温室环境因子驱动甜瓜水分传输机理分析与模拟

利用人工气候室控制空气温度、相对湿度和光合有效辐射量,根据水量平衡法控制土壤含水率,按照四因素五水平的二次回归正交旋转组合设计,对甜瓜蒸腾量进行模拟,并探讨各因子调控水分传输的机制。基于Jarvis模型建立环境因素驱动的多元非线性气孔导度模型,结合水汽扩散原理建立蒸腾量模型,模型预测精度良好。探究因素交互作用及其耦合调控效应,结果表明:除相对湿度对蒸腾表现为抑制作用,土壤含水率、空气温度和光合有效辐射均对蒸腾具有促进作用;土壤含水率与空气温度的单因素效应相似,随因素水平增加,蒸腾量线性升高;光合有效辐射量驱动蒸腾的单因素效应为开口向下的二次函数,当因素水平超过阈值后,蒸腾量逐渐下降。环境因素在驱动和调控蒸腾过程中均存在密切耦合和反馈效应,土壤含水率与温度对蒸腾调控的耦合效应趋近于平滑曲面,蒸腾量随两因素水平的升高而升高,在试验水平内两因素对蒸腾表现为协同促进效应;空气相对湿度减弱了水汽扩散驱动力,进而抑制温度和土壤含水率对蒸腾的驱动作用,且这种抑制作用随相对湿度的升高而更明显。     

黄瓜气孔导度、水力导度的环境响应及其调控蒸腾效应

以营养生长期温室黄瓜为研究对象,通过四元二次正交旋转组合设计,分析稳态流条件下土壤相对含水率、空气温度、空气湿度和光合有效辐射对气孔导度、土壤植物系统总水力导度的影响及其调控蒸腾效应。结果表明,4个环境因子对气孔导度、总水力导度均有正效应,对其影响最大的环境因子分别是空气湿度、空气温度;土壤相对含水率与光合有效辐射、空气温度与空气湿度对气孔导度和总水力导度存在明显的交互作用;空气湿度对气孔导度、总水力导度的单因子效应为开口向上的抛物线函数,其他环境因子的单因子效应皆趋近于线性递增函数;各因子的边际效应分析表明,空气湿度是气孔导度的主要调控途径,除光合有效辐射外,其他因子均可有效调控总水力导度。采用通径分析方法研究了环境因子、气孔导度、总水力导度调控蒸腾效应,结果表明,空气温度、光合有效辐射和气孔导度均主要通过增强总水力导度对蒸腾作用产生间接正效应,其次是对蒸腾作用的直接正效应;土壤相对含水率主要通过增强总水力导度和气孔导度对蒸腾作用产生间接正效应;空气湿度的直接影响为负效应,但其主要影响途径为通过增强总水力导度和气孔导度对蒸腾作用的正效应;气孔导度与总水力导度响应环境因子变化并相互作用,协同调控蒸腾作用。     

控制灌溉水稻叶片水分利用效率影响因素分析

为了揭示节水灌溉水稻叶片水分利用效率的影响因素及水分高效利用机制,设置控制灌溉(控灌)和淹水灌溉(淹灌)2种灌溉方式开展田间试验,研究节水灌溉水稻叶片水分利用效率与气孔调节以及相关环境因素的关系,建立叶片水分利用效率的回归方程,并对影响因素进行通径分析。结果表明,水稻叶片蒸腾速率(Tr)、光合速率(Pn)和叶片水分利用效率(LWUE)与气孔导度(Gs)呈良好的二次曲线关系,控灌水稻通过较低的气孔开度便可获得较优的叶片水分利用效率。叶片水分利用效率(LWUE)与空气温度(Ta)、叶片温度(Tl)、叶气温差(ΔT)、空气CO2浓度(Ca)和光合有效辐射量(Par)等环境因素呈二次曲线关系,与胞间CO2浓度(Ci)呈负相关关系,与土壤含水率(θ)呈正相关关系,与相对湿度(Rh)呈指数关系。由Ta、Tl、ΔT组成的"温度因子"对水稻叶片水分利用效率的贡献率达39.19%,而由Ca和Ci组成的"CO2浓度因子"的贡献率为22.94%,由Rh和θ组成的"水分因子"的贡献率为17.81%,由Par组成的"光照因子"贡献率为9.01%。在此基础上,建立了叶片水分利用效率回归方程,并对各影响因素进行通径分析,对于控制灌溉稻田来说,影响叶片水分利用效率的主要因素不是光合有效辐射量、气孔导度和土壤含水率等,而是胞间CO2浓度、叶片温度和相对湿度等因素。     

