冬小麦光合作用的光响应曲线的拟合

测定了田间冬小麦叶片光合作用速度及其相应的气象要素，分别用直角双曲线和非直角双曲线方程拟合了光合作用对光强的响应。指出在田间条件下，用直角双曲线拟合得到的初始量子效率（α）偏高。由于非直角双曲线中引入了反映光合曲线弯曲程度的参数（凸度），使得α值政党，在高光强下光合作用趋于光饱和，拟合结果更加符合生理意义。     

几种光合作用光响应模型对烟草的适用性分析

为探讨不同光响应曲线模型对烟草的适用性,分别测定云南赵桅基地K326叶片在20、30和35℃下的净光合速率光响应曲线,昭通自然条件下红花大金元(红大)、KRK26和云烟99叶片净光合速率的光响应曲线.用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、动力学模型、指数模型以及叶子飘等构建的新光响应模型(新模型)对各光响应曲线进行拟合.结果表明,新模型对光饱和、非光饱和及光抑制的光响应曲线拟合均较好,指数模型对光饱和的光响应曲线拟合较好,其它3个模型对任何一种光响应的拟合效果均较差.指数模型和新模型拟合的最大净光合速率(Pmax)与实测值最接近,其它3个模型拟合的Pmax值偏高,以非直角双曲线模型偏高最明显.直角双曲线模型和非直角双曲线模型拟合的表观量子效率(α)普遍接近或超过最大量子效率理论值范围,指数模型和新模型拟合的α值在正常范围内,动力学模型拟合的α值则偏低.非直角双曲线模型拟合的光补偿点(Ic)明显低于实测值,其它模型拟合的Ic与实测值均较接近.直角双曲线模型、非直角双曲线模型和动力学模型不能直接计算光饱和点(Is),新模型拟合的Is与实测值均接近,出现光饱和及光抑制时,指数模型拟合的Is也与实测值接近.研究结果表明,以新模型对烟草光响应曲线进行拟合较为合理.     

不同氮肥水平下玉米光响应曲线模型的比较

【目的】本研究采用7种模型对光响应曲线进行拟合,比较不同拟合模型的优劣,旨在优选出氮胁迫下最优的光合作用光响应模型,为研究玉米的氮素营养生理和栽培提供科学依据,为棕壤地区春玉米氮素高效管理提供理论依据。【方法】以郑单958玉米为研究对象,在棕壤长期定位肥料试验的基础上,采用LI-6400型便携式光合作用测定系统测定穗位叶在不同光强下的光合速率,从不同供氮水平研究灌浆期玉米穗位叶叶片的光合作用光响应特征,采用二次回归、 直角双曲线、 非直角双曲线以及直角双曲线修正等7种不同模型对光响应曲线进行拟合,通过拟合程度、 拟合的表观量子效率(α)、 最大净光合速率(Pnmax)、 光饱和点(LSP)、 光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rday)6个参数的对比,比较7 种模型的差异。【结果】 1)随氮肥水平的提高,产量、 氮素含量、 叶绿素含量有所提高,而施氮处理的净光合速率则表现出降低的趋势。2)本研究中的7种模型均能较好地对施高量氮肥(N180处理)的玉米叶片Pn光响应进行拟合,决定系数除直角双曲线修正模型为0.992外,其余均为0.994。但是不同模型对光抑制现象明显的N0、 N120处理的拟合效果差异较大,从决定系数比较来看,拟合效果优劣排序为直角双曲线修正模型、 二次回归模型非直角双曲线模型指数模型直角双曲线模型、 动力学模型。3)直角双曲线修正模型和二次回归模型的Pnmax、 LSP、 LCP和Rday四个光合参数均与实测值较为接近,而其他模型除个别参数较为接近外,多数参数差别较大;另外由于直角双曲线模型、 非直角双曲线模型和动力学模型的方程没有极值,不能直接得到光饱和点,使这三种模型损失了LSP这个重要的参数。4)随着施氮水平的提高,灌浆期玉米穗位叶α、 Pnmax、 LSP、 LCP和Rday 5个参数均逐渐升高。【结论】随着施氮水平的提高,灌浆期玉米穗位叶光合性能明显提升,光抑制程度减轻,α、 Pnmax、 LSP、 LCP和Rday 5个参数均升高;在不同氮肥水平下,无论是光饱和、 非光饱和或光抑制情况下,直角双曲线修正模型和二次回归模型均能较好地对玉米光响应曲线进行拟合,拟合的光合参数信息较多,拟合的光合参数与实测值相近,因此直角双曲线修正模型和二次回归模型较适宜拟合玉米光响应曲线。     

