大针茅典型草原冠层光合有效辐射各分量变化规律分析

利用光量子仪实测了大针茅典型草原植被类型关键生育期光合有效辐射值,分析了入射PAR、冠层反射PAR、透射PAR、土壤反射PAR与FPAR的变化规律。结果表明,入射与透射PAR呈较标准正弦曲线变化、而冠层反射与土壤反射PAR呈不太平滑的正弦曲线变化,最大值均出现在中午12:30左右;FPAR曲线开口方向与PAR的开口方向相反,呈较标准的余弦曲线变化,最小值出现在中午11:30左右;且日均FPAR值可用一天内的上午9:30或下午14:30的瞬时值来替代;NDVI、LAI与FPAR均呈线性关系,且R~2分别达到0.87、0.7。     

基于MODIS数据的草地植被光合过程参数估算——以内蒙古自治区为例

以内蒙古自治区为例,利用MODIS遥感影像和TOMS紫外波段反射率数据,在GIS和RS软件支持下,计算分析了内蒙古草地生长季的光合有效辐射(PAR)、光合有效辐射吸收系数(FPAR)、吸收性光合有效辐射(APAR)及其时空变化,并分析了气候因子对FPAR、PAR的影响.结果表明:内蒙古草地生长季的PAR、FPAR、APAR的估算值与其他研究者基本一致,方法可行,可为草地NPP估算及建模提供参考.内蒙古草地生长季平均PAR为1973.8 MJ/m2,FPAR为0.275,APAR为516.64 MJ/m2.内蒙古草地生长季的PAR、FPAR、APAR时空变化明显:FPAR及APAR空间上呈东北向西南地区递减的趋势,PAR与之相反.4月份(生长季初期)以后,随着时间的推移PAR、FPAR、APAR都开始增加,但出现峰值的时间不同.内蒙古草地生长季,不同草地类型的FPAR及APAR差异明显,在草地NPP估算及建模时应引起重视.     

带幅设计对玉米/苜蓿间作群体光环境特征及光能利用效率的影响北大核心CSCD

探究间作带幅设计对玉米/苜蓿间作群体光环境特征、产量及光能利用效率(LUE)的影响,提出黄土高原旱作条件下玉米/苜蓿间作群体最佳带幅比例。研究设置了玉米单作(SM)、紫花苜蓿单作(SA)以及玉米/紫花苜蓿1∶2(I_(12))、2∶2(I_(22))和2∶4(I_(24))间作5种种植模式,并采用田间试验和数学模拟相结合的方法,分别测定了玉米和苜蓿的干物质产量及作物冠层光合有效辐射(PAR)等指标;建立了考虑光线入射角度和群体冠层结构几何关系的玉米/苜蓿间作群体辐射传输模型,并用实测值对其进行了验证。试验结果表明,在2018年,单作处理的苜蓿干物质产量显著高于间作处理(P<0.05),而在2019年各间作处理苜蓿的干物质分别比单作高197.8、180.3和197.0 g·m^(-2);处理I_(12)、I_(22)和I_(24)两年总的玉米生物量比SM处理高12.1%、0.9%和23.9%。所有间作处理的土地当量比在2019年均大于1.0,表现出间作优势。辐射传输模型可准确模拟玉米/苜蓿间作群体冠层底部的光合有效辐射,间作群体光合有效辐射模拟值与实测值的平均绝对误差和均方根误差分别为59.0和66.6μmol·m^(-2)·s^(-1)。除玉米和苜蓿生育前期及玉米收获后,不同间作处理苜蓿群体冠层上方的PAR均低于单作苜蓿。2018和2019年I_(12)、I_(22)和I_(24)间作处理玉米的光能利用效率分别比单作处理高52.5%、9.3%、51.7%和28.5%、9.6%、21.0%,而间作苜蓿的LUE仅在2019年显著高于单作19.2%、32.4%和20.9%(P<0.05)。因此,合理的玉米/苜蓿间作带幅搭配可改善苜蓿的光照环境,提高其光能利用效率,尤其是玉米/紫花苜蓿2∶4间作群体光能利用效率和产量优势显著,建议在具有类似气候的地区推广种植。     

