土壤水分对冬小麦气孔导度及光合速率的影响与模拟

为了更精确掌握水分在作物模型中的贡献,通过田间设置5种不同程度的水分控制试验,分别选择冬小麦抽穗期（2011年4月18日）和开花后期（5月5日）两个典型日,利用Li-6400光合作用仪测定冬小麦叶片气孔导度和光合速率的日变化及其光响应过程,并利用SPSS软件进行分析;考虑土壤湿度因子,对气孔导度模型（Jarvis模型）和光合模型（非直角双曲线模型）进行修订,利用实测资料拟合得到各项参数,并分析其模拟效果。结果表明,气孔导度、光合速率的日变化与土壤水分含量间呈正相关关系,土壤含水量越少,气孔导度、光合速率越小。加入土壤湿度因子的气孔导度和光合作用模型,两个指标均具有更好的模拟效果,实测值与模拟值之间的相关系数由修订前的0.907、0.769分别提高至0.967、0.987,实测值与模型回代值之间的相关系数也由修订前的0.572、0.316分别提高至0.768、0.874,且均方差均显著降低。因此,土壤湿度对调节冬小麦叶片气孔导度和光合作用非常重要,在气孔导度模拟和光合作用模拟中不能忽略土壤湿度的影响。     

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。     

冬小麦气孔导度模型的比较

为评估不同模型模拟冬小麦气孔导度的适用性,从常用的Jarvis模型和Ball-Berry模型中分别选择两种,根据试验资料估算模型参数,并对模型预测效果进行检验和比较。结果表明：运用Jarvis模型1、Jarvis模型2、Ball-Berry模型1和Ball-Berry模型2预测冬小麦气孔导度时预测值与实测值之间的相关系数分别为0.854、0.777、0.751、0.784,均方根误差分别为0.149、0.247、0.183、0.169mol.m^-2.s^-1,据此可确定4种模型的预测精度为Jarvis模型1〉Ball-Berry模型2〉Ball-Berry模型1〉Jarvis模型2。研究结果可为现有的基于Jarvis模型和Ball-Berry模型的农田蒸散、陆面过程和生态系统模型提供参考。     

遮荫条件下O_3胁迫对冬小麦气孔导度影响的模拟

为了探究在遮荫条件下地表O3浓度增加对冬小麦气孔导度的影响,开展了两种不同强度遮荫与开顶式气室（OTC）相结合的大田试验,设置3个处理组：O3浓度为（100±9）nL.L-1结合（60±5）%遮荫的处理组（T1）;O3浓度为（100±9）nL.L-1结合（20±5）%遮荫的处理组（T2）;O3浓度为（100±9）nL.L-1不作遮荫的处理组（CK）。利用SC-1型气孔导度仪测定了3个处理组冬小麦不同生育期的气孔导度值。综合分析了生育期和O3胁迫,以及水汽压差（VPD）、温度（T）、光照（PAR）环境因子的变化对冬小麦气孔导度的影响,采用修正后的Jarvis非线性气孔导度模型模拟了3个处理组的气孔导度值。结果表明：遮荫对大田环境因子均产生了影响,其中,T1、T2处理组8：00—16：00点的平均温度和水汽压差较CK相比分别下降了5.6℃、4.1℃和0.84kPa、0.74kPa;用该模型得到的气孔导度模拟值与观测值进行了比较,R2=0.88,表明模型模拟效果良好;同时,根据O3吸收通量模型计算出T1、T2和CK处理组在整个O3熏蒸时期,冬小麦O3累积吸收通量分别为14.92、15.52、16.23mmolO3.m-2,并由此建立了O3吸收通量（x）与干物质损失（y）的关系分别为：y=1.0-0.038x和y=1.0-0.022x,表明在相同O3胁迫条件下,遮荫导致了冬小麦O3累积吸收通量的差异,在60%和20%遮荫条件下,O3吸收通量增加10mmol.m-2,与CK相比,其干物质累积损失分别为38.0%和22.0%。     

气孔导度,表面温度的环境响应模型研究

主要综述６０年代以来国内外有关气孔导度和植物表面温度的各类环境响应模型，讨论了模拟模型中存在的问题，并做了初步展望。其中主要包括气孔导度的多因子阶乘模型和组合因子模型，植被表面温度模拟的微气象模型。     

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...     

