枣麦间作系统中冬小麦冠层光合有效辐射时空窗影响因素研究

【目的】为明确枣与冬小麦间作系统中冬小麦冠层光合有效辐射(PAR)时空窗的主要影响因素,为枣树与冬小麦间作系统的光环境管理和优化提供理论依据。【方法】采用光合有效辐射时空窗法,以不同栽植株行距的枣麦间作系统为研究对象,通过分析间作巷道内冬小麦不同生育时期冠层饱和、非饱和和无效光合有效辐射时空窗及其影响因子的时节变化以及二者之间的相关关系,探讨影响枣麦间作系统冬小麦冠层光合有效辐射时空窗的关键因子。【结果】太阳高度角、枣树叶面积指数(LAI)和透光率(Tr)与冬小麦冠层饱和光合有效辐射时空窗显著正相关,枣树冠幅和树高与冬小麦冠层饱和光合有效辐射时空窗显著负相关;太阳高度角和枣树株行距与冬小麦冠层非饱和光合有效辐射时空窗显著正相关,枣树透光率与冬小麦冠层非饱和光合有效辐射时空窗显著负相关;太阳高度角、枣树树高和叶面积指数与冬小麦冠层无效光合有效辐射时空窗显著正相关,枣树株行距和透光率与冬小麦冠层无效光合有效辐射时空窗显著负相关。【结论】枣与冬小麦间作系统中,太阳高度角、枣树栽植株行距和枣树透光率是影响间作冬小麦冠层光合有效辐射时空窗大小的主要因素。     

基于氮素效应的烤烟叶型垂直分布特征分析

为明确不同施氮水平对烤烟叶型特征的影响,以云烟87、豫烟12和秦烟96为供试材料,设3个施氮水平,分别为N1(30 kg/hm2)、N2(60 kg/hm2)、N3(90 kg/hm2),测定了烤烟叶片长度和宽度、茎叶角度、叶面积指数、群体透光率等指标,并对其在烤烟冠层垂直分布特征的差异进行了分析。结果表明：①随着生育期推进,烤烟群体叶面积指数向中上层转移,分层叶面积指数随冠层高度增加呈先增大后减小的趋势,施氮水平对分层叶面积指数的调控因冠层高度和基因型而异。②茎叶夹角随冠层高度增加而增大,施氮会使茎叶夹角增大,但不同冠层高度和基因型的增幅有所不同;茎叶垂角在N1和N2水平下随冠层高度增加而减小,而在N3水平下随冠层高度增加表现为先下降而后升高的趋势;叶片弯曲度与茎叶垂角的变化趋势相同。③烤烟群体透光率随冠层高度增加而增大,随施氮水平的增加而减小,透光率随冠层高度变化符合二次多项式曲线,方程参数在施氮水平间差异显著,在基因型间不显著。④3个烤烟品种的透光率随累积叶面积指数增加而呈指数递减,不同累积叶面积指数下豫烟12的透光率最低,在累积叶面积指数小于1.2时秦烟96的透光率比云烟87小,而大于1.2时则相反。总之,N2(60 kg/hm2)水平下烤烟叶型的垂直分布特征较好,有利于烟叶的生长发育及品质的形成。     

日光温室黄瓜冠层结构与冠层光合作用模型的构建

本研究构建了日光温室黄瓜冠层光合作用数学模型.该模型的特点是将黄瓜冠层结构模型、冠层中太阳透射模型和单叶光合模型相结合,模型的参变量包括冠层高度、冠层幅宽、叶面积指数、种植行走向、太阳光入射角度等.在冠层结构模型中运用叶面积密度分布函数理论来描述黄瓜冠层叶面积在空间分布的不均匀性;在冠层中太阳辐射的透射模型中给出了冠层中太阳直射光和散射光透光率的计算方法;在模拟整个冠层光合作用时,采用将冠层分别沿植株高度和种植行行向分层,再进行数值积分,给出日光温室黄瓜冠层光合模型的定量描述.     