黄土高原地区紫花苜蓿不同叶位光合日变化特征研究

为了解紫花苜蓿(Medicago sativa L.)冠层同化能力的差异及影响因子,为其品种改良和田间管理提供依据,用LI-6400型便携式光合测定仪于2006年观测了不同叶位叶片光合作用日变化特征。结果表明:现蕾期苜蓿不同叶位叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)日变化均呈现"三峰"曲线,有明显的光合"午休"现象;不同叶位之间Pn存在极显著差异(P<0.01),高低表现为上位叶>中位叶>下位叶;且胞间CO₂浓度(Ci)存在显著差异(P<0.05),表现为下叶位>中位叶>上位叶,气孔限制值(Ls)与Ci表现出相反趋势,即上位叶>中位叶>下位叶,Tr差异不显著;根据Pn、Ci、Ls的变化方向,苜蓿上、中、下叶位光合速率的下降在光合有效辐射(PAR)达到全天最大值之前受气孔因素限制,之后受非气孔因素限制;苜蓿叶片的光合速率具有分层的特点:上层强光区为高光合速率层,下层弱光区为低光合速率维持层,中层为中光区,光合速率介于上层与下层之间。     

松嫩平原苜蓿和羊草栽培草地土壤氮素动态分析

以松嫩平原(重度盐碱化草地)栽培种植的苜蓿(Medicago sativa)和羊草(Leymus chinensis)草地为研究对象,分析了两种栽培草地土壤全氮和速效氮的季节动态变化规律。结果表明,土壤全氮含量在不同的草地类型间变化规律各不相同,而在整个生长季中,不同的草地类型间土壤速效氮含量变化相似,呈现规律变化:7月份植物生长旺季,0-30mm土层土壤全氮含量表现为羊草栽培草地围栏封育草地苜蓿栽培草地,苜蓿栽培草地全氮含量最低(0.184%),与其他两个样地差异显著(P0.05);土壤速效氮含量表现为羊草栽培草地围栏封育草地苜蓿栽培草地。植物生长末期,土壤全氮含量和速效氮含量均表现为苜蓿栽培草地围栏封育草地羊草栽培草地。土壤有机质含量也呈现规律变化:苜蓿栽培草地和羊草栽培草地均表现出随月份的增加呈现降低-升高-降低的趋势。围栏封育草地无显著变化。     

叶绿素含量对C3、C4植物叶绿素荧光参数的影响

以草原常见牧草C₄植物木地肤和C₃植物苜蓿为材料,在野外使用OS5P+叶绿素荧光仪,分析光合有效辐射(PAR)与叶绿素荧光(ChF)参数之间的关系;使用CCM-300手持式叶绿素仪,测量叶片叶绿素含量(Chl),分析叶绿素含量对PAR与ChF的影响。结果表明,两种植物PAR与光合系统Ⅱ光量子产额[Y(Ⅱ)]、电子传递速率(ETR)之间都呈现出相似的对数趋势,木地肤的PAR与Y(Ⅱ)对数拟合度R 2=0.71,苜蓿的PAR与Y(Ⅱ)对数拟合度R²=0.81,都表现出PAR值在500μmolm^-2s^-1附近Y(Ⅱ)达到较高水平;在充分考虑叶绿素含量的情况下,原本聚集在PAR值500μmolm^-2s^-1附近的点分散在了趋势线的两侧,使数据分布更加均匀。     

库布齐沙地油蒿群落冠层光合有效辐射与地上生物量

采用Sunscan冠层分析仪,对库布齐固定沙地、半固定沙地、流动沙地油蒿群落冠层光合有效辐射截获量(IPAR)进行研究,分层测量地上生物量重量.结果表明库布齐沙地不同沙地类型IPAR固定沙地＞半固定沙地＞流动沙地,不同沙地油蒿群落冠层IPAR与地上生物量具有显著相关性,冠层截获的光合有效辐射增加,固碳量加大,固碳能力提高.     

