应用EPIC模型计算黄土塬区作物生产潜力的初步尝试

黄土高原地区土壤侵蚀强烈,土地现实生产力水平低,研究该地区作物生产潜力可以为有效提高作物产量及合理进行农业生产规划提供依据。论文介绍了EPIC(侵蚀-生产力影响计算模型)的特点、组成部分及应用步骤,对部分作物参数进行了修订。以黄土塬区冬小麦和春玉米为例,对EPIC模型的适用性进行了分析和验证,表明EPIC在黄土高原地区作物生产潜力模拟研究中具有较好的适用性。结果显示,冬小麦产量模拟值与实测值之间多年平均误差为7.78%;春玉米多年平均误差为9.60%。冬小麦水分胁迫天数多年平均为9.9天,最少为1.7天(1993年),最多为23.1天(1995年);春玉米水分胁迫天数多年平均为13.4天,最少为1.1天(1993年),最多为44.2天(1995年),与各年作物生育期降水情况基本一致。此模型经修正后在正常年份模拟值较为精确,在干旱年份对作物、土壤等参数的修正方法需要进一步探讨。     

基于试验观测的光合有效辐射特征分析

光合有效辐射是生物、生态和农业常用的重要参数,常规气象资料中没有该资料,实测结果也比较少,以往多采用经验气候学计算获得。论文基于固城站观测辐射资料,对光合有效辐射特征分析的结果表明:光合有效辐射（PAR）占总辐射（Q）的比值(η_PAR)分布呈近似钟型,有60%的比值分布在0.35～0.45之间。η_{PARPARPARPARPAR})与Q的关系为:全年Q_PAR=0.40Q,生长季Q_PAR=0.41Q,这一结果与以往国内一些实测结果相近。论文用此值重新评估华北平原光合生产潜力的结果表明,以往估算光合生产潜力常采用η_PAR     

中国农业植被净初级生产力模拟(I)——模型的建立与灵敏度分析

以业已建成的稻麦作物净初级生产力模型为基本框架,建立了一个具有普适性的中国农业植被净初级生产力模型(CropC-)。CropC-的模拟对象为占我国农作物总播种面积2/3的水稻、小麦、玉米、棉花、油菜和大豆。该模型包括2个主要功能模块:光合作用和呼吸作用;土壤-作物系统氮素运移。前者综合考虑了环境因子和氮素的影响,后者包括了作物氮素吸收、土壤氮矿化和化肥氮释放。灵敏度分析表明,在输入参数变化±10%时,CropC-对6个主要输入参数响应的敏感性依次为温度>光合有效辐射>大气CO2浓度>土壤全氮含量>施氮量>降水。模型分析表明,气候变暖将降低作物净初级生产力。     

中国农业植被净初级生产力模拟(I)——模型的建立与灵敏度分析

以业已建成的稻麦作物净初级生产力模型为基本框架,建立了一个具有普适性的中国农业植被净初级生产力模型(CropC-)。CropC-的模拟对象为占我国农作物总播种面积2/3的水稻、小麦、玉米、棉花、油菜和大豆。该模型包括2个主要功能模块:光合作用和呼吸作用;土壤-作物系统氮素运移。前者综合考虑了环境因子和氮素的影响,后者包括了作物氮素吸收、土壤氮矿化和化肥氮释放。灵敏度分析表明,在输入参数变化±10%时,CropC-对6个主要输入参数响应的敏感性依次为温度>光合有效辐射>大气CO2浓度>土壤全氮含量>施氮量>降水。模型分析表明,气候变暖将降低作物净初级生产力。     

遥感信息结合光合特性研究作物光合产量估测模型

从遥感信息参数和植物生理生态参数出发 ,建立了遥感-光合作物产量机理模型(RSPCYM) ,其中包括直接以遥感信息获取吸收光合有效辐射 (APAR),将用以完整表示作物生育期中光合时间的作物光合同化势 (CPAP)引入到遥感-光合作物产量模型中,同时利用遥感信息求算作物光合速率 ,进而建立遥感-光合作物产量模型。将建立的模型用于典型区域的冬小麦作物产量估测研究中 ,表明发展的模型有可比的精度。     

作物光温生产力模型及南方水稻适宜生长期的数值分析

发展了一个具有生物学基础的、兼具实用性和理论性的水稻生长模拟模型。它是在水肥适宜的条件下,以光、温因子模拟作物生长过程。其空间尺度是叶面水平的,时间尺度是逐时的,并且具有模拟冠层瞬时光合作用的能力。该模型由发育阶段、冠层光分布、冠层光合速率和叶面积指数增长等子模型组成。使用地理分期播种资料进行了检验,该模型可以解释在不同气候区域水稻干物质积累随生育期和播种期变化的９２５％～９５８％。使用常规气象资料,用数值方法研究了南京、长沙、广州和贵阳等地杂交水稻的气候生态适应性。模拟结果表明,贵阳气温低、生育期长,其中稻生育期内温度适中、光照较强,干物质生产力高。广州气温高,中稻、早稻生育期短,产量较低,因受低温的影响小,是晚稻的高产区。南京和长沙以在生长中后期能避开盛夏高温并能正常抽穗扬花的适播晚稻干物质产量较高     

西北黄土高原半干旱-半湿润地区旱作农田降水生产潜力及开发途径

围绕本区旱作农田生产现实,运用“肥力梯度”田区研究,和联合国FAO推荐的概算等方法,所展现出各气候类型区主要作物耗水系数,和降水应能实现的生产潜力,虽低于灌溉农田的热量生产潜力,却也令人鼓舞。研究揭示,现阶段高原旱作农田降水生产潜力受制于地力水平,即在一定范围内,地力水平与耗水系数、作物产量密切相关。研究指出:“干旱固然是高原农业生产经常威胁,然而地力不足,乃是导致水分无谓耗损的更为直接原因”。多种途径,有所侧重地培肥地力,是使降水的潜在生产力充分化为现实生产力的重要方面。     

