毛乌素沙地油蒿群落冠层导度及影响因素

冠层导度(g_c)是影响植物蒸腾和光合作用的重要参数,对环境变化敏感。本研究利用涡度相关法于2015年5—10月对毛乌素沙地油蒿群落的潜热和显热通量进行连续观测,并同步观测空气温度(T_a)、相对湿度(RH)、光合有效辐射(PAR)、土壤含水量(VWC)、降雨(PP)等气象因子,结合Penman-Monteith的冠层导度逆转方程,了解g_c时间动态与变异机制。结果表明:研究区油蒿群落g_c日变化具有明显的季节差异,夏季(5—8月)g_c达到峰值的时间比秋季(9—10月)早约2 h,约在10:00左右达到峰值,比水汽压亏缺(VPD)和PAR的峰值分别提前3~4 h和1~2 h,秋季g_c在中午12:00达到峰值后直接下降。PAR、VPD均对g_c有显著的调控作用,PAR和VPD对g_c的调控阈值分别是1 200 μmol/(m2·s)和1.5 kPa,小于阈值呈正相关,大于阈值呈负相关。30 cm土壤含水量(VWC_30)是调控g_c的重要因子,当VWC_30大于0.16 m3/m3时,g_c与VWC_30呈正线性关系。在高的土壤含水量条件(VWC_30≥0.16 m3/m3)下,g_c对PAR和VPD的敏感性高于低土壤含水量(VWC_30 < 0.16 m3/m3)条件。结果表明,土壤水分是调节荒漠生态系统冠层导度的关键因子,研究结果为荒漠生态系统水文过程模型的建立提供重要参考。      

孕穗至成熟期水稻冠层温度和土温水温的模拟

冠层温度以及土温、水温会对作物生长发育产生一定影响,在作物的各项生理中起到重要作用。为了建立水稻5 cm土温(简称土温)和水温以及30、60、90 cm冠层温度模拟模型,于2019年水稻生长季在南京信息工程大学展开水稻大田分播期试验,选用环境温度、风速以及株高、叶面积指数等水稻表型参数,区分晴天、多云、雨天不同天气条件,利用线性回归模型、反向传播(BP)神经网络模型、支持向量机(SVM)模型等方法对稻田各层温度进行模拟。结果显示,线性回归模型和BP神经网络模型对各层温度模拟的误差较大。SVM模型对各层温度模拟的最为准确,晴天90 cm冠层温度模拟的误差最大,绝对误差为1.29℃,多云天气土温模拟误差最小,绝对误差为0.09℃。SVM模型在不同天气条件下对各层温度模拟的误差都较小,模型适用性较好。     

农田冠层与大气水汽通量耦合分析

退耦因子 (Ω)是表征作物与周围大气水汽交换的重要指标。研究了引入Ω评价冬小麦与大气系统潜热通量的耦合度。一般在早晨和接近傍晚时作物与大气之间有较好的耦合度 ,主要是由于此时冠层导度 (gc)小 ;中午时由于风速很大 ,并且gc 达到全天最大值 ,作物与大气耦合度较差。Ω的季节变化由gc 控制 ,而gc受叶面积指数的影响。在拔节期以前有均衡潜热通量 (LEeq) >实际潜热通量 (LE) >强加潜热通量 (LEimp)的趋势 ,而在拔节期以后则呈强加潜热通量 (LEimp) >实际潜热通量 (LE) >均衡潜热通量 (LEeq)的变化趋势。     

水稻群体冠层三维结构的计算机模拟分析

由于冠层结构的时空复杂性和实验手段的相对落后,在一定程度上迟滞了水稻理想株型理论的发展,本研究尝试将计算机技术引入传统农业科研中,旨在为研究方法的创新提供新思路。在VC 6.0环境下,结合OpenGL图形函数库,开发出软件RPTDS(rice plant type design system),以三维重建法实现了对水稻群体冠层结构的模拟。进一步以冠层光分布为指标,通过田间试验与应用模型进行的光线追踪虚拟实验的比较研究,对软件的准确性与精确性进行了考察。结果表明,虚拟试验结果与田间试验结果虽然在数值上存在一定差异,但具有极显著的正相关关系。说明RPTDS系统基本能够反映群体冠层结构和光分布态势,通过对建模方法和假设条件合理性等方面的改进,有望为冠层结构研究提供有效参考。     

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.     