黄土高原农牧交错带SVAT系统能量平衡模拟

在黄土高原农牧交错带的六道沟流域,采用一维水热传输SHAW (the simultaneous heat and water)模型,对典型植被类型覆盖下2007年4－9月土壤-枯落物-植被冠层间能量传输及分配特征进行模拟研究。结果表明,阳坡油松、柠条和阴坡苜蓿冠层吸收的短波辐射比例最高,而阴坡短花针茅和谷子土壤层表面吸收的短波辐射比例最高。阳坡油松林植被冠层释放的长波有效辐射比例高达91％,土壤层表面的长波有效辐射非常少。其他4种植被则是土壤层表面的长波有效辐射比例最高。能量平衡组成分析表明,阴坡苜蓿和谷子地能量主要消耗于蒸散发的潜热,而阴坡短花针茅地和阳坡柠条、油松林地能量的消耗主要是感热。     

呼伦贝尔羊草草甸草原光合有效辐射分量变化规律分析

 通过实测呼伦贝尔羊草草原冠层光合有效辐射（ＰＡＲ）各分量并计算冠层反射率、土壤反射率,对其季节变化、日变化进行浅析。研究表明,在生长季６月初－９月下旬,ＰＡＲ 和ＡＰＡＲ（吸收性光合有效辐射）季节变化均呈减小趋势。ＰＡＲ 波动较大,在２５～５８ｍｏｌ／ｍ^２;ＡＰＡＲ 则在１７～３４ｍｏｌ／ｍ^２ 波动。光合有效辐射吸收比例（ＦＰＡＲ）随季节推移呈增大趋势,波动范围在０．４６～０．７７,最大值出现在８ 月下旬,可达０．７７。晴天冠层入射ＰＡＲ、反射ＰＡＲ、透射ＰＡＲ 和土壤反射ＰＡＲ 日变化均呈较标准正弦曲线。冠层反射率在中午１２点前后最低而早晚值较高。土壤反射率日变化６月波动较大,在０．４之内,７－９月,仅在０．０８内。ＡＰＡＲ 日变化趋势和入射ＰＡＲ 基本一致。６月、７月至８月中旬,晴天ＦＰＡＲ 日变化呈较标准的余弦曲线,变动幅度为０．６０,９月变动幅度仅为０．１３,几乎趋于常数。本研究在获取较准确地面实测ＰＡＲ 数据的同时得到ＦＰＡＲ,可为本地区草地ＦＰＡＲ 的精度评估和验证提供参考。     

水分胁迫和复水对紫花苜蓿幼苗叶绿素荧光特性的影响

利用PEG-6000模拟水分胁迫(ψs=-0.2MPa,胁迫时间:48 h,复水48 h),研究了紫花苜蓿(Medicago sativa L)品种陇东苜蓿和阿尔冈金叶片叶绿素荧光特性和光合色素含量的变化,旨在探讨紫花苜蓿水分胁迫条件下的光合反应机制.结果表明:光化学淬灭系数(qP)和PSII线性电子传递的有效量子产额(YIELD)以及非光化学淬灭系数(qN)和表观光合电子传递效率(ETR)在胁迫前后随光合有效辐射(PAR)的变化规律分别可用公式:Y=aLn(X) b(Y:qP或YIELD,X:PAR,X≠0)和Y=aX2 bX c(Y:qN或ETR,X:PAR)来表示;在受到干旱胁迫后,PSII最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII潜在活性(Fv/Fo)和光合色素含量均明显低于对照,在任意光强下的qP、YIELD和ETR值也极显著低于对照的相应值,qN值则极显著高于对照的相应值;同时,和对照相比,qN和ETR光响应曲线顶点所对应的光强值在受到胁迫后亦明显下降,表明光抑制初始点的降低和最大光保护能力的减弱,甚至光抑制的提前到来.干旱胁迫使得PSⅡ反应中心结构和功能遭到破坏而部分关闭,光合电子传递受阻,光能利用与光化学转化与能力下降,吸收的光能更多的以热能形式耗散.复水后,虽然有光保护机制的存在,但除陇东苜蓿光合色素含量及阿尔冈金类胡萝卜素外,各参数均未能恢复到对照水平,因此旱后复水不能完全解除干旱对PSII反应中心所带来的伤害.紫花苜蓿幼苗对干旱胁迫较为敏感.供试品种相比,陇东苜蓿耐旱性优于阿尔冈金.     