冬春季节日光温室内栽培番茄植株群体总辐射分布规律

对冬春日光温室内的光照时间、番茄植株群体冠层上方及不同密度番茄植株群体内部太阳辐射分布进行了较为系统的研究。结果表明,冬季日光温室内番茄植株见光时数较少。番茄植株群体冠层上方太阳总辐射值季节间差异明显。番茄群体内部太阳辐射值同时受季节、密度、株高影响。春季太阳辐射值明显高于冬季;同一季节植株上部太阳辐射值明显高于下部;密度越大内部光照环境越差。日照时数、冠层上方总辐射、植株群体结构(株高和密度等)等是影响番茄植株群体光环境的主要因素。     

水稻冠层光截获与叶面积和产量的关系

【目的】旨在解析水稻(Oryza sativa L.)冠层光合有效辐射(PAR)截获量及其分布与叶面积和产量的关系。【方法】以2个不同株型水稻品种为材料,设置高、中、低3个施氮水平,构建不同的群体冠层结构,于拔节至成熟期系统测定水稻冠层PAR截获量及其分布、以及叶面积和产量。【结果】水稻群体向上累积叶面积指数的垂直分布呈S型曲线,符合Logistic方程(R20.99);抽穗期、抽穗后17d和成熟期的冠层最大叶面积密度分别出现在0.53、0.56和0.60的相对冠层高度左右;随生育进程的推进,冠层上中部的相对叶面积密度呈递增趋势,而冠层下部的相对叶面积密度呈递减趋势。PAR截获率(FIPAR)与向下累积叶面积指数之间的关系可用方程FIPAR=α×(1-e-K×LAI)来定量描述(R20.86);消光系数K随生育进程的推进而递减,其日变化表现为早晚较高、中午较低。冠层PAR截获量(AIPAR)随生育进程的推进呈多峰分布,最高峰出现在移栽后58-70d,即孕穗至抽穗期,且随施氮量的增加而增大;在典型晴天下,冠层PAR截获量的日变化呈单峰分布,最大值出现在11:00-13:00。【结论】水稻群体叶面积的垂直分布影响冠层光截获;水稻产量与PAR利用率呈正相关,而PAR转化率随PAR截获量的增加呈先增大后减小的趋势,因此维持一定的漏光损失量对水稻高产有利。     

喷施化学打顶剂对棉花冠层结构及群体光合生产的影响

【目的】选用氟节胺复配型、缩节胺复配型2种化学打顶剂,研究田间喷施化学打顶剂对棉花株型特征、冠层结构、群体光合生产及产量的影响,分析冠层结构变化对群体光合生产和产量的影响,为棉花化学打顶技术的应用提供理论依据。【方法】选用北疆棉区主栽品种（新陆早45号）和主推品种（系）（中棉所50、45-21）为试验材料,在田间自然条件下,以常规人工打顶的棉花为对照,分别测定不同棉花品种（系）株高、株宽、叶面积指数、叶片叶绿素含量、冠层不同部位透光率、群体光合速率及产量构成等指标。研究化学打顶技术对棉花叶面积指数、冠层透光率、群体光合速率及产量的影响。【结果】与人工打顶的棉花相比,化学打顶的棉花株高显著高于人工打顶处理,且喷药后生长量较大;株宽显著小于人工打顶处理,喷药后横向生长被明显抑制。化学打顶的棉花叶面积指数和叶片叶绿素含量较高,且高值持续期长,至初絮期（出苗后115 d）仍维持较高的值,与人工打顶的棉花相比差异均达到极显著水平;冠层上、中部透光率较高,生育后期冠层下部漏光损失较小。化学打顶的棉花群体光合速率显著高于人工打顶,且高值持续期长,至初絮期仍维持在16.04 μmol·m^-2·s^-1以上,较人工打顶的棉花高出14.35%-36.35%,差异均达到显著水平;群体呼吸速率在达到峰值前显著高于人工打顶的棉花,峰值后与人工打顶的棉花无显著差异;群体呼吸速率占群体总光合速率的比率高于人工打顶的棉花。化学打顶的棉花单株结铃多,其中氟节胺处理棉花产量高于人工打顶。【结论】棉花化学打顶技术具有塑造株型、调节棉花冠层结构形成的重要作用;同时棉花冠层上、中部透光率大,改善了冠层中下部光环境,保证了冠层各部位均匀的光分布。化学打顶的棉花叶面积指数高且高值持续期长,增加了光合面积。叶片叶绿素含量高且高值持续时间长,延长了光合时间,保证了较高的群体光合能力及长的光合功能持续期。     

