补充单色光对日光温室黄瓜光合特性及光合产物分配的影响

为了研究红光与蓝光对日光温室结瓜期黄瓜光合速率及光合产物运输与分配的影响,采用室内张挂红光灯与蓝光灯等的方法,研究了补充红光与蓝光对结瓜期黄瓜叶片光合特性、叶绿体超微结构以及光合产物运输、分配的影响.结果表明:日光温室内补充红光黄瓜叶片光合速率较高,促进了黄瓜叶片14CO2的同化作用,光合产物较多,加速了光合产物向其它器官的运输:单位细胞内的叶绿体数增加,叶绿体内淀粉粒数与基粒数较少,基粒的厚度增加.蓝光下叶片光合速率较对照增加,但不如红光下增加的多,光合产物的向外运输减少,大部分保留在叶片中:单位细胞内的叶绿体数明显较对照减少,叶绿体内淀粉粒数较红光与对照多.日光温室内补充红光促进了结瓜期黄瓜叶片光合速率的增加,光合产物向其它器官的运输与分配增加,减少了光合产物在光合器官的积累,为产量的提高提供了一个潜在的基础.     

基于三维冠层模型的玉米光合作用和光能利用模拟

光线分布和叶片光合特征在冠层内部具有极强的时空异质性,基于三维冠层模型的玉米光合模型是精确评估品种高光效的重要手段。该研究将作物三维冠层模型、光线分布模型、光合模型与光能利用模型相耦合,建立了玉米冠层光合生产模型3DMaizeCaP,设置3个不同株型的玉米品种（矮单268、京科968和郑单958）,2种不同光照条件（晴天和阴天）,通过大田试验与模型模拟研究揭示了玉米冠层光合速率和光能利用效率对品种和环境的响应。结果表明,矮单268、京科968和郑单958的叶片最大光合速率和暗呼吸速率均随节位下降呈线性降低的垂直分布规律,各品种中矮单268的最大光合速率最大,而暗呼吸速率最小;冠层净光合速率日变化趋势明显,矮单268在阴天和晴天下的冠层最大净光合速率（以CO2计）为21.6和26.2 μmol/(m2·s),均显著（P<0.05）高于京科968（20.8和24.9 μmol/(m2·s)）和郑单958（19.6和24.4 μmol/(m2·s)）;矮单268的日CO2净同化量在阴天和晴天下均显著（P<0.05）高于郑单958,增幅分别高达14.8%和12.4%,各品种间株型虽有显著差异（P<0.05）,但冠层日累积光截获并无显著差异（P>0.05）;单叶尺度上,各叶片中第16节位的单叶日净同化量达到最大;矮单268的光能利用效率最大,在阴天和晴天下分别为3.22和3.03 g/MJ,比京科968分别高4.5%和5.6%,比郑单958分别高7.7%和7.8%;初始光量子效率对玉米冠层光能利用效率的敏感性显著高于最大光合速率（P<0.05）。从提高玉米冠层光能利用效率考虑,建议设计株型紧凑、叶片光合性能强的玉米品种。研究可为定量研究玉米冠层光合速率提供估算方法,也可为高光效品种选育提供评价依据和鉴定技术。     

典型干旱指数在黄河源区的适宜性评估

光线分布和叶片光合特征在冠层内部具有极强的时空异质性,基于三维冠层模型的玉米光合模型是精确评估品种高光效的重要手段。该研究将作物三维冠层模型、光线分布模型、光合模型与光能利用模型相耦合,建立了玉米冠层光合生产模型3DMaizeCaP,设置3个不同株型的玉米品种（矮单268、京科968和郑单958）,2种不同光照条件（晴天和阴天）,通过大田试验与模型模拟研究揭示了玉米冠层光合速率和光能利用效率对品种和环境的响应。结果表明,矮单268、京科968和郑单958的叶片最大光合速率和暗呼吸速率均随节位下降呈线性降低的垂直分布规律,各品种中矮单268的最大光合速率最大,而暗呼吸速率最小;冠层净光合速率日变化趋势明显,矮单268在阴天和晴天下的冠层最大净光合速率（以CO2计）为21.6和26.2 μmol/(m2·s),均显著（P<0.05）高于京科968（20.8和24.9 μmol/(m2·s)）和郑单958（19.6和24.4 μmol/(m2·s)）;矮单268的日CO2净同化量在阴天和晴天下均显著（P<0.05）高于郑单958,增幅分别高达14.8%和12.4%,各品种间株型虽有显著差异（P<0.05）,但冠层日累积光截获并无显著差异（P>0.05）;单叶尺度上,各叶片中第16节位的单叶日净同化量达到最大;矮单268的光能利用效率最大,在阴天和晴天下分别为3.22和3.03 g/MJ,比京科968分别高4.5%和5.6%,比郑单958分别高7.7%和7.8%;初始光量子效率对玉米冠层光能利用效率的敏感性显著高于最大光合速率（P<0.05）。从提高玉米冠层光能利用效率考虑,建议设计株型紧凑、叶片光合性能强的玉米品种。研究可为定量研究玉米冠层光合速率提供估算方法,也可为高光效品种选育提供评价依据和鉴定技术。     