Production and physiological responses of Italian ryegrass and white clover grown in monocultures and mixed stands

Ryegrass and clover, when grown under optimal conditions in mixed stands interact in response to available light energy. With other resources non-limiting, pasture production is determined by the efficiency with which solar radiation is intercepted by canopies and converted into dry matter. The aim of this study was to investigate the nature of these interactive responses in terms of morphological and physiological mechanisms. Pasture canopy structure and growth were studied under a four-weekly clipping treatment. The ability of the mixed canopy to intercept photosynthetically active radiation (PAR) was investigated and compared to the individual pasture components. In addition, utilization of intercepted light was quantified. Light use efficiency (CO₂ fixed per unit absorbed PAR) as well as photochemical efficiency of photosystem II (F_v F_m ^?1) were studied. The results indicate that the interactive responses between ryegrass and clover in mixtures resulted in increased production as well as increased light interception abilities. Morphological characteristics (i.e. canopy structure) of the various components was found to be of major importance in determining light interception ability. There were no significant differences amongst the various treatments in their ability to utilize intercepted PAR for CO₂ assimilation. However, slight increases in the ability of photosystem II to utilize assimilated CO₂ during photosynthesis were present in monocultures compared to mixed stands. These physiological differences did not have an effect on production potential of the mixed stands.     

呼伦贝尔草原FPAR/LAI模型的验证

在呼伦贝尔草原最主要生长季(6、7、8月)对羊草(Leymus chinensis)进行野外实测,分别用PROSPECT模型和SAIL模型对实测数据进行模拟,得到羊草叶片和冠层光谱曲线,分析了曲线特征,并将实测数据通过PROSPECT+SAIL模型模拟,将实测FPAR/LAI和待验证模型模拟FPAR/LAI比较,R2分...     

祁连山北坡3个季节性牧场夏季的土壤呼吸

以祁连山北坡高寒灌丛化草甸和高寒草原为对象,测定比较夏季、冬季和春秋季牧场的夏季土壤呼吸特征及与其影响因素之间的关系,为牧场碳汇管理提供依据。以高山灌丛化草甸为主的夏季牧场日均土壤呼吸速率(Rs)为0.26μmol·(m~2·s)~(-1),以高寒草原为主的冬季和春秋季牧场日均Rs分别为0.24和0.19μmol·(m~2·s)~(-1)。随放牧增强,冬季牧场Rs减小,春秋季和夏季牧场Rs增加。冬季牧场Rs与土壤含水量(soil mosture,SM)显著正相关(P0.05),Rs与放牧率(stocking rate,SR)和土壤温度(soil temperature,Ts)显著负相关(P0.05);春秋季牧场Rs与SR、光合有效辐射(photosynthetically awailable radiation,PAR)、Ts显著正相关(P0.05);春秋季牧场Rs与SM和群落盖度(community coverage,C)显著负相关(P0.05)。结构模型方程表明,冬季牧场放牧率通过Ts对Rs的负向间接作用最强,SM对Rs正向的直接作用次之;春秋季牧场群落盖度对Rs负向直接作用最大,放牧率对Rs正向的直接作用次之。冬季牧场Rs可分别由Rs=0.436-0.012Ts+0.018SM(R2=0.911,P=0.038)和Rs=0.707+0.002SR-0.02Ts(R2=0.775,P=0.037)估测;春秋季牧场可由Rs=-0.239+0.003PAR-0.001C(R2=0.979,P=0.004)估测。     

科尔沁草甸生态系统净碳交换特征及其驱动因子

以2013年10月-2014年9月连续观测的CO₂通量数据为基础,分析了科尔沁草甸生态系统净碳交换量(NEE)的时间变化特征及其驱动因素。结果表明,NEE日变化季节差异明显,生长季变化幅度大,净CO₂日吸收速率7月>8月>9月>6月>5月;生长季内,NEE主要受控于叶面积指数和光合有效辐射。NEE与光合有效辐射(PAR)之间的关系可用直角双曲线方程来描述,拟合得到的表观初始光能利用率α为0.0015 μmol CO₂/μmol PAR,最大光合速率P_max为0.65 μmol CO₂/(m²·s)。叶面积指数(LAI)对NEE的影响可由分段函数表示,当LAI>3.08时,表现为渐进饱和型,且LAI越大NEE对PAR的响应越明显;当高饱和水汽压差(VPD)在1.5~2.0 kPa时,光合作用开始降低,NEE明显受到VPD值的抑制;短暂强降雨(累计降雨量>40 mm/d)对昼间NEE有一定的抑制,而持续低强度降雨(降雨时长>15 h)对夜间NEE存在激发作用;夜间NEE随土壤温度呈指数增长,温度敏感系数(Q₁₀)为2.63。     