高产高效夏玉米的冠层结构及其光合特性

【目的】研究高产高效夏玉米的冠层结构特性,探讨高产高效形成的生理机制,为夏玉米高产高效栽培提供理论依据。【方法】通过对播种方式、播种时间、种植密度、施肥时期及用量和收获时间等综合农艺管理措施的合理优化,设置综合生产管理（MT）和施氮量试验（NT）,研究探讨高产高效夏玉米的冠层结构特征和光合特性。【结果】施氮量试验中,施氮184.5 kg•hm-2（N2）时,产量、穗位及底层透光率达到最高,超过这一水平,产量、透光率和净光合速率均有所降低。综合生产管理中,再高产高效处理的叶面积指数从大喇叭口期（V12）到抽雄后6周（6WAT）始终维持在4.4以上,生育后期下降缓慢;穗位及底层透光率以及茎粗、穗位茎节长、株高和穗位高等植株性状整齐度相对较高,获得了10.91 t•hm-2的产量和54.97 kg•kg-1的氮素利用效率。【结论】单一增施氮肥,产量没有持续增加,冠层透光率有所下降;将栽培方式与肥料运筹结合,再高产高效处理的叶面积指数高值持续时间较长,穗位叶层透光率、植株性状整齐度和净光合速率较高,实现了产量与氮素利用效率的协同提高。     

新疆超高产棉花叶、铃空间分布及与群体光合生产的关系

【目的】研究超高产棉花冠层叶面积分布、叶倾角、主茎节间长度等指标的变化,探讨叶片空间配置对冠层结构的影响及与群体光合生产的关系,揭示超高产形成的机理。【方法】定向培育棉花超高产田,系统测定高产棉花不同生育时期叶面积指数、叶倾角、主茎节间长度等指标的空间分布,分析冠层结构变化对群体光合速率的影响及与棉铃空间分布的关系。【结果】单产皮棉4 000 kg•hm-2超高产棉花吐絮前株高72.3-87.7 cm,主茎平均节间长度为7.15-7.20 cm,中上部节间较长;盛花期至盛铃后期叶面积指数在冠层上、中、下3层的分布比例为1﹕1﹕1,上部叶片的叶倾角为48.8-53.8、中部41.0-49.3、下部30.1-40.1,叶片群体光合速率上、中、下层的分布比例为1.5﹕1.5﹕1;至吐絮期,冠层上部的叶面积指数维持在0.95-1.76,叶片群体光合速率为8.1-13.2 μmol•m-2•s-1,占叶片总群体光合速率的45.9%-59.8%;植株上、中、下部结铃数的比例为1.8﹕1.2﹕1,冠层上层铃数较多,铃库所占比例大。【结论】超高产棉花形成的生理基础在于,盛花期至盛铃后期主茎中上部节间长,叶层间隙及叶倾角大,中下部叶面积指数分布比例高,叶片群体光合速率高且在冠层垂直方向呈均匀分布;吐絮期上层叶面积指数和叶片群体光合速率下降缓慢,棉铃空间分布与叶片群体光合速率的空间分布相吻合,叶铃关系协调。     

