微型植物工厂环境控制参数优化试验研究

为了提高微型植物工厂内部温度分布均匀性和作物净光合速率,提出采用试验研究和CFD仿真相结合的方法对其环境控制参数进行优化设计。以生菜为例,通过多因素耦合试验,探索了温度、湿度和循环风速3种因素对生菜净光合速率和蒸腾速率的影响,并对不同风速控制策略下植物工厂内气流场和温度场进行了CFD数值仿真分析。试验结果表明:风速对生菜的净光合速率和蒸腾速率均有显著影响;微型植物工厂内采用上层低循环风速、下层高循环风速模式,有利于保证内部温度的均匀性,生菜的净光合速率也处于较高水平,有利于其生长。     

大田栽培模式下油用牡丹'凤丹'光合、蒸腾特性研究

利用便携式光合仪测定大田栽培模式下油用牡丹‘凤丹’的光合、蒸腾特性,为其栽培管理提供理论依据。结果表明:‘凤丹’牡丹净光合速率日变化呈单峰曲线或双峰曲线,日净光合速率的最高值出现在8:00或10:00,而后呈下降趋势,18:00降到最低。4月、5月‘凤丹’牡丹净光合速率日平均值明显高于其他月份。‘凤丹’牡丹蒸腾速率呈现出明显的单峰曲线,日蒸腾速率的最高值出现在8:00—14:00,没有明显的规律性,最低值出现在18:00。6月、7月‘凤丹’牡丹蒸腾速率日平均值明显高于其他月份。气孔导度的日变化均呈典型的单峰曲线,最高值出现在8:00或10:00,18:00为全天最低值。不同月份‘凤丹’牡丹气孔导度日平均值无显著差异。     

基于LIF技术分析玉米叶片蒸腾效应模型

玉米抽丝期是玉米由营养生长进入生殖生长的转折点,是决定玉米产量的关键时期。为此,基于激光诱导荧光光谱(LIF)技术,以抽丝期玉米叶片为研究对象,快速无损地获取植物生理信息的日变化,重点分析玉米叶片蒸腾效应与叶绿素荧光光谱的相关性,并选择706～748nm波段作为敏感光谱波段,建立了基于光谱特征参数的植物叶片蒸腾速率的预测模型。结果表明:采用荧光强度F730研究玉米叶片蒸腾效应最合适;由于气孔导度反映蒸腾效应,且影响CO_2的同化过程,故以气孔导度的信号之一的叶片温度作为模型输入修正;通过对蒸腾速率与叶片温度、叶绿素荧光强度进行回归诊断与全回归分析,建立了基于荧光强度F730和叶片温度的蒸腾速率预测模型,分析了蒸腾速率与二者的相关性,模型复相关系数为R=0.833 4,模型校验结果的相关系数R~2=0.879 8,认为模型的预测能力较好。通过激光诱导叶绿素荧光光谱技术实现了对植物生理信息的无损检测与分析,建立的玉米抽丝期蒸腾速率预测模型可为玉米优质高产的水肥精准化、智能化控制技术提供数据支持。     

风沙流频繁吹袭对樟子松幼苗光合水分代谢的影响

为了解风沙流频繁吹袭对樟子松幼苗光合水分代谢的影响,2013年在内蒙古科尔沁沙地研究了0（对照）,6,9,12,15和18 m／s 等6个风速处理风沙流（风沙流强度相应为1．00,28．30,63．28,111．82和172．93 g／cm·min）4次吹袭下3龄樟子松幼苗光合速率、蒸腾速率、水分利用效率等指标的变化规律。结果表明,1）频繁的风沙流吹袭,可以改变樟子松幼苗蒸腾速率、气孔导度、胞间 CO2浓度和水分利用效率的日变化规律,但对光合速率日变化规律影响较小;2）随着风沙流强度的增加,其叶片相对含水量、叶面温度和日均光合速率、日均水分利用效率趋于下降,18 m／s 处理和对照相比分别下降4．6％,1．8％,52．6％和56．3％;日均蒸腾速率、日均气孔导度和胞间 CO2浓度趋于增加,18 m／s 处理和对照相比分别增加31．6％,75．0％和30．9％;3）随着风沙流强度的增加,其日最大光合速率和日最大水分利用效率趋于下降,日最大胞间 CO2浓度趋于增加,15 m／s 以下风沙流吹袭其日最大蒸腾速率降低,15 m／s 以上风沙流吹袭其日最大蒸腾速率显著增加;4）在风沙流吹袭下,樟子松光合能力的降低主要源于叶片含水量和叶片温度的下降以及叶片的机械损伤,而蒸腾速率的增加主要源于气孔导度的大幅度提升。     