水分胁迫下黄瓜叶片光响应过程的模拟

以黄瓜品种"博新525"(Boxin525)为试材,设置4个土壤水分处理,即正常灌溉CK(土壤相对湿度为70%~80%)、轻度胁迫T1(土壤相对湿度为60%~70%)、中度胁迫T2(土壤相对湿度为50%~60%)、重度胁迫T3(土壤相对湿度为35%~45%),利用LI-6400便携式光合仪测定不同水分处理下黄瓜叶片的光响应曲线,采用直角双曲线、非直角双曲线、指数和叶子飘等4种光响应模型对黄瓜叶片光响应过程进行模拟,运用统计方法进行模拟效果评价,以探讨水分胁迫对黄瓜叶片光响应过程的影响。结果表明:(1)水分胁迫导致黄瓜叶片净光合速率(Pn)下降,当光合有效辐射PAR(photosynthetically active radiation)为800μmol·m~(-2)·s~(-1)时,T1、T2和T3处理叶片Pn分别比CK下降17.92%、26.49%和50.00%。实测与模拟的光响应曲线对水分胁迫的响应趋势一致,随着胁迫程度增加,Pn-PAR曲线变化幅度减小。(2)水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应曲线参数。4种模型模拟的叶片初始量子效率均随胁迫加重呈先升高后降低的变化趋势;叶片暗呼吸速率以T2处理最高;4种模型计算的T1、T2和T3处理叶片光饱和点平均值较CK分别下降24.28%、31.99%和38.33%,叶片最大净光合速率平均值分别降低23.88%、33.19%和55.78%。(3)CK处理的黄瓜叶片光响应曲线模拟值偏离程度及光响应曲线参数的平均相对误差均最低,水分胁迫降低了黄瓜叶片光响应曲线的模拟效果。(4)4种模型模拟效果以叶子飘模型最佳,其后依次为指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型。研究认为水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应过程,降低黄瓜叶片的光合能力。     

不同水分供应对甘薯叶片光合与荧光特性的影响及其光响应模型比较

水分供应对甘薯生长发育、产量形成具有重要影响。为探讨不同水分处理对甘薯光合与荧光特性的影响,本研究以鲜食型甘薯‘烟薯25号’为试验材料,研究不同水分处理下甘薯叶片的光合-光响应过程及其荧光特性,并利用不同模型对光响应过程进行拟合。研究结果表明：干旱和淹水处理显著降低了甘薯叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和蒸腾速率（T_r）;当PAR≤1 000 μmol·m^-2·s^-1时,干旱及淹水处理P_n的降低主要受气孔限制,当PAR>1 000 μmol·m^-2·s^-1时,P_n的降低主要受非气孔限制。荧光参数表明,干旱及淹水处理下甘薯叶片光系统Ⅱ（PSⅡ）对光的捕获及吸收能力下降,热耗散增加。光响应模型以直角双曲线修正模型拟合精度最高,且能拟合出饱和光强,适用于不同的土壤水分环境。模型拟合参数显示,所有处理甘薯叶片初始量子效率（α）为0.039~0.055,位于0~0.125的理论范围值内,干旱、淹水处理下甘薯叶片表现出显著的光饱和、光抑制现象,光能利用减弱,且淹水处理的光利用能力小于干旱处理。综合分析认为,直角双曲线修正模型是甘薯不同水分条件下光响应变化最佳模型。干旱及淹水处理均会对甘薯光系统造成损伤,使甘薯光合能力下降,淹水比干旱更易于降低甘薯叶片对光的利用能力,高光强会加重甘薯水分的胁迫程度。     

