干旱区荒漠-绿洲过渡带3种典型灌木气孔导度对环境变化的响应及其对蒸腾的调控

利用LI-6400XT便携式光合作用测定系统和Model 1505植物压力室对河西走廊中部荒漠-绿洲过渡带3种优势种C_4植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)和C_3植物泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)的水分交换过程和叶片水势(Ψ)变化进行了观测试验,对比了荒漠植物生长季降水前后水分传输因子的变化;模拟了气孔导度对主要环境因子和叶片水势的响应;从饱和水汽压差(VPD)对气孔导度的制约作用研究了荒漠植物蒸腾的调控机制。结果表明:影响3种灌木气孔导度的主要因子依次为VPD、气温(T)和Ψ,气孔导度随着VPD和T的升高而降低,随着Ψ的降低逐渐减小;不同荒漠植物气孔导度对环境因子和叶片水势的综合响应模拟研究表明,模型能够很好地模拟气孔导度日内变化,C_3植物泡泡刺对这些因子变化的响应比C_4植物梭梭和沙拐枣更敏感;通过类比于欧姆定律,表明可用气孔导度和VPD的乘积来对蒸腾速率进行线性模拟,相关性很强。     

干旱胁迫对夏玉米叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用华北地区大面积种植的夏玉米品种郑单958、承玉2号、鲁单981作为试验材料,通过研究干旱胁迫条件下的玉米叶片光合、叶绿素荧光等指标随着土壤水分的动态变化规律,以期为夏玉米干旱的生理生态变化监测及水分高效利用提供理论依据。研究发现,在土壤含水量70％左右时,随着土壤相对湿度的下降,上述3个夏玉米品种仍能保持其叶片水分状态。郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,分别为39．9、38．8、38．4μmolCO2／m^2·s;在土壤相对湿度较低时,郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率下降趋势明显（P〈0．05）。叶片水势变化规律为：在土壤相对湿度〉90％时,对水分胁迫郑单958、承玉2号不敏感,鲁单981敏感;在土壤相对湿度〈70％时,水分胁迫条件下承玉2号不敏感,而鲁单981、郑单958敏感。气孔导度（g1）变化规律：随着水分胁迫加剧,3个夏玉米品种气孔导度均下降,在土壤水分较高时,气孔导度变化规律不明显,在土壤水分较低时,气孔导度明显下降（P〈0．01）,细胞间隙CO2浓度（Ci）随土壤水分胁迫加剧而上升。上述结果表明：与叶片的光合和水分状况相比,夏玉米的气孔对土壤水分的匮缺更为敏感。     

干旱胁迫对夏玉米叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用华北地区大面积种植的夏玉米品种郑单958、承玉2号、鲁单981作为试验材料,通过研究干旱胁迫条件下的玉米叶片光合、叶绿素荧光等指标随着土壤水分的动态变化规律,以期为夏玉米干旱的生理生态变化监测及水分高效利用提供理论依据.研究发现,在土壤含水量70%左右时,随着土壤相对湿度的下降,上述3个夏玉米品种仍能保持其叶片水分状态.郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,分别为39.9、38.8、38.4 μmol CO2/m2 · s;在土壤相对湿度较低时,郑单958、承玉2号、鲁单981的叶片净光合速率下降趋势明显(P＜0.05).叶片水势变化规律为:在土壤相对湿度＞90%时,对水分胁迫郑单958、承玉2号不敏感,鲁单981敏感;在土壤相对湿度＜70%时,水分胁迫条件下承玉2号不敏感,而鲁单981、郑单958敏感.气孔导度(gs)变化规律:随着水分胁迫加剧,3个夏玉米品种气孔导度均下降,在土壤水分较高时,气孔导度变化规律不明显,在土壤水分较低时,气孔导度明显下降(P＜0.01),细胞间隙CO2浓度(Ci)随土壤水分胁迫加剧而上升.上述结果表明:与叶片的光合和水分状况相比,夏玉米的气孔对土壤水分的匮缺更为敏感.     