不同株型水稻冠层内光分布的模拟研究

[目的]对不同株型水稻冠层结构、冠层内光分布和光合作用之间的定量化关系进行了模拟计算研究。[方法]采用双参数椭圆函数和Beer-Lambert光传播定律分直射光和散射光对作物的冠层结构和光分布进行了数值模拟。[结果]函数模拟值与实测值的曲线变化趋势一致。两优培九的模拟值与实测值变化较为一致。但是汕优63无论是直射光还是散射光,均表现为在冠层上方实测值比模拟值大,而在冠层下方模拟值比实测值大。通过对消光系数的模拟研究表明,9:00～17:00两优培九直射光消光系数要比汕优63平均小0.45,而散射光消光系数两优培九为0.34,汕优63为0.38。[结论]在一定环境下,作物叶倾角分布密度的差异程度决定了冠层光分布差异的大小,因此,将消光系数视为常数是不适当的;可以在冠层光分布模型的基础上进一步建立冠层光合作用的数值模型,进而估算作物的生产潜力,为作物育种与栽培提供科学依据。     

倒伏胁迫下冬小麦冠层光谱及红边特征

倒伏已成为影响小麦减产的主要因素之一,实时监测倒伏胁迫对小麦生长具有重要意义。通过人工模拟不同倒伏级别处理,利用光谱观测数据,分析了倒伏冬小麦光谱和红边参数变化特征。结果表明,倒伏小麦冠层光谱反射率较正常小麦整体增高,近红外波段比可见光波段增加明显,且倒伏级别越大反射率越高,表明冬小麦受倒伏胁迫后,冠层光谱对其响应敏感;倒伏小麦红边位置发生蓝移,红边幅值和红边面积则呈增大趋势。因此,可利用高光谱技术实现对冬小麦倒伏的实时监测。     

甘蔗不同基因型伸长盛期冠层特征比较

对14个甘蔗基因型伸长盛期冠层特征和产量进行比较研究。结果表明,甘蔗不同基因型的冠层特征存在显著或极显著差异。蔗茎产量与叶面积指数呈不显著负相关,与辐射透过系数呈极显著负相关,与平均叶倾角和平均消光系数呈负相关;消光系数与叶面积指数呈不显著负相关,与平均叶倾角、辐射透过系数呈显著或极显著正相关。从甘蔗群体的受光能力和群体内光分布看,桂糖94-119、粤农91-600,赣南95-108群体结构合理,产量高。     

基于遥感反演作物冠层温度的作物生长模拟和预报

利用作物冠气温差可以计算作物生长水分胁迫系数.用遥感信息估算作物冠层温度并且利用气象站的气温资料,通过冠气温差计算作物水分胁迫系数,并引入作物生长模拟模型,就实现动态和连续的作物监测及预报作物产量.本文对建立遥感-作物模拟复合模型的基本原理进行了探讨,并提出建立遥感-作物模拟复合模型所涉及的计算方法,但整体研究方法还有待进一步的验证.     