温室番茄源库协调下冠层光分布特征及群体光合生产的研究

[目的]研究番茄源库协调下冠层叶面积分布、叶倾角、光透过系数等指标的变化,探讨叶片空间配置对冠层结构的影响及与群体光合生产,为温室番茄“矮、密、早”高产栽培提供理论支持.[方法]通过源库协调整枝,系统测定源库协调期叶面积指数、叶倾角、光透过系数等指标的空间分布,结合冠层群体光合速率的变化及光合生产与分配.分析温室番茄源库协调下冠层光分布特征及群体光合生产.[结果]源库协调下,从第2穗花序下换头冠层叶面积指数(LAI)在上层叶、中层叶均在2以上,叶面积指数分布比例高,平均叶簇倾斜角表现为:下层叶＞上层叶＞中层叶＞发育叶,下部茎叶夹角相对较大,群体直射辐射和散射辐射透过系数较小,番茄冠层群体辐射透过系数一直处于较适宜的范围,在0°～360°内叶分布较为均匀,消光系数从下层叶至表层叶逐渐减小,表层叶位没有“午休”现象,上层叶表现出轻微午休特性,中、下部叶位光合速率明显高于对照(CK);植株鲜物质分配到根和果实中的比例分别比对照(CK)高19.2;、8.2;,干物质主要分配到果实,其干重分配比例比对照(CK)果实中高18.6;,群体光合在根和果实中生产,在果实中累积较多,有利于经济产量的形成.[结论]从第2穗花序下换头群体叶面积配置光分布较均匀,源库协调下冠层中部有较好的透光性,冠层底部漏光损失较小,整个冠层仍维持了较高的群体光合速率.促进了光合物质积累,冠层各层次的叶源与光分布的比例吻合程度高,保证了光能的有效利用,温室番茄冠层光合生产效率的继续提高主要依赖于冠层光照条件的改善,可通过整枝技术的改良来实现.     

光伏日光温室夏季光环境及其对番茄生长的影响

【目的】探索光伏发电系统在设施农业领域中的实际应用情况与发展潜力。【方法】在陕西安塞典型晴天和阴天条件下,对比分析普通日光温室和光伏日光温室的太阳总辐射透过率和光合有效光量子流密度透过率,同时还对2种日光温室中番茄的生长状况、产量以及品质进行了对比分析。【结果】在非晶硅电池组件和PC板按1∶1数量比布局条件下,晴天光伏日光温室正午前后2h内的太阳总辐射(波长范围为0.3~3μm)透过率为38.7%,光合有效光量子流密度(波长范围为400~700nm)透过率为38.9%,分别较塑料薄膜日光温室低30.3%和17.6%;而阴天时光伏日光温室的太阳总辐射透过率为34.6%,光合有效光量子流密度透过率为31.1%,分别较塑料薄膜日光温室低15.8%和9.4%;在此时段内,晴天、阴天光伏日光温室分别较塑料薄膜日光温室阻挡了3 949.7和342.1kJ/m2的热量进入温室内部。2种温室内,番茄株高在开花期(定植后23~44d)差异显著,表现为光伏日光温室>塑料薄膜日光温室;茎粗反之,且只在开花初期(定植后23~29d)差异显著;番茄果实产量与品质无显著性差异。【结论】光伏日光温室内非晶硅电池组件有助于夏季降温,同时其室内光环境可满足番茄的生长。     

日光温室内各表面太阳辐射照度的模拟计算

建立了温室内各表面太阳辐照度计算模型,并对沈阳地区跨度为12 m的日光温室进行模拟,分析了温室建筑参数改变对温室内各表面太阳辐射照度的影响。结果表明:冬季最冷月(2003 12至2004 02)温室内后坡单位面积太阳辐射照度分别为土壤表面及后墙面的1.45和1.49倍;温室地面太阳辐射照度模拟结果与实际测试结果差值不超过5%。改变温室跨度和高度分别对地面及北墙面太阳辐射照度有较大影响,且呈线性关系;改变温室后坡仰角对温室内各表面太阳辐射照度的影响不显著。     

华东型连栋塑料温室室内光环境的研究

在热辐射分析理论的基础上,推导出一种计算在遮阳网存在时温室内光环境随拱顶覆面材料透射率τ_c,遮阳网的透射率τ_s及遮光率φ等因素的变化关系。在华东型连栋塑料温室中的实测表明：用该方法计算太阳辐射在温室内的分布情况能取得比较满意的结果。     

