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《山东农业大学》 2002年
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美国黑核桃实生苗生态生理过程对环境因素响应的数值模拟

张继祥  
【摘要】: 以美国东部黑核桃和北加州黑核桃1~2年生实生苗为试材,以太阳辐射为主导环境因子,以光合作用对环境因子的响应为主线,建立了从叶片水平到群体冠层水平上的光合作用机理模型。以此为基础,建立了干物质积累与分配的动态模型。系统地探讨了黑核桃从器官、个体到群体的生态生理过程对环境因子响应的定量关系,力求为果树生产的区域化、标准化、精准化提供理论支持,为黑核桃的生态适应性研究及其在我国的发展提供一定的理论基础。主要研究结果如下: 1.将Farquhar提出的单叶片光合作用生理生化模型与气孔导度B—B模型相结合,建立了光合作用—气孔导度耦合模型。在水肥适宜的条件下,模型模拟结果与田间试验结果具有较好的一致性。应用气体传输理论,导出了上述耦合模型中的子模型之一——叶肉细胞间隙的CO_2浓度(C_i)模型,即: 2.在水肥适宜,温度为25.0℃,光合有效辐射量子通量密度为1000.0μmol·m~(-2)s~(-1)的条件下,当CO_2浓度倍增时(从350增至700μmol·mol~(-1)),美国东部及北加州黑核桃单叶片的光合速率分别提高25.3%和26.2%左右。 在大气中CO_2浓度为350μmol·mol~(-1),光合有效辐射通量密度不变的条件下,光合作用速率对温度的响应呈单峰曲线,即有一个最适温度。东部及北加州黑核桃的最适温度分别为25.3和26.8℃左右,当温度低于最适温度时,二者对温度变化的响应变化差异较小,当温度高于最适温度时,北加州黑核桃的光合速率明显比东部的高,前者比后者对高温具有较强的适应能力。 大气CO_2浓度和温度固定不变(分别为350μmol·mol~(-1)和25.0℃)时,光合作用对光合有效辐射的响应符合Michaelis—Menten反应曲线,在光合有效辐射较小时,北加州黑核桃的光合速率比东部的大,随着光合有效辐射的增大,二者的差异愈小。 在典型晴天条件下,二者光合速率的日变化都出现两个极大值(分别在10时和16时左右),中午前后光合速率较低。 3.以Ross和Nilson叶倾角分布模型为基础,将冠层的几何结构数值化,建 11 张继祥:美国黑核挑实生苗生态生理过程对环境囵素响应的数值模拟 立了一个具有高分辨率的冠层结构模型;根据直接辐射和散射辐射的性质以及其 在冠层中传输的特点,分别建立了直接辐射和散射辐射在冠层内传输的子模型。 将冠层叶片的受光态势分为“光斑区”和“遮荫区”,分别计算了两区域内叶片的 光合作用速率,进一步细化和完善了冠层光合作用多层模型理论。 无论是1年生东部黑核桃,还是2年生北加州黑核桃,其冠层内的消光系数 均有明显的日变化,且上午8时之前,下午16时之后,随时间变化较大,中午前 后随时间变化不明显;在典型晴天条件下,北加州黑核桃冠层(LAI二6左右), 中午的光合作用速率最大,上午、下午相应时刻的光合速率基本对称(以正午时 刻为对称轴),而东部黑核桃冠层(LAI—3左右)与前者有较大差异,其最大值 出现在门时左右,且上午、下午不对称,上午的光合速率总体比下午的高。 在典型晴天条件下,北加州黑核桃单位土地面积日合成干物质总量(折合为 CHZO)约为 88,6g·m勺”’,而东部为 63.4 g·m“Zd”‘左右,前者比后者多 28.5% 左右。 4.在水肥适宣的条件下,依据物质守恒及浓度梯度等理论,建立了一个干物 质积累和分配模型。假定各器官的同化物质浓度与其所得到的同化物的量成正比, 导出了冠层与根茎间的干物质传输通量的关系式: G丫*.W K,=---- W十G丫nw 模型估算结果与田间试验结果比较一致。 对于1年生黑核桃,在叶幕建造时期内,冠层干物质积累大体呈现LOgistiS曲 线增长,而生物总量及根茎干物质的增长大体可分为两个阶段,前期为指数增长 阶段,后期为线性增长阶段,而且无论是生物总量,还是冠层、根茎干重都呈现 出波浪式增长的态势,这种波动是环境因子影响的结果。 d州…W(冠层、根茎干物质日增量之比)不仅随生育期变化,还随环境 因子变化,在叶幕建造初期,dpe… 较大,平均值约为 2.0,这时的光合产物 主要用于叶片的生长和发育,在夜幕建造中期,dw巾 的平均值约为 1.5,该 时期干物质在冠层、根茎内的分配较均衡,在叶幕建造后期,风…W呈直线 下降,干物质的分配中心主要转移到了地下部,叶子生长趋于停止。 5.气象要素日变化模型是进行生态生理模型日变化数值模拟的前提。在气象 山东农业大学博士学住论文 * 要素模拟的过程中,通过对参数的修正,大幅度地提高了模拟的准确性。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:S664.1

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【同被引文献】
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6 王蕾;天山野生杏种子萌发和抗旱生理生态学研究[D];新疆农业大学;2008年
7 王延秀;核桃外植体褐化影响因素及增殖培养研究[D];甘肃农业大学;2002年
8 王群;下层土壤容重对玉米的生态生理效应研究[D];河南农业大学;2002年
9 陈俊强;牡丹苗木质量标准的研究[D];南京林业大学;2005年
10 王静毅;猕猴桃果实特异表达ipt基因的构建与转化体系建立的研究[D];河南农业大学;2004年
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