晋西地区不同树龄富士苹果树群体冠层结构特征研究

【目的】探讨苹果树群体在生长过程中冠层结构的变化特征及其影响。【方法】以山西省吉县东城乡3～20年生富士苹果树为试材,每种树龄群体选择12株样树,使用LAI-2000冠层分析仪,对其叶面积指数(LAI)、冠层开度(DIFN)、平均叶倾角(MTA)、消光系数(K)等冠层参数进行测算,同时测定干周粗、树高、冠幅、枝下高、冠高和郁闭度等果树形态指标,然后对不同树龄富士苹果树群体的冠层参数及其形态指标进行对比分析。【结果】随着树龄的增加,苹果树群体的DIFN不断减小,从0.89下降到0.09;LAI逐渐增加,从0.29增加到3.54;MTA的变化总体呈下降趋势,但是8和12年生的苹果树群体MTA又呈上升趋势,MTA与树冠的5个天顶角关系密切,当两者角度接近时,该天顶角方向上的太阳光线入射较多;K逐渐增加,从0.38增加到0.68。【结论】综合冠层结构参数来看,3～10年生苹果树群体内透光、通风状况良好,其中3～8年生苹果树群体DIFN在0.4以上,LAI小于1.5,MTA在30°以上,K小于0.4;10年生苹果树群体整体长势好,DIFN为0.28,LAI为2.17,MTA为26°,K为0.59,这种冠层结构有利于群体发展;12年以上苹果树群体DIFN在0.2以下,K增加到0.6以上,群体内部光照少,通风差;而20年生苹果树群体DIFN不足0.1,LAI高于3.5,MTA为8°,K接近0.7,此时群体长势差,果树群体外围郁闭,内部光秃。同时,当冠层天顶角与MTA角度相近时,该天顶角方向的冠层开度较大,可根据不同树龄MTA的特征,并结合当地太阳高度角的变化特征,来进行果树修剪,控制树冠张开的角度。     

黄土丘陵沟壑区沙棘光合特性及气孔导度的数值模拟

【目的】研究黄土丘陵沟壑区沙棘叶片的光合速率和气孔导度特性及其耦合关系,建立干旱条件下沙棘叶片气孔导度模型。【方法】以Li-6400便携式光合仪测定的气体交换观测数据为基础,分析了沙棘叶片的光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和气孔导度(Gs)的相关性,用Ball-berry和非直角双曲线光合模型描述了光合速率与气孔导度间的关系。【结果】沙棘叶片Pn与Gs日变化相对应且均呈现同步不对称"双峰"波动,具有典型"午休"现象,首峰出现在上午9:00左右,次峰峰值小于首峰,出现在下午15:00以后;沙棘叶片Pn与Gs呈正偏相关关系,而与Ci呈负偏相关关系,且不同月份Ci与Pn的偏相关系数均高于Gs与Pn,但Gs与Ci的简单相关并不稳定,8月份未达显著水平;Pn与Gs、光合有效辐射(PAR)的简单相关分析表明,Pn与Gs、PAR间均呈极显著正相关关系(R2=0.895 4,R2=0.990 2)。【结论】沙棘叶片衰老期间非气孔因素是光合作用的主要限制因子。联合Ball-berry气孔导度模型和非直角双曲线光合模型建立的黄土丘陵沟壑区沙棘叶片气孔导度对环境因子的响应模型,具有一定的适用性。     

沙棘SRAP-PCR反应体系的优化及引物筛选

为建立适合沙棘(Hippophae rhamnoides L.)的SRAP-PCR反应体系,对影响SRAP-PCR的Mg2+浓度、Taq DNA聚合酶浓度、引物浓度、dNTPs浓度、模板DNA浓度进行了优化.优化后的反应体系为Mg2+3.0 mmol/L、Taq DNA聚合酶2U/25μL、引物0.8 μmol/L、dNTPs 0.25 mmol/L、模板DNA 30ng/25μL,反应总体系25 μL.利用此体系从30对引物组合中筛选出17对适合沙棘SRAP-PCR的引物,有助于沙棘的分子标记辅助育种研究.     

沙棘半家系及果实不同成熟期果肉含油量变化

沙棘(Hippophae rhamnoides L.)油富含100多种对人体有益的生物活性物质,但沙棘果肉与种子的含油量均较低,所以提高沙棘含油量的遗传改良一直是沙棘育种的目标。利用微量提取法分别测定了1个沙棘半家系和2个沙棘品种果实不同成熟期的果肉含油量。结果表明,BHi727115半家系不同F1代个体间干果肉含油量存在显著差异,介于12.64%~26.94%,平均值为20.15%(n=59);BHi72715和BHi72782品种的干果肉含油量分别介于21.08%~25.09%与20.43%~25.72%;在果实不同成熟期,果肉含油量变化在不同品种间存在明显差异。首次分析了沙棘半家系果肉含油量的变异,可为沙棘育种提供科学依据;不同成熟期的研究结果则可为沙棘果实的采收与加工利用提供参考。     