土壤湿度对冬小麦光合速率的影响

本文通过盆栽及大田试验,对冬小麦开花灌浆期不同土壤湿度的小麦叶片光合速率测定得出:(1)土壤湿度在田间持水量的70%-85%时小麦光合速率最高,光合对土壤湿度的反应低湿较高湿更敏感;(2)土壤干旱可使小麦光合午休加重,适当灌溉可减小光合速率中午降低的程度;(3)土壤干旱后灌水,可明显提高小麦光合速率,以适宜土壤湿度下限时灌水效果最好.     

植物气孔导度与表面温度的环境响应模型研究综述

本文主要综述60年代以来国内外有关气孔导度和植物表面温度研究的各类环境响应模型,其中包括气孔导度的多因子阶乘模型和组合因子模型,表面温度的植被表面温度模拟的微气象模型;并讨论了摸拟模型中存在的问题,做了简单展望。     

土壤水分及环境因子对刺楸叶片气体交换的影响

通过测定不同土壤水分条件下,3a生盆栽刺楸苗木的气体交换参数及其周围环境因子,探讨土壤水分及微气候因子对光合速率、蒸腾速率、气孔导度等气体交换参数的影响规律。结果表明:随着水分胁迫的加剧,刺楸叶片蒸腾速率、净光合速率和气孔导度总体上表现出减小的趋势,且随着胁迫的加剧,下降的幅度越大,蒸腾速率、净光合速率和气孔导度在重度、中度、轻度胁迫下日均值分别比对照下降6 6 % ,2 5 %和16 % ,81% ,30 %及5 1% ,70 % ,17%和14 %。随着土壤水分的减少,净光合速率下降逐渐由气孔限制转变为非气孔限制,水分利用效率并未完全表现出下降的趋势,日平均值表现为对照>中度>轻度>重度。逐步回归分析表明,刺楸苗木叶片水气交换参数,不仅受土壤水分的影响,同时也受外界环境因子的综合影响,且影响程度差异较大,回归方程相关系数较好     

土壤水分胁迫对杜仲叶片光合及水分利用特征的影响

通过实验研究了华北石质山区4种不同土壤水分条件下3a生杜仲苗木叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔限制值(Ls)、水分利用效率(WUE)等参数的光响应过程。结果表明:(1)杜仲叶片在土壤水分轻度(W1)、中度(W2)和重度(W3)胁迫条件下的光饱和点分别比对照(CK)下降12.5%、44.8%、68.5%,晴天日光合速率最大值分别比对照(CK)下降21.5%、47%、69.7%;(2)叶片蒸腾速率(Tr)呈现随光合有效辐射(PAR)增加而上升的趋势。对比CK,Tr在W1、W2和W3条件下分别下降了17%、52%和93%;(3)Gs随着PAR的增加而逐渐上升。对比CK,Gs在W1、W2和W3条件下分别下降了22.6%、67.9%、88.7%。从无水分胁迫一直到中度水分胁迫条件下,气孔限制是影响光合作用的主要原因,而土壤水分严重胁迫条件下,当PAR小于1000μmol.m-2.s-1时,气孔限制是影响光合作用的主要原因,尔后转变为非气孔限制;(4)叶片水分利用效率(WUE)对光强的适应范围比较广,W3条件下,WUE值最高。CK、W1、W2条件下,WUE相差不大,对比W3,分别下降68.6%、69.5%、67.3%。     

土壤湿度对土壤中对硝基氯苯提取率的影响

在"固–气–液"三相体系中,通过土壤加标污染物并控制湿度的实验,研究了土壤湿度对p-NCB在土壤及其成分中提取率的影响。结果表明:土壤湿度造成p-NCB在两种土样上的提取率较干燥土样显著减小。土壤成分实验中,高岭石中p-NCB的提取率受样品湿度的影响较大,腐殖酸的存在大大减小了土壤湿度对高岭石中p-NCB老化过程的影响。土壤湿样中p-NCB提取率在反应21天后开始变缓,说明p-NCB在土壤湿样上的老化过程分可为两个阶段:自反应开始至进行到第21天是快速老化阶段,之后为缓慢老化阶段。p-NCB在土壤干样上的老化过程不明显,在实验周期下未发现提取率随反应时间有明显下降。     

冬灌对越冬期土壤水分状况影响的数值模拟

根据土壤水动力学、地表能量平衡、空气动力学理论建立了越冬期土壤冻融条件下土壤—大气连续体的水热传输模型，包括冻融条件下土壤水热迁移子模型、地气间水热交换子模型。在该模型的基础上，模拟了北京地区冬灌对越冬期土壤水分状况的影响，从理论上得到了冬灌具有贮水作用的结论，并分析了合理的冬灌定额。     