日光温室黄瓜叶片光合速率模型及其参数确定的初步研究

对于属于C3作物的黄瓜,用Charles-Edwards包括光呼吸,暗呼吸和氧效应的光合模型建立其叶片净光合速率模型。并通过试验确定该模型参数。结果表明：以此模型描述黄瓜叶片的光合速率所得到的光合模型参数在一定的光合有效辐射(PAR)范围内与实测数据相符合。不同叶龄的黄瓜叶片其光合特性存在较大差异。其中叶龄为20~30 d的叶片之间光合速率及相关参数差异显著。     

叶片氮浓度对温室黄瓜花后叶片最大总光合速率影响的模拟

光合作用是作物产量和品质形成的基础,直接受到叶片含氮量的影响.该文通过不同定植期不同氮素处理试验,建立了不同光温条件下温室黄瓜叶片适宜氮浓度的求算方程,并定量分析了不同光温条件下黄瓜叶片最大总光合速率与叶片氮浓度的关系.在此基础上,进一步建立了适合不同光温条件的温室黄瓜花后叶片最大总光合速率与叶片氮浓度关系的通用模型,并用与建模相独立的试验数据对模型进行了检验.结果表明,建立的模型能较好地预测不同定植期黄瓜叶片氮浓度对叶片最大总光合速率的影响.模型对温室黄瓜叶片最大总光合速率的预测结果与实测结果之间基于1:1直线的决定系数和均方根差分别为0.83和1.56 μmol·m-2·s-1.建立的模型可以为温室黄瓜周年生产的氮素精确管理提供理论依据与决策支持.     

基于冠层相对湿度的日光温室黄瓜叶片湿润时间估计模型

叶片湿润时间是日光温室作物病害预警系统的关键输入,基于相对湿度的叶片湿润时间估计模型（简称RH阈值模型）是最简便的估计模型之一。为了在日光温室实际环境中对模型参数进行校准和检验,以夏末秋初的日光温室盛果期迷你黄瓜为试材,以5 min为间隔自动采集冠层相对湿度数据,采用试错法、平均值法和叶湿频率法3种校准方法对RH阈值进行校准,分别获得相对湿度RH=90%、89%和93% 3个阈值,并采用均方根误差法、回归分析法以及一系列误差分析指标对校准结果进行检验。结果表明：试错法和平均值法的预测效果要显著好于叶湿频率法,误差一般在1～2 h左右;与本试验中普遍超过3 h的叶片湿润时间相比,RH阈值模型监测效果仍然可接受;验证结果中,平均值法的效果反而好于试错法,这说明在实际应用中不能仅局限于一种校准方法。该文总结的模型校准和检验方法,以及构建的基于冠层相对湿度的叶片湿润时间估计模型,可以用于日光温室黄瓜叶片湿润时间监测,符合日光温室黄瓜病害预警系统的要求。     

夏玉米冠层光合有效辐射垂直分布模型

吸收光合有效辐射分量（FPAR）是研究植被群体光合作用和光能利用的重要参数,弄清冠层内FPAR的垂直分布规律及其与冠层结构等参数之间的定量关系,可以为遥感定量反演冠层FPAR提供模型基础。该文基于平均冠层的辐射传输过程,结合冠层结构建立玉米冠层内FPAR垂直分布计算模型,并就模型的参数如植被组分光学特性、株型、太阳高度角以及天空散射光比例等对FPAR垂直分布结果的影响进行了分析。利用实测结构参数模拟了玉米冠层内FPAR,并与SUNSCAN测量值进行了比较,结果表明模型对封垄后的玉米冠层内FPAR垂直分布的模拟精度较高,RMSE均小于0.18,并能较好地计算封垄前冠层内FPAR的垂直分布趋势。     

