半干旱区春小麦受条锈菌侵染后光合作用和蒸腾作用的变化规律

采用美国CI-301PS型便携式光合作用测定仪,对半干旱区大田春小麦的健康叶片和受条锈菌侵染后病叶的光合作用和蒸腾作用进行活体监测。结果表明：在干旱环境下。受条锈菌侵染后小麦叶片的光合作用和蒸腾作用发生了明显变化,其光合速率比健叶明显降低,而病叶细胞间隙CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率等有所升高,且日变化随病叶严重度的不同而明显不同。受干旱和病原物侵染的双重胁迫,小麦叶片的光合效率显著降低,水分利用率也随之下降。不仅与叶绿素含量的明显下降有关,而且与干旱造成的水分亏缺对小麦体内生理生化代谢造成损伤,碳同化过程受到抑制等有着密切的关系。     

基于Ｌｏｔｋａ Ｖｏｌｔｅｒｒａ方程的基因调控网络的稳定性分析

在2007年7—8月棉花生长旺季,将冠层按高度分多层,通过简单的试验方法确定了棉冠内叶片丛聚指数（clumping index,Ω）,以此区分计算出田间各层逐时阳叶（受光叶）和阴叶（被遮荫叶）叶面积指数的动态值。在8月23日用LI-6400R便携式光合测量系统分多层分别测定阴、阳叶单张叶片净光合作用的日变化,结合阴、阳叶面积权重,探讨利用Ω区分阴阳叶之后对整个冠层日总光合作用的影响。试验结果表明：（1）花铃期棉花冠层内Ω约为0.68;（2）利用Ω计算得到8月23日冠层日间（09：00—18：00）总净光合作用日平均值大约为20.3μmol·m-2·s-1,其中阳叶贡献约占总量的72%,阴叶约占总量的28%;（3）上层叶片贡献约占总量的75%,中层叶片约占总量的22%,下层叶片约占总量的3%。     

棉花冠层阴阳叶空间分布的日变化及其对光合作用的影响

在2007年7—8月棉花生长旺季,将冠层按高度分多层,通过简单的试验方法确定了棉冠内叶片丛聚指数(clumping index,Ω),以此区分计算出田间各层逐时阳叶(受光叶)和阴叶(被遮荫叶)叶面积指数的动态值。在8月23日用LI-6400R便携式光合测量系统分多层分别测定阴、阳叶单张叶片净光合作用的日变化,结合阴、阳叶面积权重,探讨利用Ω区分阴阳叶之后对整个冠层日总光合作用的影响。试验结果表明:(1)花铃期棉花冠层内Ω约为0.68;(2)利用Ω计算得到8月23日冠层日间(09:00—18:00)总净光合作用日平均值大约为20.3μmol·m-2·s-1,其中阳叶贡献约占总量的72%,阴叶约占总量的28%;(3)上层叶片贡献约占总量的75%,中层叶片约占总量的22%,下层叶片约占总量的3%。     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射（PAR）的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明：玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关（R2=0.89）;玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

北方玉米冠层光合有效辐射垂直分布及影响因子分析

玉米冠层内光合有效辐射(PAR)的大小直接影响冠层内叶片的光合作用,进而影响玉米净第一性生产力或作物产量的准确评估。为弄清玉米冠层内光合有效辐射的分布规律及其影响因子,基于锦州玉米农田生态系统于2006年生育期的光合有效辐射观测数据和叶面积指数动态观测数据,对玉米冠层光合有效辐射的垂直分布特征及其影响因子进行了分析。结果表明:玉米冠层内不同垂直层次叶片的PAR分布随生育期变化显著,与叶面积指数呈显著的负相关(R2=0.89);玉米冠层光合有效辐射的消光系数K值在生育期呈动态变化,约为0.76,且表现为苗期较大、生育后期较小。分析表明,在进行光合有效辐射及与此密切相关的光合作用模拟时,应考虑消光系数的动态变化。     

夏大豆与水分关系试验研究

本试验是在人为严格控制水分的条件下进行的，应用资料探讨了夏大豆两个生育关键期不同水分条件对群体生产力，叶面积动态变化、叶片光合作用，生育期及产量的影响。     

水稻旱育抛秧生长发育的动态模拟模型

通过分期播种田间试验资料,建立水稻旱育抛秧生长发育的动态模拟模型,包括叶面积发展,光合作用,呼吸作用,干物质积累与分配等。重点探讨叶面积发展与温度的关系,光合作用简化算法,净光含量的求算,分配系数随发育期的变化等。     

双叶模型在冬小麦田冠层CO2通量多层模拟中的应用

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和能量交换的多层模式,在模式中运用双叶模型,同时考虑叶片氮素水平垂直差异,对2008年4—5月华北平原冬小麦生长旺季农田生态系统中冠层CO2通量进行了模拟研究,并利用涡度相关观测的通量数据对模型的有效性加以验证,结果表明:在冠层多层空间,小麦拔节至孕穗期和开花至乳熟期叶片氮含量随冠层高度的衰减系数分别为0.793(R2=0.698)和1.374(R2=0.728),冠层内叶片氮含量的空间分布可以用以相对累积叶面积指数为自变量的函数来描述;模型分别计算各层阴、阳叶的光截取、气孔传导、光合作用等,最终计算冠层上方CO2通量,冬小麦农田净生态系统生产力模拟值与实测值相关显著(R2=0.78),模拟的CO2通量日变化特征晴天昼间比阴雨天和夜间的效果好;在考虑丛聚影响的叶片非随机分布的密集农田中,阴叶对总初始生产力的贡献率在35.7%左右,对生产力贡献很重要。分层统计显示,作物最终产量的形成主要...     