元江干热河谷太阳辐射各分量及反照率变化特征

为了探讨干热河谷太阳辐射的特征,本文利用元江干热河谷稀树灌草丛通量塔上连续2年(2013年5月至2015年4月)辐射数据,对元江干热河谷稀树灌草丛植被林冠上太阳辐射(总辐射(Q)、反射辐射(Qα)、有效辐射(I)、净辐射(Rn))的日变化、季节和年变化特征进行分析,探讨了反照率(α)和I变化特征及其原因。结果表明: 该区域Q、Qα、I、Rn的年均辐射值分别为6 210.2、807.9、1 822.9、3 578.7 MJ/(m2·a)。雨季各辐射总量占年总量比例分别为52.9%、56.3%、39.1%、59.2%,除雨季I占全年的比例小于干季外,其他3个辐射分量占全年的比例均是干季雨季。α由于受雨季叶面积指数(LAI)增大和林冠郁闭度增加的影响,其季节变化特征表现为干季雨季,这是生态系统为缓解该区域尖锐的水热矛盾而长期进化的结果。Qα、I和Rn年分配率分别为13.0%、29.8%、56.9%,其中Qα和Rn分配率的季节变化均表现为干季雨季,而I的分配率特征与Qα和Rn的相反。干季I分配率的增加降低了地面和林冠温度,减少了生态系统水分流失,削弱了研究区域干季时水分的胁迫效应,避免了森林植被因水力结构破坏而引发的碳饥饿所导致的死亡,有利于元江干热河谷稀树灌草丛植被在干季生存和维持该生态系统平衡。由于元江干热河谷Q和Rn都较大且该地区降雨少,故人类活动及气候变化更容易影响该地区的生态系统平衡。      

太阳辐射作用下冻结期衬砌渠道温度场分析

【目的】对季节性冻土区衬砌渠道在太阳辐射作用下的温度场进行数值模拟,分析太阳辐射对渠道温度分布的影响。【方法】利用Hottel太阳辐射模型,结合热传导理论和有限元分析方法,考虑渠道自身的遮蔽作用,对太阳辐射作用下的梯形衬砌渠道的温度场进行计算。【结果】提出了梯形渠道太阳辐射的计算方法;衬砌渠道表面太阳辐射的日变化表现为早晚最小、中午最大;渠道阴、阳坡接受到的太阳辐射差异明显,阴坡太阳总辐射约为阳坡的20%;渠道表面温度的日变化趋势与大气温度相同,近似为正弦分布,其温度变幅小于大气温度变幅,变化滞后于太阳辐射约2.5h,阴、阳坡温度最大相差4℃左右,阳坡温度值与日间温度增加速率均大于阴坡。【结论】渠道温度变化与太阳辐射有密切关系,阴、阳坡接受到的太阳辐射量不同是渠道温度存在较大差异的原因,太阳辐射是渠道冻融循环的动力,在渠道冻胀研究中必须考虑太阳辐射的影响。     

温室直射光环境界面化模拟计算软件的研制

以现有的研究理论为基础 ,用 Viswal Basic作为主要的开发工具 ,编写了界面化的温室直射光环境模拟分析程序 ,对不同纬度、不同方位、不同外形、不同受光时间的温室进行模拟分析 ,确定太阳直接辐射在温室内的时空分布 ,用于温室性能的测定及设计参数的确定     

太阳辐射作用下浮顶油罐温度场的数值模拟

为了研究太阳辐射对浮顶油罐温度场的影响,有必要掌握受太阳辐射影响原油在浮顶油罐中的温度变化规律。通过分析浮顶油罐与环境换热过程,建立2×10^4 m^3浮顶油罐的三维模型,对一天内浮顶油罐油品及罐壁的温度变化进行数值模拟。结果表明:在以太阳辐射为主的环境变化影响下,浮顶油罐的近壁面和浮盘处会产生温度梯度较大的高温油层,深层油品温度受到的影响较小。结合模拟结果,提出了考虑太阳辐射时,在不同条件下使用不同罐壁温度计算公式的建议,从而降低浮顶油罐容积的修正误差。     