基于碳水通量耦合原理改进Penman-Monteith蒸散发模型

陆地蒸散(ET)涵括地表和潮湿叶片的蒸发和植物的蒸散发,是陆地水循环的重要组成部分。Penman-Monteith方程是估算陆地蒸散的重要方法,方程中的叶片或冠层气孔导度是提高估算精度的关键因子。根据碳水循环的耦合原理,植物光合作用模型可用于估算叶片或冠层气孔导度。植物光合作用模型可分为三类:1)使用总冠层导度的大叶模型(BL),2)区别阴、阳叶冠层导度的双大叶模型(TBL),3)区别阴、阳叶叶片导度的双叶模型(TL)。与这三类光合作用模型相对应,衍生出基于不同导度计算方法的三种蒸散估算模型。三种蒸散模型之间的主要区别在于是否进行从叶片尺度到冠层尺度的气孔导度集成。这三种模型中,双叶模型使用叶片尺度的气孔导度,集成度最低。反之,大叶模型使用冠层尺度的气孔导度,集成度最高。由于在Penman-Monteith中,蒸腾和气孔导度之间的关系是非线性的,气孔导度的集合会导致负偏差。因此,与通量测量相比,大叶蒸散模型的估算偏差最大,而双叶蒸散模型的估算偏差最小。     

土壤水分胁迫对冬小麦旗叶光合特性的影响

以土壤水分适宜做对照(CK),轻度水分胁迫(50%～70%)、中度水分胁迫(小于50%)3种处理在河北固城可控式土壤水分试验场,选择冬小麦灌浆初期的晴朗天气,采用Li-Cor 6400便携式光合作用仪,观测了3种处理的冬小麦旗叶光合作用参数的日变化。试验结果表明:土壤水分适宜时冬小麦旗叶净光合速率的日变化为"单峰型",未出现明显的"午休"现象,水分胁迫的处理都呈"双峰型",中度胁迫反而比轻度胁迫光合"午休"要短2h;3种处理的蒸腾速率日变化都呈"双峰型",气孔导度是反映叶片气体交换的重要指标,蒸腾速率与气孔导度成极显著正相关;土壤水分适宜或土壤干旱时冬小麦旗叶对环境变化的应变性较迟钝;轻度水分胁迫时冬小麦旗叶净光合速率比CK高2.8%～9.0%,蒸腾速率与CK基本相近,水分利用效率(WUE)比CK高10.6%～12.9%,这可能是一定程度的水分胁迫下冬小麦节水增产的生理调节机理。     

盘锦湿地芦苇叶片气孔导度的模拟

基于2005年5～9月盘锦湿地芦苇叶片气体交换观测数据,针对芦苇叶片气孔导度与光合速率以及光合速率与光合有效辐射之间的关系进行分析。结果表明:芦苇叶片气孔导度与光合速率的关系可应用Ball-Berry模型描述,光合速率与光合有效辐射的关系可应用非直角双曲线光合模型描述,联合Ball-Berry模型与非直角双曲线光合模型可通过环境变量求解叶片气孔导度。模型考虑了气孔导度与光合之间的相互作用。利用实验数据对气孔导度模型验证表明,叶片气孔导度模拟值和观测值回归方程的斜率为0.95,方程决定系数R=0.82(P<0.05)。     

黑河下游影响荒漠河岸胡杨林蒸腾的冠层与大气耦合分析

基于2014年胡杨主要生长季内树形特征、树干液流、环境因子的实际观测数据,利用经验公式,计算了胡杨冠层蒸腾速率、冠层气孔导度与解耦系数的值,分析了其日变化与季节变化特征。结果表明:(1)从日变化趋势来看,解耦系数在早晨和傍晚时较小,中午达到最大值,这主要是由于早晨和傍晚时太阳辐射比较弱、作物气孔开度小,使冠层气孔导度降低造成的;而中午时冠层气孔导度达到全天的最大值,解耦系数值也达到最大。(2)从季节变化趋势来看,解耦系数与冠层气孔导度变化趋势相近,在生长季内均呈先增大后减小,之后略有浮动增大,最后减小的趋势。本研究对影响荒漠河岸胡杨林蒸腾的冠层与下层大气进行相关性推断,认为影响胡杨林蒸腾的冠层与大气耦合度较高。尽管试验地处于极端干旱区,下层大气十分干燥,林冠层叶气界面水分散失很快,但黑河下游河岸林供水良好,林冠层空气动力学条件相近,使得胡杨林蒸腾主要受叶面气孔控制。     