西北地区陆地生态系统植被状态参数业务化遥感研究

植被指数(NDVI)和叶面积指数(LAI)是两个非常重要的陆地生态系统植被状态参数.我们首先利用最大值(MVC)合成方法使用先进遥感数据如MODIS、AVHRR3等得到旬合成植被指数(NDVI),然后利用最新的经验方法针对不同的陆地生态系统类型反演得到叶面积指数,重点研究了我国沙尘暴发生频率较高的我国西北地区植被覆被状态及其变化情况.植被指数能够反映区域,乃至全球范围植被年季状态,用于监测陆地生态系统植物光合作用活动及其变化.植被指数作为一个基础参数能够用于计算反演更高级别的陆地生态系统状态参数.叶面积指数直接影响植被的光合作用,蒸腾作用的变化和陆面过程的能量平衡状态.在沙尘暴预测研究中使用的起沙过程模型需要将叶面积指数作为一个关键输入变量,另外,绝大多数生态过程模型模拟碳、水循环时也都需要将叶面积指数作为一个非常重要的输入变量.我们总结了最新的叶面积指数经验反演方法,针对6钟不同的陆地生态系统类型应用不同经验模型计算得到了叶面积指数.     

冬小麦地面光谱监测

从小麦反射光谱的特征，探讨了小麦不同物候期反射光谱特征和小麦日变化、季节变化特征。建立了大田冬小麦光谱植被指数与叶面积指数的关系模型和冬小麦农学参数与植被指数之间的关系模型，为开展冬小麦大田生长状况的遥感动态监测和产量预报打下基础。     

碳四植物光合生化机理模型的叶片含水量修正

叶片光合作用的准确模拟对陆地生态系统模型及全球变化对植被影响研究具有重要意义。水分是影响光合作用的重要因素,目前研究多采用土壤含水量表示,而非直接起作用的叶片含水量,这限制了光合作用的准确模拟。以玉米为研究对象,利用2014年6—10月中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验站玉米6个水分梯度持续干旱试验数据,结合光合生化机理模型,定量研究最大羧化速率与叶片含水量的关系。结果表明:两者呈显著二次曲线关系,其拟合方程的决定系数达0.88;参数不同时,最大羧化速率的绝对值不同,但归一化后的叶片含水量修正函数与参数无关,当叶片含水量为80%左右时,其修正函数值为1,当叶片含水量降至70%左右时,其修正函数值为0。研究从叶片含水量影响方面完善了碳四植物光合生化机理模型,可为进一步提高光合作用模拟的准确性和玉米干旱监测预警提供参考。     

紧凑型夏玉米光能利用和合理密植试验总结

夏玉米的生长和产量形成是通过绿色叶面积的光合作用,把无机物转化为有机物、把太阳能转化为化学能的一个物质和能量的转化过程。在大田生产条件下,群体的绿色叶面积与种植密度有关。为了探索紧凑型夏玉米光合叶面积变化的规律和特点,找出提高光能利用率的有效途径,确定玉米高产的最佳密度和在高密度下便于管理的种植方式,1991年我们进行了夏玉米光能利用和合理密植的试验研究。     

近地层O3和CO2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟：Ⅰ模型结构

在试验研究的基础上,文中尝试利用数值模拟方法评估O3和CO2浓度变化对作物的影响.以农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC)为基础,对其中的作物子模型进行改进,加入O3对冬小麦光合作用和叶片生长影响的模拟,结合原模型中有关CO2对冬小麦光合作用影响的模拟,建立反映O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成影响的作物模型.文章对DNDC模型进行了参数修正以适用于中国华北地区;文章参考前人的工作,引用了两种O3对作物光合作用影响的模拟方法进行比较,分别是O3对初始光利用率的影响和O3对叶片光合作用的直接影响;在此基础上,进一步考虑O3对冬小麦叶片生长的影响,根据试验资料,建立了O3对叶片生长影响系数.     