水分对日光温室独本菊生长动态影响的模拟

光合作用与干物质生产是观赏植物外观品质形成的基础。水分是影响植物光合作用与干物质生产的重要因子。为定量研究水分对日光温室独本菊光合作用与干物质生产的影响,本研究以秋菊品种‘神马’(Chrysanthemum morifolium.L‘Shenma’)为试验材料,于2006年8月～2007年6月在北京日光温室内进行了不同定植期和不同水分处理的栽培试验,以生理辐热积为发育尺度,定量分析了基质水势对独本菊叶面积指数、光合速率和干物质生产动态的影响,建立了基质水势对独本菊叶面积指数、光合速率和干物质生产影响的模拟模型,并用与建立模型相独立的数据对模型进行了检验。结果表明,模型对日光温室独本菊叶面积指数、叶片最大总光合速率和植株总干重的预测结果较好,叶面积指数、叶片最大总光合速率和植株总干重的模拟值与实测值之间基于1︰1线的决定系数分别为0.94,0.90,0.94,相对预测误差分别为11.95%、3.13%、11.14%。本研究建立的模型可以为日光温室秋菊品种‘神马’的水分管理提供理论依据和决策支持。     

日光温室内太阳辐射估算模型的构建

日光温室内不同位置的太阳辐射量是作物光合和蒸腾模拟模型的重要参数,也是研究温室内墙体能量收支平衡方程的重要因子。该文研究了温室围护结构对太阳辐射的遮蔽,建立了可蔽视角的计算公式,在此基础上估算了晴天温室内任一位置的太阳直接辐射、散射辐射和太阳总辐射,并以辽沈Ⅱ型日光温室为例,将模拟结果与实测结果进行了比较,对造成模拟误差的可能原因进行了分析。研究结果表明:日光温室内模拟的散射辐射和总辐射的日变化与实测值趋势较为一致,模拟值要略高于实测值,平均偏高6.4%和8.8%,误差的可能来源有大气透明系数、棚膜透光率的估算误差、承重骨架的遮蔽及人为观测的误差。研究结果可为日光温室内不同位置作物光合蒸腾模拟、群体光分布模拟、围护结构能量平衡等模拟模型提供参考。     

温室黄瓜叶片光合速率的类卡方模型

为了精确模拟不同光照下温室黄瓜光合作用的变化规律,提出了一种类卡方模型（QCSM）进行建模。使用Li-6400便携式光合测定系统测定了温度分别为16℃、20℃、24℃、26℃、28℃、30℃和光量子流通量密度（PPFD）为0～ 2000 μmol/(m2?s)动态条件下温室黄瓜叶片净光合速率（Pn）,以Pn测定值为基础对QCSM参数进行了模拟。结果表明：QCSM拟合得到的黄瓜叶片净光合速率估计值 与实测值Pn相符。经过前一年的数据验证,模型精度较高,拟合优度达0.9908,残差标准误差（RSE）为0.4537。与负指数模型（ME）相比,QCSM净光合速率估计值与实测值较接近,同时,QCSM能得到包括光饱和点、补偿点、最大光合速率、暗呼吸、表观量子效率等在内的五个光合作用参数值。与非直角模型（NRH）相比,由QCSM估计的光饱和点、补偿点、暗呼吸与实际较接近。     

日光温室黄瓜群体结构参数及群体内辐射分布分析

为研究作物群体结构与环境要素的关系，观测了日光温室内黄瓜不同生育时期的群体结构参数和群体内太阳总辐射的水平分布和垂直分布。发现叶面积指数、叶面积密度、叶倾角、叶方位角等结构要素在不同生育时期有明显的变化：随生育的进展，叶面积指数稳定增加，叶面积密度生育前期明显上升、后期有所下降，最大叶面积密度所在高度随黄瓜生长逐渐上移；叶倾角分布主要以水平叶为主；叶方位角以偏南居多，偏北叶所占比例较少；不同黄瓜品种间叶方位角和叶倾角也存在差异。这些变化与差异对黄瓜群体的辐射分布有重要影响，也直接影响群体叶的光合速率，此结果可为建立黄瓜群体辐射分布模型进一步优化日光温室结构，建立日光温室内作物生长模型、环境调节控制策略等提供理论依据，另外，对植株的调控技术(如整枝打杈技术等)也有一定的参考意义。     

用辐热积法模拟温室黄瓜叶面积、光合速率与干物质产量

依据温室黄瓜叶片生长与温度和辐射的关系,用辐热积构建了两种不同整枝方式下的叶面积模拟模型,并与已有的光合速率和干物质生产模型相结合,建立了适合中国种植技术的温室黄瓜光合速率与干物质生产模拟模型,并利用不同品种、基质的试验资料对模型进行了检验。结果表明,本模型比积温法和比叶面积法能更准确地预测温室黄瓜的叶面积和总干重,为温室作物生长模拟提供了新思路。     