行间生草种类对苹果园春季土壤蒸发、空气湿度和土壤贮水的影响

为明确行间生草种类对华北平原苹果园春季土壤蒸发、果树冠层空气湿度、土壤贮水的影响特征,揭示果园生草对土壤有效水分的影响规律,于2019-2021年在河北省武邑县武罗农业综合示范园区开展苹果树行间生草试验,采用田间定位观测方法研究了苹果树行间套种越年生牧草（二月兰、毛叶苕子、小黑麦）和多年生牧草（鸭茅、白三叶）后牧草群体叶面积指数（LAI）、光合有效辐射（PAR）透射率、土壤温度、水分蒸发、冠层空气相对湿度、土壤含水量、土壤贮水量的变化特征及相互影响。结果表明,2021年4-5月苹果树行间套种越年生牧草时土壤蒸发量大于多年生牧草,平均增加3.14 mm。越年生牧草切碎覆盖还田前后对土壤蒸发的影响不同。还田前,越年生牧草对土壤蒸发的抑制效果大于多年生牧草,抑制率平均增加20.5%,这与越年生牧草生长速度快,群体LAI大、PAR透射率低,0~25 cm土壤温度低和土壤含水量下降相关。还田之后,对土壤蒸发的抑制效果小于多年生牧草,抑制率平均降低29.0%。越年生牧草对果树冠层1 m高度空气相对湿度的改善效果大于多年生牧草,空气相对湿度平均增加15.5%。冠层空气相对湿度变化与1 m土体内土壤贮水减少量呈显著线性正相关关系。越年生牧草对土壤贮水的消耗量大于多年生牧草,平均多消耗土壤贮水39.20 mm。行间生草后土壤蒸发量平均降低27.80 mm,土壤贮水消耗量平均增加52.50 mm。因此,华北平原苹果园行间生草后春季土壤蒸发减少量难以弥补牧草生长对土壤贮水的消耗量,降低了果园土壤有效水分。越年生牧草比多年生牧草更有利于改善春季果园空气湿度,但对土壤水分消耗较大,生产上应根据不同生草种类对土壤水分的影响特征优化果树春季灌溉制度。     

干旱地区紫花苜蓿光合日变化规律研究

自然条件下,采用PP system公司生产的CIRAS光合作用仪,研究了干旱胁迫下新疆阜康地区一年生紫花苜蓿Medicago sativa的光合日变化规律。结果表明：1）苜蓿光合速率日变化曲线呈现双峰曲线,在北京时间14:00、15:00,苜蓿的净光合速率出现明显的“午休”现象;2）苜蓿的光合速率(Pn)日平均为15.60[μmol/(m2·s),CO2],12:00达到最高值21.1[μmol/(m2· s),CO2],21:00达到最低值1.16[μmol/(m2·s),CO2];3）逐步多元回归和通径分析表明,光合有效辐射、蒸腾速率和胞间CO2浓度是直接影响光合速率日变化的主要因子。     

兰州北山3个灌木优势种光合特性

本研究对兰州北山植被优势种柽柳(Tamarix austromongolica)、侧柏(Platycladus orientalis)和柠条(Caragana korshinskii)的光合特性和微气象环境进行了测定,分析了其日变化特点,并通过灰色关联度分析方法探讨了净光合速率(Pn)与生理因素及环境因素的关联程度。结果表明,1)自然条件下,3种植物的P_n日变化均为不对称的双峰曲线,存在明显的光合"午休"现象,这是由于午间高光强、高温构成光抑制现象。2)生理因素分别与3种植物P_n的关联度由大到小依次为,柽柳:胞间CO_2浓度(C_i)叶温(T_l)蒸腾速率(T_r)气孔导度(G_s)饱和水汽压(VPD)气孔限制值(Ls),侧柏:T_rT_lVPDC_iL_sG_s,柠条:TrTlCiGsVPDLs;生理因素中C_i对柽柳P_n的影响最大,T_r对侧柏和柠条P_n的影响最大。3)环境因素分别与3种植物Pn的关联度由大到小依次为,柽柳:光合有效辐射(PAR)相对湿度(RH)土壤温度(Ts)土壤湿度(SM)大气温度(Ta)大气CO_2浓度(Ca),侧柏:PARSMT_aT_sRHC_a,柠条:RHPARSMT_aC_aT_s;环境因素中PAR对柽柳和侧柏P_n的影响最大,RH则对柠条P_n的影响最大。     