寡日照天气对设施番茄生长影响模拟研究

为了定量化表征寡日照天气对设施番茄生长的影响,本研究基于EPIC模型(erosion-productivity impact calculator)的作物生长模块,构建了寡日照条件下设施番茄生长模型。考虑低温的影响,对株高的模拟方法进行了改进。利用4个不同播期秋冬茬番茄栽培试验数据对构建模型进行参数率定和检验。结果表明,该模型可以模拟寡日照天气条件下设施番茄株高、地上部生物量和叶面积指数的变化,模拟值与实测值的相对误差分别控制在16%、10%和16%以内。根据2012-2015年11月份的温室气象数据设定不同的情形,模拟设施番茄的生长状况。结果表明,寡日照天气对设施番茄地上部生物量增加的影响要大于对叶面积指数和株高的影响。该模型可用于定量描述寡日照天气对设施番茄生长过程的影响,可为制定设施番茄合理的环境调控策略提供指导。     

The effect of solar radiation change on the maize yield gap from the perspectives of dry matter accumulation and distribution

The uneven distribution of solar radiation is one of the main reasons for the variations in the yield gap between different regions in China and other countries of the world.In this study,different solar radiation levels were created by shading and the yield gaps induced by those levels were analyzed by measuring the aboveground and underground growth of maize.The experiments were conducted in Qitai,Xinjiang,China,in 2018 and 2019.The maize cultivars Xianyu 335 (XY335)and Zhengdan 958 (ZD958) were used with planting density of 12×10~4 plants ha~(–1) under either high solar radiation (HSR)or low solar radiation (LSR,70%of HSR).The results showed that variation in the solar radiation resulted in a yield gap and different cultivars behaved differently.The yield gaps of XY335 and ZD958 were 8.9 and 5.8 t ha~(–1) induced by the decreased total intercepted photosynthetically active radiation (TIPAR) of 323.1 and 403.9 MJ m~(–2) from emergence to the maturity stage,respectively.The average yield of XY335 was higher than that of ZD958 under HSR,while the average yield of ZD958 was higher than that of XY335 under LSR.The light intercepted by the canopy and the photosynthetic rates both decreased with decreasing solar radiation.The aboveground dry matter decreased by 11.1% at silking and 21% at maturity,and the dry matter of vegetative organs and reproductive organs decreased by 9.8 and 20.9%at silking and by 12.1 and 25.5% at physiological maturity,respectively.Compared to the HSR,the root weights of XY335 and ZD958 decreased by 54.6 and 45.5%,respectively,in the 0–60 cm soil layer under LSR at silking stage.The aboveground and underground growth responses to different solar radiation levels explained the difference in yield gap.Selecting suitable cultivars can increase maize yield and reduce the yield gaps induced by variation of the solar radiation levels in different regions or under climate change.     

基于综合经济效益最优的光伏温室太阳辐射分配方法

针对光伏温室光伏发电和农业生产光照分配不合理导致整体收益较低的问题，提出了基于综合效益最优的光伏温室光伏发电与农业生产太阳辐射分配方法。首先，建立光伏温室的光伏发电收益、农作物收益、运行维护成本模型，其中，以农作物直角双曲线修正光响应模型作为光伏温室农作物产量计算方法，将光照与农作物产量和收益紧密结合；其次，以光伏温室综合效益最优为目标，以光伏发电光照强度、温室农作物生长光照条件为约束条件，建立光伏温室整体收益数学模型。以新疆地区某光伏温室实际运行数据为基础，对比分析多场景下光伏温室收益，结果显示，选择光伏温室农作物最小日光有效光照辐射值光照分配占比，光伏温室整体收益最大；考虑光伏温室改造与运行维护花费，在不改变原有结构的情况下，农作物光照饱和点对应的光照分配比例可作为光伏温室整体收益最大点。