桃树树干液流和冠层温度对不同灌溉水量的响应

【目的】通过对不同灌水量下桃树主要需水信号,如液流速率、冠层温度和冠层温度-气温差的测定,分析不同水分亏缺灌溉桃树主要需水信号的变化规律,为果树的精量控制灌溉提供理论依据。【方法】以在移动式遮雨棚下生长的4年生桃树为试验材料,设置某时段桃树的实际需水量(ETc)的100%(I1)、75%(I2)、50%(I3)和25%(I4)4个灌水量处理,3次重复,研究不同灌水量处理下桃树液流速率、冠层温度和冠层温度-气温差的变化规律。【结果】不同灌水量处理之间桃树液流速率日变化和连日变化存在明显差异,高灌水量处理桃树液流速率大,低灌水量处理液流速率相对较小,在正常生长状态下液流速率日变化动态为多峰曲线,且阴天的液流速率明显小于晴天。桃树液流速率随大气相对湿度的变化呈现昼夜的周期性,相对湿度下降,液流速率上升。桃树生育期内冠层温度和冠层温度-气温差均存在明显的日变化,低灌水量处理的冠层温度和冠层温度-气温差高于高灌水量处理,且差异明显。冠层温度-气温差与0~100 cm土壤含水量具有较好的负相关关系。【结论】液流速率、冠层温度和冠层温度-气温差可以较合理地反映土壤水分的变化状况和作物水分的亏缺程度,是诊断作物缺水状况的重要指标。     

格库铁路桥路过渡段风沙流场数值模拟

[目的]为了探究桥梁与路基(桥路)过渡段和路基附近流场、水平风速和积沙特征的分布规律,揭示桥路过渡段沙害形成机理.[方法]通过数值模拟的技术手段对不同来流风速下桥路过渡段和路基附近的流场变化和积沙特征进行研究,并将数值模拟的积沙分布情况与现场实际积沙情况对比,验证数值模拟结果的准确性.[结果]当风沙流运动到桥路过渡段时...     

沈阳地区不同沙棘品种光合特性研究

沙棘属于抗旱树种,在漫长的生存和进化过程中,对自然条件形成了强大的适应性。为研究沙棘在沈阳地区的光合特性,以沈阳地区引进的不同沙棘品种（辽阜1号、辽阜2号、楚伊、向阳、阿列伊）为试材,对沙棘的光合指标进行了测定与分析。结果表明：各沙棘品种的光合速率具有明显的日变化,并且日变化总体来说均呈＂午休＂型的双峰型曲线,最高峰出现在12∶00前后,然后逐渐下降,到14∶00时又逐渐回升,次峰出现在15∶00前后;辽阜2号的光合速率较明显地大于其它品种,蒸腾速率和气孔导度也呈相同的变化趋势。     

半干旱区华北落叶松林冠层蒸腾特征及其影响因子

准确量化半干旱区森林植被耗水特征及其影响因子对植被-水-土的综合管理至关重要。选择内蒙古大青山的华北落叶松人工林为研究对象,利用热扩散探针法监测树干液流,同步监测气象因子和土壤体积含水量。结果表明,研究期间华北落叶松冠层蒸腾存在明显月、季节变化,冠层蒸腾季节变化呈单峰曲线,冠层月蒸腾量（mm）为8月（55.08）＞7月（54.76）＞6月（48.76）＞5月（43.13）＞9月（40.20）＞10月（12.36）。华北落叶松林冠层蒸腾与气温、太阳辐射、大气湿度、饱和气压差、风速、土壤水分均存在极显著相关关系（P＜0.01）,回归分析表明气温、太阳辐射和大气湿度是影响冠层蒸腾的主要气象因子;基于边界线的分析表明,冠层蒸腾随太阳辐射、气温变化可用对数增长函数拟合,即随太阳辐射、气温增大,冠层蒸腾先快速后缓慢增大,达到阈值后趋于平稳;冠层蒸腾随大气湿度增加的变化遵循抛物线曲线,阈值为59.41%。次降水量对冠层蒸腾的影响存在差异,降水强度>10 mm的次降水量显著影响华北落叶松人工林冠层蒸腾。总体来看,气温、太阳辐射、大气湿度和降水是影响华北落叶松冠层蒸腾的主要环境因子。