温室番茄叶片生理指标日变化特性及其与生态因子的关系

以温室春-夏季番茄为试验材料,采用小区试验方法,探讨了花果期和盛果期不同土壤水分条件下番茄叶片生理指标日变化特性、水分利用效率WUEL及生态因子间相关性。结果表明,番茄不同生育期生理指标日变化峰值时间不同;日均气孔导度、蒸腾速率随土壤水分的增加而变大,而日均光合速率最大值出现在70%土壤相对含水率的处理;两生育期蒸腾速率和光合速率受气孔调节的效应明显。在试验范围内,土壤水分越低,WUEL越高,番茄花果期WUEL较大。光合有效辐射是影响叶片光合速率重要生态因子。     

蓄水坑灌条件下不同灌水下限幼龄苹果树叶片光合特性研究

以3a生矮砧红富士为试验材料,采用LI-6400XT便携式光合仪,对蓄水坑灌条件下不同灌水下限(分别为田间持水率的50%、60%、70%)幼龄苹果树叶片光合特性进行研究,并通过通径分析与多元逐步回归分析量化各影响因子与净光合速率的关系。结果表明:蓄水坑灌条件下不同灌水下限叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度变化规律基本一致。当土壤水分不足时,净光合速率主要受土壤含水率影响;当土壤水分充足时,净光合速率主要受光合有效辐射影响。气孔导度主要受光合有效辐射影响,地面灌溉条件下气孔导度对环境变化的响应更积极。蒸腾速率主要受土壤含水率和光合有效辐射的影响,土壤水分充足时,蒸腾速率对光合有效辐射的响应更敏感。相同条件下,土壤含水率越高蒸腾速率越大。     

空气温湿度对小麦光合作用的影响

对田间环境不同水分处理光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用率和气孔导度的分析表明,增加土壤含水量有助于缓解空气高温低湿对小麦光合作用的胁迫。气温对蒸腾的促进作用随土壤含水量提高而得到加强,湿度降低对蒸腾的促进作用随土壤含水量提高而得到抑制。随着土壤含水量的增加,叶片水分利用率向高温低湿方向移动,低温低湿对气孔导度的抑制效应愈加明显。综合比较这几个指标,使叶片既能保持最高光合速率又能维持较高叶片水分利用率的土壤含水量为0.22 g/g。     

限量灌溉和施磷对冬小麦光合性能及水分利用效率的影响

在大田条件下研究了不同灌水和施磷组合对冬小麦整个生育阶段光和性能的影响。结果表明,灌水、施磷影响了冬小麦的生理指标。施磷主要是提高了作物的光合作用能力,从而使作物的瞬时水分利用效率提高;灌水主要促进了冬小麦的蒸腾速率,使光合速率/蒸腾速率的比值降低。冬小麦叶片的蒸腾和光合速率呈非线性关系,光合速率随蒸腾速率增加而缓慢增加,增加到一定程度后,光合速率不再增加。冬小麦叶片的蒸腾速率和瞬时水分利用效率呈直线负相关关系,瞬时水分利用效率随着蒸腾速率的增大而减小。试验条件下,灌水量为180 mm与施磷量120 kg/hm2是冬小麦节水效果较佳的组合。     

不同pH值处理下乌拉苔草蒸腾速率日变化及其与环境的关系

通过对乌拉苔草水体土壤酸碱度处理,进行蒸腾特性及其环境因子关系的研究。结果发现:不同酸碱度处理下的乌拉苔草蒸腾速率规律基本一致,只是数值发生了变化。说明乌拉苔草蒸腾速率的变化规律主要由该植物本身的生长期来决定,在不同的pH值处理下蒸腾速率大小受环境条件的影响:在pH值为5、6时主要影响因子是大气温度,其极显著相关系数是-0.889;pH值为7、8时主要影响因子是叶片温度;其显著相关系数是-0.829;pH值为9、10时主要影响因子是光量子通量密度,其显著相关系数是-0.841。说明不同pH值下乌拉苔草蒸腾速率日变化主要受环境条件的影响,水体的酸碱度对其影响不大。     