几种气孔导度模型在华北地区适应性研究

利用LI-6400便携式光合测定仪,在山东农业大学试验基地对冬小麦品种鲁麦23生理生态多项指标进行系统测定,在此基础上,从Jarvis和Ball-Berry模型中分别选取两种模型,利用最小二乘法对气孔导度参数进行拟合检验,并对模型预测效果进行统计分析和对比。结果表明,Ball-Berry模型2预测精度最高,其预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.625(P<0.01)和0.158mol.m-2.s-1,Jarvis模型1优于Jarvis模型2,Ball-Berry模型1预测效果最差,其预测值与实测值的相关系数和均方根误差分别为0.369(P<0.01)和0.235mol.m-2.s-1。4种模型在华北地区的适应性与长江中下游地区相比存在一定差异,因此需要在更多地区对气孔导度模型进行更深入研究,以期为土壤-植被-大气系统研究提供更为可靠的参考依据。     

冬小麦田间墒情预报的经验模型

基于土壤水分变化率与贮水量成正比这一假定,得出了土壤水分的指数消退关系。在此基础上,建立了冬小麦生育期土壤墒情预报的经验递推模型,并对模型进行了检验,表明模型预报效果较好。该模型的特点是模型简单且参数较少;其主要局限性是模型中土壤水分消退系数地域、时域性较强     

基于PCA-SVR的冬小麦土壤水分预测

土壤含水量状况是影响农作物生长的重要因素,对农作物生长关键期土壤水分的精准预测是田间管理的重要内容。研究选取宝鸡市2014年至2016年冬小麦种植区3—5月的气象、地形和土壤属性3个方面共15个预测因子,建立基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的支持向量回归机(support vector regression,SVR)模型预测0~20 cm和20~40 cm土层的土壤水分,并同时采用随机森林(random forest,RF)回归模型对同质数据进行预测分析,以对比分析PCA-SVR模型的预测效果。结果表明:PCA-SVR模型对宝鸡市冬小麦土壤水分的预测在0~20 cm和20~40 cm土层的平均预测精度分别为92.899%和92.656%,RMSE分别为7.521和8.011;随机森林回归预测模型在0~20 cm和20~40 cm土层的平均预测精度为87.632%和87.842%,RMSE分别为10.759和11.042。因此,PCA-SVR模型对宝鸡市冬小麦土壤水分具有更好的预测能力,且模型在0~20 cm土层的预测效果略优于20~40 cm土层。     

休闲期不同耕作方式对洛阳冬小麦农田土壤水分的影响

采用连续5a的田间定位试验资料，研究了洛阳地区休闲期4种不同耕作方式对冬小麦农田土壤水分变化、水分利用效率及作物产量的影响。结果表明：休闲期不同耕作方式对冬小麦播种前底墒具有明显的影响，与传统耕作方式相比，免耕和深松覆盖处理可以显著增加土壤含水率，具有良好的保墒作用；各处理以深松覆盖作物产量和水分利用效率最高，其次为免耕处理，深翻处理效果较差。因此，洛阳地区采用深松覆盖保护性耕作方式比较有利。     

基于气候和土壤水分综合适宜度指数的冬小麦产量动态预报模型

利用河北省16个农气观测站1981-2010年逐日气象资料、土壤水分观测资料、冬小麦生育期观测资料、灌溉记录和8个冬小麦主产市产量资料,根据土壤水分平衡原理和模糊数据理论,建立了综合反映冬小麦生长期气象条件和土壤水分状况的气温-日照-土壤水分适宜度评价模型,并以旬为时间步长,建立了基于气温-日照-土壤水分适宜度指数的冬小麦产量动态预报模型.结果表明,气温-日照-土壤水分适宜度指数克服了气温-日照-降水适宜度指数仅考虑水分状况中降水条件的不足,能够客观反映冬小麦生长期的气象条件和土壤水分状况,与冬小麦产量变化量呈极显著相关(P＜0.01),相关性高于气温-日照-降水适宜度指数;动态产量预报模型对1981-2008年历史拟合检验和2009-2010年预报试验的平均相对误差分别为6.1％和1.2％,误差较小,表明建立的冬小麦产量动态预报模型能够满足业务需求,具有较高应用价值.