温室黄瓜光合生产与干物质积累模拟模型

根据“源-库”理论及黄瓜生理学和作物生态学的基本原理,建立了温室黄瓜冠层光合生产和干物质积累模拟模型,模型由叶面积动态、光合作用、呼吸作用、干物质积累等子模型组成,模型中参数由相关文献和试验资料确定。通过收集国产温室黄瓜各生育时期干物质积累量对模型进行检验。结果表明,以光合作用为基础的干物质积累量模拟值与实测值的相对误差在-3.0%～10.0%之间,说明所建立的模拟模型具有较高的精确性、机理性和实用性。     

基于夏玉米冠层内辐射分布的不同层叶面积指数模拟

为了模拟夏玉米冠层内各层叶面积指数垂直分布,光合有效辐射（photosynthetically active radiation, PAR）是研究作物群体光合作用和长势的重要特征参数,阐明冠层内PAR的垂直分布规律与冠层结构等参数之间的相关关系,可为遥感定量反演冠层结构参数提供模型基础。该文基于PAR在冠层内的辐射传输规律结合冠层结构模拟不同太阳高度角的PAR透过率垂直分布模型,并用地面冠层分析仪测量值进行验证,结果表明模型对封垄前玉米抽雄期冠层内PAR透过率垂直分布模拟精度较高。通过不同太阳高度角PAR透过率的垂直分布模型结合消光系数运用不同算法分别反演层叶面积指数（leaf area index, LAI）,并与不同高度层LAI实测值进行比较。结果显示：Bonhomme& Chartier算法反演不同高度层LAI精度较高,上层均方根误差（root mean square error,RMSE）为0.18,中层RMSE为0.55,下层RMSE为0.09。不同太阳高度角反演结果存在差异,30°和45°高度角均能较好地反演下层LAI,RMSE分别为0.11与0.09;30°高度角反演中层LAI精度较高,RMSE为0.30;45°高度角反演上层LAI精度较高,RMSE为0.18。结果表明基于不同太阳高度角构建的层LAI反演模型更适于实现夏玉米不同高度层LAI的遥感估算。该研究可为模拟垄行结构冠层内LAI垂直分布提供参考。     

Evaluation of a radiosity based light model for greenhouse cucumber canopies

Light distribution is a key factor of developmental and growth processes, and strongly depends on the foliage distribution which is affected, e.g., by the arrangement of the plants in the canopy. The precise simulation of the light distribution on organ level is an essential component for dynamical plant models which incorporate structural and physiological adaptions of plants to their environment. Combinations of static 3D plant models with 3D light models are used for analyzing the complex light distribution on leaf level in silico, but detailed measurements for evaluation of simulation results are almost non-existent. This study addressed the evaluation of a model on a high level of detail using individual leaf based light measurements in canopies of cucumber (Cucumis sativus L.). We combined a static 3D plant model derived from digitized plants on an individual organ scale with a mock-up of the surrounding canopy and a 3D radiosity based light distribution model. Variations of plant density and spacing were analyzed to cover a range of canopy architectures. An exclusion of components of the light environment by applying a shading encasement followed by a successive uncovering allowed investigating the scene under increasing levels of complexity. The combined 3D plant-light distribution approach allowed determining the interaction of the light directions and the canopy architecture as well as differences in the accuracy of the simulations. Depending on canopy architecture and shading treatment, the light distributions covered a range from exponentially shaped vertical gradients in encased treatments to nearly flat light profiles in nonencased conditions. In conclusion, simulations of leaf level PAR based on combinations of detailed 3D surfaced-based plant and light distribution models are suitable to derive light-induced physiological responses on organ level.     

The distribution of leaf area,radiation, photosynthesis and transpiration in a Shamouti orange hedgerow orchard. Part II. Photosynthesis,transpiration, and the effect of row shape and direction