浑善达克沙地榆树疏林蒸腾速率日变化及影响因子分析

榆树(Ulmus pumila)疏林是浑善达克沙地特有的且最稳定的固沙植被。为了研究榆树疏林蒸腾速率的主要影响因子,以浑善达克沙地榆树为研究对象,测定其蒸腾速率及影响因子的日变化,通过相关性分析、偏相关性分析、通径分析等,考察了影响因子对榆树蒸腾速率的影响。结果显示:光合有效辐射和空气温度日变化呈单峰型曲线;二氧化碳浓度日变化范围较小;空气相对湿度和风速日变化趋势基本一致,均为早晨较高,之后逐渐下降;榆树蒸腾速率日变化在7、9月份为单峰型曲线,8月份为双峰型曲线。结论表明:榆树蒸腾速率的主要影响因子为大气温度和光合有效辐射,且蒸腾速率与影响因子间的回归方程为Y1=-13.652+0.004 X1+0.397 X2+0.018 X3-4.140 X4+0.142 X5。     

多年生人工牧草“老芒麦”根系层土壤含水率对节水的影响研究

基于浑善达克沙地人工牧草灌溉试验场观测的气象、叶片的蒸腾速率、叶面积指数、有效根系层深度、土壤含水率、土壤蒸发等数据,利用双作物系数法模拟计算了2004、2005年老芒麦的日作物需水量,经与实测的作物蒸腾和土壤蒸发数据对比分析,检验了需水量模拟值与实测值间的一致性,在此基础之上,讨论了老芒麦需水量与产量、光合作用与蒸腾速率、光合作用与根系层土壤含水率的关系,结果表明:对老芒麦来说,从抑制无效蒸腾角度实现节水最直接的方法应该是有效根系层的土壤水分保持在田间持水率的51%~74%。     

太阳辐射及影响环境因子与核桃灌溉平衡分析

为了探究太阳辐射、温度及相对湿度对于核桃灌溉需求的影响,确定最适宜核桃生长的灌溉量,设计了核桃灌溉平衡分析系统。结果表明:温度、相对湿度变化趋势滞于太阳辐射变化。同时,确定建立蒸腾作用模型参数,建立核桃蒸腾作用模型,进而建立蒸发蒸腾量和蒸腾量之间的关系,并采用经验公式,计算核桃耗水量。采用正交实验分析,以产量及出核率为指标,探究不同生长时期最优用水量及最重要时期。最后,综合产量及出核率分析结果,确定了核桃生长不同时期最优灌溉量。     

黄土塬区苹果树干液流特征

应用热扩散式树干茎流计（TDP）于2012年7~10月对黄土塬区长武县苹果树干液流速率进行了连续测定,分析了气象因子、土壤含水率等多个环境要素对树干液流的影响。结果表明,在晴天和阴雨天苹果树干液流速率变化均呈明显的昼夜变化单峰曲线,晴天液流启动早,停止晚,液流速率大;阴雨天液流启动晚,停止早,液流速率小。苹果树干液流速率与太阳辐射、水气压差、大气温度和相对湿度呈显著正相关,与空气相对湿度呈显著负相关,晴天条件下液流速率与各气象因子的相关关系比阴雨天条件下显著,且均可用线性表达式来估算。在不同的土壤水分环境条件下,苹果树干液流速率变化差异很大。水分胁迫条件下,全天液流速率水平较低,反映其蒸腾水平低;而水分充足条件下,液流速率的变化过程为一宽峰曲线,维持较高液流速率的时间较长,全天蒸腾水平高。     

基于BP-NN的温室膜下滴灌茄子蒸腾速率预测模型

通过田间试验,对温室膜下滴灌茄子冠层叶片蒸腾速率的变化规律进行了深入研究。通过分析温室内地面温度、相对湿度、植株冠层温度、气压、水面蒸发、太阳辐射等6个环境参数与茄子蒸腾速率的综合影响关系,确定了网络拓扑结构为6-9-1。并应用MATLAB软件,选择Levenberg-Marquardt(L-M)优化算法,建立了基于Back Propagation(BP)神经网络的温室膜下滴灌茄子蒸腾速率预测模型。经模型验证得出,BP神经网络模型预测值与蒸腾速率实测值间拟合效果较好,平均相对误差为0.029 8,达到预测精度要求。该研究成果对温室膜下滴灌作物需水规律及需水量研究具有较好的参考价值。     

浑善达克沙地人工牧草蒸腾光合作用与环境因子的关系分析

以浑善达克沙地人工种植的老芒麦、披碱草、蒙古冰草及紫花苜蓿为典型牧草,选择光合有效辐射、空气温度、空气湿度和二氧化碳浓度为主要环境影响因子,利用相关分析、偏相关分析、通径分析及决策系数等方法从不同角度系统地分析了人工牧草蒸腾作用和光合作用的环境影响,结果表明,人工牧草的光合作用和蒸腾作用主要受到光合有效辐射的影响,其次才是其他环境要素不同程度的直接影响和间接影响,因此,建立人工牧草蒸腾速率和光合速率的环境因子响应模型和计算人工牧草需水量应充分考虑光合有效辐射的作用。     