华北地区冬小麦光合作用的光响应曲线的特征参数

在冬小麦各生育期测定了田间叶片光合作用速率及其相应的气象要素, 拟合了各生育期的光合作用的光响应曲线.得出它们的几个特征参数:初始量子效率、最大光合速率和凸度.在华北地区冬小麦的整个生育期, 初始量子效率大多在0.050~0.075之间变化, 最大光合速率在5~25 μmol·m-2·s-1之间变化.表明初始量子效率随生育期的变化不大, 最大光合速率在营养生长期较高, 为20~25 μmol·m-2·s-1, 在生殖生长期, 随着叶片氮、磷、钾等营养元素含量的下降, 叶片的最大光合速率显著降低.     

土壤湿度对小麦出苗及幼苗生长的影响

土壤水分不适能显著影响小麦出苗及幼苗生长，表现为显著降低出苗率，减少单位面积的苗数；同时显著影响幼苗单株生长，表现为干重、叶面积下降。土壤水分不适对小麦群体的影响表现为单位面积的干重和叶面积指数（LAI）下降。采用通径分析衡量了出苗率和单株幼苗生长两因子对群体影响的大小。结果表明：单位面积干重下降主因是单株干重下降，叶面积指数下降主因是出苗率下降。土壤湿度大于17％且小于44％时，对小麦出苗及幼苗生长各项指标的影响幅度一般在20％以内，而低于17％或高于44％的土壤湿度对小麦的影响幅度急剧增加。小麦对土壤水分不适具有一定的适应性反应。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光-光合作用响应曲线和CO2-光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO2浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析.单因子分析表明晴天状况下,冠层光合速率随CO2浓度升高而上升,当CO2浓度由330×10-6上升至660×10-6时,冠层光合日总量可增加19.7 %;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0 %,冠层光合日总量可增加6.7 %;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1 ℃,冠层光合日总量减少2.9 %.多因子综合数值分析表明在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO2变化响应更加敏感.本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础.     

干旱胁迫对甘肃中部春小麦生理性状及灌水利用效率的影响

为研究干旱胁迫对春小麦生长发育阶段生理性状和灌水利用效率的影响,以高产优质抗旱春小麦新品种‘定丰18号’和‘定丰19号’为材料,对其分蘖期到成熟期进行正常供水(WW)、轻度土壤干旱(MD)和重度土壤干旱(SD) 3种不同水分处理,研究3种处理对小麦叶片水势、光合速率、籽粒灌浆速率、产量构成因素以及灌水利用效率的影响。结果表明,与WW处理比较,MD和SD处理显著降低了叶片水势(p <0. 05),MD处理通过夜间恢复其叶片水势可达到正常水平,SD处理不能恢复; SD处理显著抑制了叶片光合作用,MD处理与WW处理无显著差异(p> 0. 05);与WW处理相比,MD处理籽粒灌浆速率、粒重、穗粒数、千粒重和产量显著增加,而SD处理则显著降低(p <0. 05),不同处理间容重无显著差异(p> 0. 05)。两个不同小麦品种的两年试验结果基本一致,适度的水分亏缺有利于小麦增产,从而可提高其灌水利用效率。     

UV-B增强对冬小麦和菠菜影响的对比试验

通过大田试验对比研究了紫外辐射UV—B增强对冬小麦和圆叶菠菜株高、叶面积指数、干物质累积量的影响以及叶绿素和类黄酮含量的变化。结果表明：紫外辐射UV—B增强对冬小麦和圆叶菠菜株高、叶面积指数、干物质累积有着明显的抑制作用,同时还使叶绿素含量下降,类黄酮含量增加。对比试验也表明,UV—B辐射对小麦株高、叶面积、干物质积累以及叶绿素和类黄酮含量的影响小于对菠菜的影响。     

华北地区冬小麦叶片光合作用模型在农业干旱预测中的应用研究

在冬小麦抽穗—灌浆期进行了水分胁迫实验,利用美国Licor公司生产的Licor-188B辐射量子照度仪及Licor-6400便携式光合作用测定仪,对水分胁迫引起的冬小麦光合生理生态变化进行了系统观测,系统地给出了冬小麦多种农业气象指标对水分胁迫的响应状况。在大量实测数据基础上,给出了包含辐射强度、温度及土壤水分因子的冬小麦叶片光合作用模式。该模式具有严格的理论推导过程和大量实验数据的支持,改进了传统水分胁迫对叶片光合速率影响的简单阶乘方法,从而为进一步准确推算水分胁迫对大田冬小麦光合作用的可能影响,以及水分胁迫对区域农业干旱的可能影响奠定了前提条件。该研究是冬小麦干旱预测模型的叶片子模型,为冬小麦农业干旱预测模型提供了丰富的基本参数,同时也为建立冬小麦干旱预测模型奠定了基本条件。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光—光合作用响应曲线和CO₂—光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO₂浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析。单因子分析表明:晴天状况下,冠层光合速率随CO₂浓度升高而上升,当CO₂浓度由330×10^-6上升至660×10^-6时,冠层光合日总量可增加19.7%;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0%,冠层光合日总量可增加6.7%;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1℃,冠层光合日总量减少2.9%。多因子综合数值分析表明:在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO₂变化响应更加敏感。本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础。