外源钙离子对红掌叶片气孔特征及气体交换参数的影响

以红掌叶片为试材,采用不同浓度Ca(NO_3)_2(0、2、4、6、8mmol·L~(-1))溶液对红掌进行2周的培养,对气孔密度、气孔解剖结构(气孔长度、宽度、周长、面积、形状指数和面积指数),气孔空间分布格局和叶片气体交换进行了测定,以探究外源Ca~(2+)对红掌叶片气孔特征及气体交换参数的影响。结果表明:当Ca~(2+)浓度为4mmol·L~(-1)时,气孔的周长达到最大值,且此时气孔变得最为扁长。另外,Ca~(2+)浓度的升高使得气孔的宽度增加约10%。当Ca~(2+)浓度为6mmol·L~(-1)时气孔密度最高,但气孔空间格局却最不规则。然而,该研究中设置的5个Ca~(2+)浓度均没有对气孔开口面积产生显著的影响(P0.05)。另外,随着外源钙离子浓度的增加红掌的净光合反应速率(Pn)呈现出升高的趋势,但各处理间Pn差异不显著,且均低于对照组。此外,红掌叶片的蒸腾速率和气孔导度在不同外源钙离子处理下也没有发生显著的变化。说明外源钙处理对于红掌气孔特征和生理过程的影响非常有限,这可能是由于外源钙提高气孔密度有利于气体交换的正效应同减弱气孔分布格局规则性不利于气体交换的负相应相抵消,从而导致红掌的生理参数没有发生显著的变化。     

黄蜀葵光合特性研究

为确定黄蜀葵生长过程中对光照条件的需求，本文对邯郸地区栽培的黄蜀葵光合特性进行了研究。结果表明：黄蜀葵净光合速率的日变化趋势呈不明显的双峰曲线，高峰值分别出现在12:00与15:00，分别为17.9μmol/(m²·s)与9.9μmol/(m²·s)，具有光合“午休”现象；黄蜀葵叶片气孔导度的日变化规律与净光合速率呈现一定的相似性，且最高峰峰值出现时间相同；黄蜀葵叶片蒸腾速率呈现不规律的单峰曲线，最高峰值出现在11:00；黄蜀葵光合作用的补偿点和饱和点分别是74.5μmol/(m²·s)和1 561.8μmol/(m²·s)。     

冬小麦对不同土壤水分的生理和形态响应

采用深桶栽培结合测坑法，从冬小麦反青至蜡熟期保持不同的土壤水分，分生育期对小麦的形态、生理和根系进行了测定。结果表明：调控土壤水分可明显改变冬小麦根、冠生长量比率。适宜的土壤水分胁迫（田持的５０％－６０％）可促进冬小麦根系发育，高土壤水分更有利于地上部生长。土壤水分长期低于田间持水量的６０％时，较显著地叶片的增大，从而减小截获光能的总叶面积，最终降低生物学产量和经济产量。土壤水分由“田持”的４６％升高到５５％，光合速率增幅不大，由５５％提高到６４％，光合速率出现跃迁式增高，土壤水分超过６４％后，光合速率几乎为等值。说明光合作用对土壤水分存在一个“阈值”反应，此值为土壤田间持水量的６５％左右。冬小麦的蒸腾速率随土壤水分递增而一直递增；综合考虑蒸腾速率与光合速率及水分利用效率之间关系，可以得出高土壤水分条件下冬小麦存在奢侈蒸腾耗水现象。