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。     

冬小麦主要生理过程对土壤水分胁迫的响应

在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行的试验设5个水分处理。比较了其中3个不同水分处理对冬小麦扬花末期单叶水平的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（E）及水分利用率（WUE）的影响。分析了不同水分处理条件下净光合有效辐射（PAR）、蒸腾与气孔阻抗（R）及蒸腾与叶水势（LWP）之间的相关关系,并用计算机分别拟合出其关系式。     

东北地区春玉米主要生理参数对拔节至灌浆期干旱的响应

为了深入了解玉米干旱的影响机理,采用持续无补水方式进行东北地区春玉米拔节至灌浆期干旱胁迫试验,对主要光合变量(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、气孔导度G_s、胞间CO_2浓度C_i)、茎流速率及叶和根水势进行动态观测,研究春玉米关键发育期干旱对各生理参数的响应。结果表明:G_s、P_n和C_i对轻度干旱胁迫响应较慢,3个生理参数在中度干旱胁迫以上随干旱加重均快速减小,T_r对轻度干旱胁迫的响应比其他生理参数更快;随着干旱程度加重光合作用的响应由单纯受气孔因素转为受气孔与非气孔双重因素的影响;复水后,各生理参数均可以恢复正常,G_s、P_n和T_r在短时间内补偿性快速增大,其中T_r对复水后土壤湿度下降的响应不敏感;玉米植株日茎流量不受轻度和中度干旱胁迫的影响,但干旱后复水出现补偿性增大现象;叶水势对干旱胁迫的响应比根水势偏慢,复水后叶水势恢复能力比根水势偏弱。     

土壤水分对冬小麦影响机制研究

文中通过试验系统地研究了冬小麦叶片气孔形态与土壤湿度的关系,结果表明:土壤干旱使气孔密度增加,上表皮的密度大于下表皮;气孔开张度随土壤湿度下降而变小;气孔导度与土壤湿度呈指数相关,随土壤含水量的下降呈指数减少。随土壤湿度的改变小麦的生理过程也发生改变,蒸腾速率随土壤湿度下降呈指数减小。并研究了土壤干旱对叶绿素超微结构的影响及与脯氨酸的关系。     

Bulk stomatal resistance control on evaporation

Bulk stomatal resistances of a soybean crop were evaluated throughout a growing season as residuals in both the combination model and an Ohm's Law analogue. For a leaf area index exceeding unity, bulk stomatal resistances from the combination model compared well with estimates derived from leaf stomatal resistance and leaf area index measurements. Employing independent bulk stomatal resistances in the combination model yields evaporation estimates which agreed well with estimates from the Bowen ratio method. Leaf resistance was found to be related to global solar radiation during non-limiting soil moisture conditions. Although leaf resistance varied inversely with soil moisture, the relationship could not be used to provide predictive procedures. Procedures used by other workers which relate stomatal resistance to environmental influences were found to be of limited application.     

半干旱区陆面模式参数对水分循环的敏感性研究

植被覆盖对陆气之间物质和能量交换过程具有极其重要的影响,但植被覆盖对于交换过程的影响因子很多,关系复杂.作者研究了各种植被因子对陆气之间水分循环的作用和相对重要性.首先通过单点NO-AH模式对吉林通榆农田下垫面2004年土壤和边界层各物理量进行模拟,并与观测结果比较和评价,肯定了单点NOAH模式模拟能力.使用这一模式进行敏感试验,将与植被有关的参数分别在其取值范围取较大与较小值,比较水分循环各物理量如土壤湿度、土壤蒸发、植被蒸腾等的变化情况.试验表明在各参数中植被气孔阻抗、根系深度、土壤湿度初值和反照率对水分循环的影响较大,而叶面积指数、粗糙度和冠层阻抗则影响较小.     