不同土壤水分条件下栾树光合作用的光响应

采用光合作用光响应直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对栾树在不同土壤水分条件下的光响应曲线进行拟合,探讨不同光响应模型对栾树的适用性及栾树光合特性对土壤水分和光照强度的响应规律.结果表明:1)3个模型都能较好地拟合栾树的光合光响应过程,其中直角双曲线修正模型能拟合在光抑制条件下的光响应过程,非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型要优于直角双曲线模型;2)栾树对土壤水分和光照强度的适宜范围较广,土壤相对含水量在41.5％ ～93.3％范围内,净光合速率、表观量子效率均相对较高,光合有效辐射强度在600～2 000μmol/( m2·8)范围内,净光合速率和水分利用效率均能获得较高水平.     

黄土丘陵区翻白草光合特性的研究

运用开放式气体交换LI-6400便携式光合作用测定系统,测定了自然条件下黄土丘陵区翻白草(Potentilladiscolor Bunge)的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Cs)及其光响应曲线.(1)翻白草净Pn日进程呈"单谷"型曲线,在早晨800,Pn为全天最大值14.91μmol/(m2·s);至1400,Pn降到最小值0.13 μmol/(m2·s),植物进入"午休"状态.(2)翻白草的光补偿点为51.4μmol/(m2·s),光饱和点为527μmol/(m2·s),表观量子效率为0.056 6,说明翻白草属于典型的阳生植物.(3)在光响应过程中,随着有效光辐射强度(RPA)的增强,翻白草的蒸腾速率(Tr)一直处于上升趋势,与Gs变化趋势完全一致,二者呈指数关系.翻白草WUE随RPA的增强呈抛物线状变化,在初始阶段,WUE增加较快,RPA为800 μmol/(m2·s)时,WUE达到最大值4.68 mmol/mol之后,WUE开始逐渐降低,但是变化较小.     

土壤水分胁迫对茶树光合作用-光响应特性的影响

采用盆栽试验研究正常供水(土壤含水量为田间最大持水量的75%)、轻度水分胁迫(55%)、中度水分胁迫(35%)和重度水分胁迫(20%)条件下,茶树"铁观音"和"福鼎大白茶"2年生幼苗光合作用-光响应特性。结果表明:"铁观音"、"福鼎大白茶"光合作用-光响应曲线符合指数模型。在正常供水条件下,"铁观音"、"福鼎大白茶"的最大光合速率(Pnmax)分别为8.169μmol(CO2)·m-2·s-1、3.946μmol(CO2)·m-2·s-1,表观量子效率(AQY)分别为0.039μmol(CO2)·μmol-1、0.024μmol(CO2)·μmol-1,光饱和点(LSP)分别为973.07μmol·m-2·s-1、775.78μmol·m-2·s-1,光补偿点(LCP)分别为5.15μmol·m-2·s-1、6.49μmol·m-2·s-1,暗呼吸速率(Rd)分别为1.025μmol(CO2)·m-2·s-1、1.040μmol(CO2)·m-2·s-1。土壤水分胁迫使"铁观音"、"福鼎大白茶"Pnmax、AQY、LSP显著降低,而LCP及Rd提高。无论在正常供水还是在水分胁迫下,"铁观音"均表现出更高的光合活性,其Pn、Pnmax、LSP及AQY均比"福鼎大白茶"高,而Rd、LCP比"福鼎大白茶"低。表明生长在同一生境中的"铁观音"对光照、土壤水分的生态适应能力高于"福鼎大白茶"。     