The influence of the distribution of radiation in an orange canopy on transpiration and photosynthesis was examined by developing a model of these processes.The leaf energy balance, microclimate relationships and climatic data are combined with radiation, leaf conductance, and leaf carbon uptake models to simulate orchard photosynthesis and transpiration over 2 days. Calculated hourly values of transpiration showed good agreement with measured values of sap flow in the orange orchard.Calculated carbon uptake during the six summer months was 22 kg CO₂ per tree; however, experimental estimates of annual dry matter production yield 55 kg CO₂ per tree. The calculated figure is therefore considerably in error and indicates that present information used in carbon balance modeling of Citrus is inadequate. Even so, it is shown that radiation levels deep in the canopy, where a significant amount of leaf area and transpiration is located, are too low for significant carbon uptake to occur.As an example of the usefulness of the model, the distributions of photosynthesis, transpiration and photosynthetic radiation were simulated in hedgerow canopies of three different shapes following current pruning practices in Israel. The distribution of foliage inside the given hedgerow cross-section was calculated based on the relationship of average measured foliage density to calculated diffuse photosynthetic irradiance in the canopy. The simulation was run for rows oriented north-south and east-west and for climatic conditions of midsummer. The results of the simulation indicated that: (a) The highest photosynthesis in citrus orchards is obtained by covering the largest ground areas possible with a thick canopy, i.e., maximum leaf area index (LAI). Under such conditions most photosynthesis occurs in the upper 1 m of the canopy. (b) Although rows with slanted walls do not have the highest photosynthesis, they allow more light penetration into the canopy and have productive regions on the periphery of the canopy at all heights within the orchard. (c) Whereas row orientation has little influence on total photosynthesis of the orchard, a N-S orientation allows more light penetration into rows with slanted walls and/or wide inter-row alleys, thus reducing spatial variation in the computed photosynthesis. (d) Water use of vertically pruned citrus orchards can be decreased significantly without seriously affecting photosynthesis by reducing canopy height to as low as 3 m.     

油菜光合生产模拟模型

Photosynthetic production is a major determinant of final yield in crop plants. A simulation model was developed for canopy photosynthesis and dry matter accumulation in oilseed rape (Brassica napus L.) based on the ecophysiological processes and using a three-layer radiation balance scheme for calculating the radiation interception and absorption by the layers of flowers, pods, and leaves within the canopy. Gaussian integration method was used to calculate photosynthesis of the pod and leaf layers, and the daily total canopy photosynthesis was determined by the sum of photosynthesis from the two layers of green organs. The effects of physiological age, temperature, nitrogen, and water deficit on maximum photosynthetic rate were quantified. Maintenance and growth respiration were estimated to determine net photosynthetic production. Partition index of the shoot in relation to physiological development time was used to calculate shoot dry matter from plant biomass and shoot biomass loss because of freezing was quantified by temperature effectiveness. Testing of the model for dynamic dry matter accumulation through field experiments of different genotypes, sowing dates, and nitrogen levels showed good fit between the observed and simulated data, with an average root mean square error of 10.9% for shoot dry matter. Thus, the present model appears to be reliable for the prediction of photosynthetic production in oilseed rape.     

利用3D模型模拟天空与叶面散射对玉米冠层截光率的影响

该文利用并行蒙特卡罗光线跟踪模型定量分析了天空散射与叶片散射对玉米冠层截光率的影响.模拟试验表明:相同辐射强度时,冠层截获的光强与受剑照射的叶片在天空散射时都比直接辐射时多;当太阳高度角小于60°时,冠层在阴大截获的总光强小于晴大,但至少60%的叶片在阴大截获的光强大于晴大时截获的光强;叶片散射对冠层光分布的影响与波长...     

消光系数估算方法对玉米冠层光能利用模拟的影响

以玉米品种大叶矮小型的矮单268（AD268）和小叶高大型的先玉335（XY335）为供试材料，设置低（3株·m⁻²）、中（6株·m⁻²）、高（9株·m⁻²）3个种植密度，综合利用冠层光合有效辐射（PAR）垂直分布数据、冠层三维模型与冠层光合模型，分析了对数法和回归法估算出的消光系数（k_log和k_nls）对品种和种植密度的响应及其差异，评估消光系数估算方法对冠层光能利用模拟的影响。结果表明：k_log与k_nls存在差异，这种差异在大叶矮小型品种AD268下表现更加明显，且差异随着种植密度的增加而加剧，基于k_nls对冠层光分布的拟合效果（R²=0.86）优于k_log（R²=0.77）；基于k_log和k_nls的玉米冠层光能利用特征对种植密度的响应规律在不同品种间存在明显差异，以k_log和k_nls模拟的AD268的日CO₂同化量、地上部干物质日积累量和光能利用效率在低密度下无明显差异，但在中高密度下差异较大，二者差异开始变大的临界密度为0.7～2.5株·m⁻²。     

银色地膜覆盖对苹果产量及品质影响的研究

通过对红星苹果单叶的光-光合作用特征的测定和分析,了解了其光合量随光强变化的规律;在调查苹果树冠内辐照度分布规律的基础上,提出了采用银色地膜覆盖增加苹果树冠内辐照度,改善树冠的受光条件,从而增加树冠的光合量,提高苹果的单果重和总产量.此外,还观察到银膜覆盖使果实的品质有较大的改善.