云贵高原参考作物蒸散量时空特征及成因分析

为了探究云贵高原地区参考作物蒸散量(ET0)的时空分布特征,基于云贵高原42个代表性气象站点近56 a(1961—2016年)逐日气象数据,利用Mann-Kendall检验探究ET0主要的气象驱动因子,并运用多元回归分析量化了各气象因子对ET0的贡献率.结果表明:云贵高原近56 a风速和气温呈逐年上升趋势,增幅分别为0...     

滴灌条件下核桃树茎流变化规律研究

通过田间试验,利用热扩散探针法研究了滴灌条件下核桃树茎流速率变化规律及其与气象因子间的关系。结果表明,核桃树茎流速率在晴天条件下日变化呈单峰曲线变化,先增大后减小,阴天条件下核桃树茎流速率表现为多峰曲线变化趋势;核桃树茎流速率与太阳辐射、大气温度和风速呈正相关关系,与大气相对湿度呈负相关关系。通径分析表明,对核桃树茎流速率影响最大的是大气温度,其次是风速、大气相对湿度、太阳辐射,建立了核桃树茎流速率与气象因子之间的回归方程。     

北京地区日光温室室内外环境要素特征分析

通过自动环境气象站连续观测了北京顺义地区2017年8月—2018年8月的日光温室室内外温湿度、太阳辐射和光合有效辐射4种环境要素,探究不同环境要素在室内外和季节之间的变化规律。试验结果表明,室内外温度具有极显著的相关性,室内温度始终高于室外,并随着春季到冬季季节的交替,室内外的温差逐渐增大。室外湿度受降水影响较大,因而夏秋季节室外湿度高于室内,而冬春季节则相反。一年中室外太阳辐射和光合有效辐射均高于室内,而季节间的辐射值受天气状况影响较大,各季节的辐射值以春季最大。      

干热河谷区橙子树蒸腾耗水环境响应与生理调节研究

为探究西南干热河谷地区典型经济林木橙子树的蒸腾耗水机制,利用热扩散式探针TDP、冠层分析仪、土壤水分传感器TDR、全自动气象站等设备获取橙子树蒸腾量、叶面积指数、土壤含水率和气象因子（气温、辐射、饱和水汽压差、降雨量等）的长期数据。对橙子树蒸腾规律的环境控制和生理调节特征进行系统研究,结果表明：相比于干季和雨季,干热季橙子树表现出较为保守的水分利用机制,日蒸腾量、冠层导度和退耦系数都显著低于其他两个季节。干季和雨季,橙子树蒸腾活动受太阳辐射和饱和水汽压差的交替控制,而干热季蒸腾活动主要受饱和水汽压差的驱动。冠层导度与气象因子日内动态变化特征之间存在时滞效应,且这种效应在不同天气不同季节具有差异。受叶面积指数影响,饱和水汽压差与冠层导度在整个年份呈负对数相关关系,其他环境因子与冠层导度在叶面积指数小于4m2/m2时呈负对数相关关系,大于等于4m2/m2时呈二次函数相关关系。不同环境条件下虽然冠层导度对饱和水汽压差的敏感性不同,但蒸腾耗水在大多数环境条件下基本遵循等水势调节策略,但个别环境条件下存在环境胁迫应对失衡风险。研究结果可为干热河谷区橙子园环境胁迫诊断提供直接依据,有利于灌溉制度的科学优化和节水调控技术体系的高效制定。     

重庆丘陵山区参考作物蒸散量的确定及气候影响因素分析

基于重庆市北碚区2001—2011年气象资料,采用Penman-Monteith公式计算ET0,分析了3种不同太阳辐射(Rs)计算方法所得ET0的差异性,并利用相关性和敏感性分析方法分析气象因子对ET0的影响。结果表明,研究区2001—2011年年内各月ET0呈抛物线变化,年内ET0最大值出现在7月和8月,最小值出现在1月和12月;不同Rs计算方法是引起ET0和辐射项(ET0(rad))差异的主要原因,但差异不显著;研究区ET0主要由空气动力学项(ET0(aero))贡献;最高温度、最高相对湿度和最低相对湿度是研究区ET0的3个最主要的影响因子;采用Pen-man-Monteith公式计算研究区ET0时,建议采用Hargreaves公式计算Rs。