增氧微咸水对小白菜光响应特征及产量的影响

为了探讨水培条件下微咸水溶解氧浓度对小白菜光响应特征及产量的影响,测定了5种增氧水平下小白菜的光合响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型分别对小白菜光响应曲线进行拟合比较,筛选出最优模型并利用最优模型对小白菜的光合特征参数进行了计算。试验结果表明,经误差分析,不同增氧水平下4种模型的光响应曲线拟合结果存在差异,非直角双曲线模型对所有处理的模拟精度均最高,是分析增氧微咸水水培条件下小白菜光响应曲线的最优模型。光响应曲线参数显示,18.5 mg/L的微咸水溶解氧浓度处理下小白菜的暗呼吸速率、表观量子效率、最大净光合速率均显著高于其他微咸水增氧处理。此外,18.5 mg/L的微咸水溶解氧浓度处理下小白菜的净光合速率和地上部鲜质量也显著高于其他微咸水增氧处理。因此,利用微咸水培养小白菜较为适宜的溶解氧浓度约为18.5 mg/L,该增氧处理有利于增强小白菜的耐荫性和忍受高光强的能力,增大小白菜叶片的可利用光强范围,提高叶片的生理活性,并促进小白菜叶片光合作用的高效运行,进而实现小白菜高产。     

农膜残留对大豆光生理特征及生物量累积的影响

农膜覆盖技术的应用及推广极大地提高了干旱半干旱地区的农业产量,促进了当地农业发展及社会经济效益。然而,由于农膜碎片化程度高、回收难度大、降解周期长,使得残留在土壤中的农膜日益增多,严重威胁着作物生长、土壤健康以及农业可持续发展。尽管农膜残留对土壤质量影响的研究较多,但对于其种类(可降解或不可降解)及残留累积量对作物光生理特征的研究还相对较少。本试验以大豆为研究对象,对比普通聚乙烯(PE)和生物降解(BP)两种农膜(残片大小为0.5～2 cm),研究不同农膜残留累积量(土壤重量的0、0.1%、0.5%、1.0%)下大豆花期及初荚期叶片光合作用光、CO_2响应曲线特征及花期、收获期的植株生物量,探讨塑料类型及残留量对大豆光生理特征及生物量累积的影响。结果表明:PE残留导致大豆叶片光补偿点在花期降低23.96%,而初荚期升高51.38%,说明PE残留导致大豆叶片弱光利用能力在花期提升,但在初荚期被抑制。在初荚期,BP残留使光补偿点降低54.82%,且光饱合点升高58.12%,从而提高了叶片强光适应能力,增大了叶片光能利用范围。同时, PE和BP添加使暗呼吸速率分别增长30.56%和22.28%,从而导致干物质消耗增加。土壤中PE、BP残留量的增加,最大光合力分别降低36.49%和23.56%,表明大豆叶片CO_2利用能力减弱; CO_2补偿点分别降低67.96%和38.91%,从而提高了叶片低浓度CO_2的利用能力,并降低光呼吸速率,从而减少了干物质的消耗。此外,不同农膜及残留量处理下,仅在花期0.1%与0.5%残留量的BP处理中,地下生物量随农膜残留量的增加显著降低,其他各处理间地上及地下生物量无明显变化。光响应及CO_2响应曲线各拟合参数与生物量的Pearson相关性分析结果表明,收获期PE处理下,地上生物量与光补偿点呈显著负相关,而光呼吸速率、CO_2补偿点、初始羧化效率与生物量(地上+地下)的积累有较强相关性。因此,PE农膜残留量增加提高了大豆花期叶片对于弱光的利用能力而减弱初荚期对弱光的利用能力,BP农膜残留量增加则会增强初荚期叶片对弱光的利用,也对大豆叶片适应强光的能力有所提升。     

Tolerance of Two Hydroponically Grown Salix Genotypes to Excess Zinc

Woody cuttings from two Salix genotypes (genotype I—clone LUC-31, Salix alba and genotype II- clone STOTT, Salix viminalis) were grown hydroponically for 14 days at increasing concentrations of Zn: control, 50, 100 or 150 μ M Zn. Genotype tolerance to excess zinc (Zn) was evaluated using a root elongation test. The changes in growth, Zn, iron (Fe), copper (Cu) and manganese (Mn) concentrations as well as photosynthetic performance were used as additional evaluation criteria. Photosynthetic pigments concentrations in Zn-exposed cuttings of genotype II decreased as compared with genotype I, which corresponded well with the higher leaf Zn accumulation, decreased Fe concentrations as well as lowered photosynthetic rate. Based on the indicators used, genotype I (Salix alba) was classified as more tolerant to excess Zn than genotype II (Salix viminalis).     