干旱地区春小麦耗水量和节水措施的探讨

本文研究了春小麦耗水量与产量的关系及其耗水规律，分析了土壤湿度、耗水量对春小麦生长发育的影响。结果表明：拔节至抽穗是春小麦的水分临界期，抽穗至成熟期耗水量最多，耗水模系数最大；产量与耗水量呈二次曲线关系，适宜土壤水分下限为：出苗至拔节期为田间持水量的70％-75％，拔节至抽穗期为60％-65％、抽穗至灌浆初期为55％-60％．灌浆初期至成熟期为50％-55％，本文还对春小麦覆盖地膜的节水增产原因及效果进行了探讨，提出了黑河流域春小麦节水增产的技术措施及进一步研究的意见。     

利用遥感信息研究区域冬小麦气孔导度的时空分布

气孔导度是影响作物蒸散和作物的光合速率进而影响作物产量的重要因子。文中通过利用NOAA－AVHRR数据首次对华北平原典型区冬小麦气孔导度分布进行了研究,给出了华北平原典型区冬小麦不同生长季节的气孔导度空间分布状况,为进一步研究田间水分和作物蒸散对产量影响以及建立遥感作物水分胁迫生物量模型和监测不同生育期的农田缺水等提供依据。     

一个简单的陆面过程模式

本模式为针对大气环流模式所发展的一个简单的陆面过程模式，它包含:（1）地表温度计算，（2）冠层叶面贮水量和土壤湿度计算，（3）陆面与大气之间的水分和能量交换。对于表面温度和含水量的计算，采用的是联立求解计算方案，即耦合计算。植被冠层叶面的辐射特性和冠层形态对冠层中的辐射交换的影响得到有效和尽可能简单的模拟。另外，植被的气孔阻抗、表面与大气之间的水热交换通量和土壤中的水热输导作了较为细致的描写。利用此模式开展了对两个不同覆盖类型的陆面过程的模拟，模拟和观测的表面通量、温度和湿度较为相近。     

Factors affecting the canopy resistance of a Douglas-fir forest

The physiological nature of canopy resistance was studied by comparing the stomatal and canopy resistance of a 10-m high Douglas-fir forest. Stomatal resistance of the needles was measured using porometry, while the canopy resistance was calculated using energy balance/Bowen ratio measurements of evapotranspiration. A typical steady increase in the forest canopy resistance during daytime hours, even at high soil water potentials, was observed. A similar trend in the stomatal resistance indicated that increasing canopy resistance during the daytime was caused by gradually closing stomata. During a dry period when soil water potentials declined from 0 to –10.5 bars, the mean daytime value of canopy resistance increased in proportion to the mean daytime value of the stomatal resistance. Values of canopy resistance calculated from stomatal resistance and leaf area index measurements agreed well with those calculated from energy balance measurements. The dependences of stomatal resistance on light, vapour pressure deficit, twig and soil water potentials art summarized.     

Relationships between surface albedo,soil thermal parameters and soil moisture in the semi-arid area of Tongyu,northeastern China

Continuous observation data collected over the whole year of 2004 on a cropland surtace m Tongyu, a senti-arid area of northeastern China （44°25＇N, 122°52＇E）, have been used to investigate the variations of surface albedo and soil thermal parameters, including heat capacity, thermal conductivity and thermal diffusivity, and their relationships to soil moisture. The diurnal variation of surface albedo appears as a U shape curve on sunny days. Surface albedo decreases with the increase of solar elevation angle, and it tends to be a constant when solar elevation angle is larger than 40°. So the daily average surface albedo was computed using the data when solar elevation angle is larger than 40° Mean daily surface albedo is found to decrease with the increase of soil moisture, showing an exponential dependence on soil moisture. The variations of soil heat capacity are small during Julian days 90 300. Compared with the heat capacity, soil thermal conductivity has very gentle variations during this period, but the soil thermal diffusivity has wide variations during the same period. The soil thermal conductivity is found to increase as a power function of soil moisture. The soil thermal diffusivity increases firstly and then decreases with the increase of soil moisture.