Measurement of vitamin B12 in the livers and sera of sheep and cattle and an investigation of factors influencing serum vitamin B12 levels in sheep

Modifications of a radioassay method for the analysis of vitamin B12 using chicken serum as the binder are described. This obviates the need to use individual serum blanks to correct for non-specific binding in vitamin B12 assays of the sera and livers of sheep and cattle. Samples with high vitamin B12 levels can be diluted prior to assay without loss of linearity. Recoveries of added cyanocobalamin or hydroxocobalamin were better than 95% and results correlated significantly with those obtained using a microbiological assay (Poteriochromonas malhamensis). Sera and liver samples stored for four weeks at temperatures ranging from -20 degrees to 22 degrees showed no change in vitamin B12 levels. Withholding food from sheep for 44 hours led to a marked increase in serum vitamin B12. This effect was also evident in sheep eating a limited amount of cut grass. In sheep at pasture there was no evidence of a diurnal variation in serum vitamin B12 levels. Serum vitamin B12 levels in sheep at pasture were shown to be an unreliable indicator of liver vitamin B12.     

植被光合有效辐射吸收分量及最大光能利用率算法的改进

植被冠层对入射光有效辐射的吸收系数 (FPAR) 和最大光能利用率是NPP模拟的重要参数。利用光量子仪实测了典型草原植被类型关键生育期光合有效辐射值,根据NDVI与FPAR之间的良好相关性,建立了2个FAPR估算模型。结果表明,实测的FPAR值与模型估算的FPAR之间的相关性均达到极显著水平,2个模型的估测值之间没有显著性差异。因此,本研究中采取求均值后计算了我国草原的FPAR,并与NASA-FPAR产品进行了嵌套和互补,形成全国完整的草原FPAR空间分布图。同时,基于归一化植被指数和叶面积指数,以中国草原18大类分类结果为基础单元,对中国草原18大类的最大光能利用率进行调整,调整后的最大光能利用率输入NPP模型后,改善了NPP估算精度,在大类尺度上,总体预测精度为85.71%。     

Diurnal and Seasonal Patterns in Ecosystem CO2 Fluxes and Their Controls in a Temperate Grassland

There is considerable interest in understanding processes of carbon dioxide (CO₂) uptake and release in grasslands and the factors that control them. Many studies have investigated how CO₂ fluxes vary over time (monthly, seasonally, annually). However, with the exception of net ecosystem CO₂ exchange (NEE) and ecosystem respiration (R_eco), little information is available on diurnal flux patterns, despite their importance in determining total ecosystem CO₂ gains and losses. To better understand these variations, we measured CO₂ fluxes (NEE, R_eco, soil respiration [R_soil], canopy respiration [R_canopy], plant assimilation [assimilation]) with a climate-controlled closed-chamber system over 24 h once a month from May to September during the 2005 growing season in a mesic grassland in Yellowstone National Park. We also assessed how environmental factors (photosynthetic active radiation [PAR], air temperature, soil temperature, soil moisture) were associated with these diurnal and seasonal flux patterns to identify the main drivers of the fluctuations in CO₂. Measurements were conducted simultaneously on two plots: one irrigated, the other unirrigated. Absolute values of all fluxes were greatest in midsummer (June–July), and lowest in spring and fall (May, September) at both plots. Variation in soil moisture as a result of irrigation did not lead to pronounced differences in seasonal CO₂ fluxes and did not influence the diurnal patterns of CO₂ uptake and release. Instead, the diurnal and seasonal variations of our ecosystem fluxes were related to PAR and temperature (air/soil) and soil moisture and temperature (air/soil), respectively, at both plots. Thus, continued anthropogenic increases in greenhouse gas emissions that are expected to change the intensity of radiation, temperature, and precipitation may strongly affect the diurnal and seasonal patterns in CO₂ uptake and release. Such chamber-based information combined with the measurement of environmental variables could be important for modeling CO₂ budgets when no continuous measurements are available or affordable.