缙云山三种典型阔叶树光合生理特性研究

为研究缙云山三种典型阔叶树光合生理特性,并找出合适的光响应拟合曲线,通过测定自然条件下三种典型树种四川山矾（Symplocos setchuanensis）、四川大头茶（Gordonia acuminata）、白毛新木姜子（Neolitsea aurata）光合生理生态特征参数,采用修正直角双曲线模型、非直角双曲线模型对光响应曲线进行拟合,结果表明:（1）四川大头茶的光饱和点为1 048μmol/（m²·s）,光补偿点为3.25μmol/（m²·s）,四川山矾光饱和点为2337μmol/（m²·s）,光补偿点为5.48μmol/（m²·s）,白毛新木姜子光饱和点为1 164μmol/（m²·s）,光补偿点为4.62μmol/（m²·s）;（2）蒸腾速率表现为白毛新木姜子>四川大头茶>四川山矾,在相同光强下,白毛新木姜子比四川山矾蒸腾速率高0.6～0.7μmolCO₂/（m²·s）。四川山矾的耐光性最强,且可能为C4植物;对于有光抑制现象树种,修正直角双曲线模型在求光饱和点、最大净光合速率方面更具优势。     

多重情景下半干旱地区人工杨树林光合生理特征

深刻剖析多重情景下主要防风固沙树种的光合生理特征,对半干旱地区生态系统的健康维持与恢复重建具有重要的指导意义。以半干旱典型区科尔沁沙地人工杨树为研究对象,采用Li-6400红外气体分析仪活体测量生长季不同月份、嫩叶与成熟叶、上午与下午以及不同CO2浓度和光强下杨树叶片的光响应和CO2响应曲线,进一步对比分析这些情景下净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和水分利用率(WUE)的差异性。结果表明:在相同光强和CO2浓度下,生长旺盛期杨树叶片的Pn高于生长初期和生长末期;嫩叶与成熟叶的Pn、Tr、WUE差异明显,嫩叶的蒸腾作用相对较强,成熟叶的光合作用相对较强。研究结果对开展半干旱地区人工杨树光合生理相关研究具有一定的参考价值。     

旱涝交替胁迫条件下粳稻叶片光合特性

为研究分蘖期和拔节期旱涝交替胁迫对粳稻叶片光合特性和产量的影响,于2013年进行盆栽试验,分别在粳稻分蘖期(tillering stage,T)和拔节期(jointing stage,S)设置涝-轻旱(light drought,LD)和涝-重旱(sever drought,HD)共4个旱涝交替胁迫处理,其中分蘖期涝保持水深10 cm,拔节期涝保持水深15 cm,同时以浅水勤灌(CK)为对照,测定叶片净光合速率、气孔导度、潜在水分利用效率和胞间二氧化碳浓度以及最终产量等。结果表明,胁迫结束时,T-HD处理净光合速率极显著低于CK和T-LD处理(P0.01);T-LD和T-HD处理气孔导度和胞间二氧化碳浓度均极显著低于CK(P0.01);S-HD处理净光合速率极显著低于CK(P0.01),且气孔导度比CK低62.73%(P0.01);S-LD和S-HD处理胞间二氧化碳浓度呈升高趋势,且S-LD和S-HD处理潜在水分利用效率均低于CK。复水至10月10日,各处理净光合速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度均显著高于CK(P0.05)。相同光强下,各处理净光合速率低于CK,但光补偿点、光饱和点和暗呼吸速率均高于CK,并且提高了水稻CO_2响应曲线的净光合速率。但各处理最终产量均显著低于CK(P0.05)。研究结果可为分析水稻干物质积累、灌溉水利用效率等提供依据。     

