下降的趋势,蒸腾速率仍继续增大。随着土壤含水量的增加,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度逐渐增大,水分利用效率先上升,在轻度水分胁迫下达到最大值后下降。在相同土壤含水量下,银水牛果光补偿点明显小于沙棘,光饱和点大于沙棘,光能利用率高于沙棘;银水牛果的表观量子效率大于沙棘,在低光强下的光合能力较高。在水分胁迫下,2种灌木相比,沙棘比银水牛果更易受强光胁迫;银水牛果对弱光的利用能力高于沙棘,水分利用效率高于沙棘,耐旱生产力较高。     

2001-2018年西江流域水分利用效率时空变化及影响因素

[目的]探究气候变化形势下流域的碳循环和水循环相互关系,对流域的水资源科学配置有重大意义。[方法]以西江流域为例,基于2001—2018年GLASS产品中的初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,定量计算区域生态系统植被水分利用效率(WUE),利用趋势分析和偏相关分析的方法研究植被WUE时空演变特征及其影响因素。[结果]2001—2018年西江流域植被的WUE总体呈增加趋势;林地的WUE增长速率最快,草地次之,耕地最慢。从空间分布来看,WUE值从广西中部的耕地向四周逐渐升高,WUE低值还零星分布在云南东部的台地和丘陵地区;西江流域15.23%,12.12%的区域WUE分别与气温、降水呈显著正相关;11.54%的区域WUE与太阳辐射呈显著负相关;NDVI与WUE具有显著正相关性;WUE随海拔的上升呈上升—平缓—上升的趋势,在2 100 m左右,WUE出现明显波动。[结论]气候因子、NDVI、海拔、人类活动均不同程度影响西江流域植被的水分利用效率,本研究可为西南喀斯特地区石漠化治理和流域生态防护林体系的建设提供参考。