温室营养液循环检测系统中离子选择电极的数学建模与测量

针对目前设施农业中使用离子选择电极对营养液养分进行在线测量所存在的长时间测量和测量准确性问题,提出使用基于最小二乘法的“逐步拟合法”拟合钾、钙、硝态氮等离子选择电极模型,建立被测溶液浓度,电极测量电压和被测溶液温度的三维数学模型。并由此设计出营养液各养分含量的在线测量方法。以钾离子选择电极为例介绍了离子选择电极的试验测量方法、建模原理和过程。通过建模得到了钾离子选择电极的一个以温度的一次函数作为常数项和测量电压自变量的系数项、溶液浓度为应变量的函数模型。大量的实验结果表明：所建立的离子选择电极模型准确,可用于在线检测,提出的方法在工程上简洁实用,具有广泛的应用价值。     

不同水氮条件对东北寒地黑土直播稻光响应特征的影响

为了揭示寒地黑土直播稻在不同灌水方式和施氮水平下功能叶片光响应特征,以测坑试验水直播水稻为研究对象,采用全面试验方法,设灌水方式和施氮量2个因素,针对水稻分蘖期和抽穗开花期开展了不同水肥条件下直播水稻叶片光响应特征的研究。结果表明:随氮肥施用量的增加,直播稻功能叶片的光响应曲线上升,光强高于600μmol/(m~2·s)时,不同施氮量处理的光响应曲线间距变大。运用非直角双曲线模型建立水稻叶片光合光响应曲线的拟合,得出不同水氮处理下直播水稻叶片的光响应特征参数,结果显示,随着施氮量的增加,最大净光合速率Pnmax、表观量子效率α和光饱和点LSP上升,光补偿点LCP下降;而同施氮量条件下,控制灌溉处理的Pnmax、α和LSP高于淹灌处理,LCP低于淹灌处理。因此,在0~135kg/hm~2的范围内增加施氮量和控制灌溉有助于提升直播稻功能叶片光合作用能力,提高其对光能的利用率和对强光及弱光的适应能力,有效改善叶片光响应特征,提高水稻产量,所以在进行直播水稻栽培研究时,要充分考虑不同水肥条件对其光响应特征的影响。     

不同供氮水平及水分调控条件下水稻光合作用光响应特征

为了揭示不同水氮调控对水稻功能叶片光合作用光响应特征的影响,在2种供氮水平下,针对分蘖末期和拔节孕穗期开展了不同土壤水分状况下水稻功能叶片光合速率的光响应特征研究。实测结果表明,随土壤水分的降低,水稻功能叶片的光响应曲线下降,且在光强高于400μmol/(m2.s)时,不同土壤水分状况的光响应曲线差距变大,低氮处理光响应曲线受水分亏缺的影响较大。基于实测结果,建立水稻叶片光合速率光响应曲线的数学模拟,得到不同水氮处理水稻功能叶片光响应的特征参数,结果显示最大净光合速率、光饱和点随着土壤水分的降低而下降、其中低氮处理下降幅度较大,在复水后均出现反弹。因此,水分胁迫会降低水稻叶片对强光的适应能力,但此能力在复水后可恢复,在200～300kg/hm2施氮量范围内,增加施氮量可以有效改善叶片光响应特征、并有效促进复水之后反弹补偿的产生,在制定水稻节水灌溉的土壤水分调控指标时,要考虑不同的施氮水平的影响。     

设计洪水频率曲线的粒子群优化适线法研究

应用现代智能优化算法，按照不同适线准则进行了设计洪水的频率计算。根据我国水利水电工程设计洪水计算规范，应用粒子群算法按照离（残）差平方和最小，离（残）差绝对值最小和相对离（残）差平方和最小准则，进行了设计洪水频率曲线参数的优化估计研究。通过实例验证，认为粒子群算法进行设计洪水频率曲线参数估计优于传统的经验适线法。与传统优化方法相比，粒子群算法对优化目标函数要求低，避免了大量的求导计算，是一种推求设计洪水频率曲线统计参数的新途径。