酸沉降——森林冠层反应模型

建立了酸沉降—冠层反应模型,并计算冠层穿落水的化学特征。用广西马尾松和火力楠人工林一周年观测数据对模型进行初步检验.结果表明,模型与观测结果基本吻合,实测和模拟的穿落水量及各项离子的相对误差都在±7％之内,马尾松冠层过程强烈地受大气干沉降控制,穿落水加权pH值比同期降雨低0.61单位,火力楠受干沉降影响小,穿落水pH比降雨高0.28.参与冠层反应的各离子的主要来源不尽相同.     

作物间套作群体光能截获和利用机理研究进展

合理的间套作种植模式具有高产高效及环境友好的特点,可能成为未来可持续农业的重要组成部分。光能的高效利用是间套作群体产量占优的主要原因之一。论文综述了计算间套作群体光能截获及分配的半经验模型及理论模型,分析了间套作群体产量优势形成的生理生态基础。间作套种可形成有利于作物吸收光能的冠层结构,或者可促进作物的光合速率,或者可改变作物的收获指数。对于共生期较长的间套作群体而言,优势作物对光能的高效截获和劣势作物对光能的高效利用是群体产量优势形成的主要原因,而对于共生期较短的间套作群体而言,两种作物光能吸收量的增加是该群体高产的主要驱动力。     

淮北涡河流域农业自然生产潜力模型与分析

根据淮北涡河流域的特点,本文以小麦—玉米一年两熟制建立光合作用、温度、水分和土壤条件对自然生产潜力影响的动态分室模型,再用阶乘模型将它们综合为农业自然生产潜力模型,并将模型计算值与实际生产情况对比分析。模型的输出结果综合反映了该区自然资源对农业生产的影响。由模型分析出影响本区农业自然生产力的当前限制因子是土壤养分,长远限制因子是土壤有机质和水分,为分阶段区域治理提供了依据。在土壤完全改良后,淮北平原的农业生产可跃上年平均亩产900kg的新水平。     

Simulating canopy stomatal conductance of winter wheat and its distribution using remote sensing information

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｉｎｇｈｕｍａｎｌｉｖｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｉｎｇｌｏｂａｌ,ｒｅｇｉｏｎａｌ,ａｎｄｌｏｃａｌｓｃａｌｅｓ.Ｉｎｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｓｃａｌｅ ,ｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｐｒｏｍｉｓｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｅｓｆｏｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｃｌｉｍａｔｅｃｈａｎｇｅｉｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｃｌｉｍａｔｅｍｏｄｅｌ (ＲＣＭ) .Ｉｔｉｓｗｅｌ…     

散射辐射对青藏高原高寒草地总初级生产力模拟的影响

太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE（light use efficiency,光能利用率）,因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,利用站点通量观测数据估计模型关键参数;结合区域尺度气象数据和遥感数据,模拟了2003—2008年青藏高原高寒草地区域尺度GPP（gross primary production,总初级生产力）,并量化了GPP模拟的不确定性,进而通过分析模型改进前后GPP空间分布及其不确定性的差异量化了散射辐射的作用.结果表明:考虑散射辐射对LUE的影响后,模型参数优化效果明显提升,青藏高原高寒草地GPP的模拟效果得到提升;2003—2008年青藏高原高寒草地GPP模拟值呈现东南部较大,西北部较小的空间格局,与不考虑散射辐射的结果一致,但GPP平均值由312.3 g/（m2·a）增至341.7 g/（m2·a）,增幅约9.4%,说明不考虑散射辐射会低估青藏高原高寒草地GPP;GPP模拟值不确定性的空间分布与不考虑散射辐射的结果一致,但是平均不确定性大小有所降低,从9.15%降至8.66%.研究显示,若在青藏高原高寒草地的GPP模拟中不考虑散射辐射,虽不会影响其空间格局,但会低估GPP模拟值的大小,同时增加其不确定性.      

Production potential for spring wheat in the Canadian prairie provinces — An estimate

A method for estimating long-term crop yield and production potentials for spring wheat in Canada is described. The assessment was made at a map scale of 1:5 000 000, and is based on map units from the Soils of Canada.Potential net biomass and dry matter yield values were computed using procedures adapted from those described by the FAO. Potential values were determined using a form of photosynthesis model which calculates crop photosynthesis response to temperature and radiation averaged over a growing season. Anticipated yields were derived from these values by employing yield-reducing factors related to moisture stress, autumn workday probability and soil constraints. The anticipated (corrected) yield for each map unit was compared to the maximum potential yield obtainable in the country.The results of the procedure are expressed as a quantitative land suitability assessment. Each map unit was classified into one of 6 suitability classes. Areas with anticipated yields of less than 20% of maximum potential were considered as not suitable for production. From this data base, total crop production potentials were computed for the prairie provinces for various land-use allocations.Analysis of the soil and climatic resources indicates that a production level of 50 million tonnes of wheat, or its equivalent in coarse grains and oilseeds, is possible without altering the present land allocation to pasture, forage or specialty crops. Results of the production model estimates, however, suggest that this figure represents the upper limit of the production capability of the available soil and climatic resources for this region.     

湿地植被叶面积指数对光化学指数和光能利用率关系的影响——基于实测数据和PROSPECT-SAIL模型

光化学指数PRI(Photochemical Reflectance Index)是估算光能利用率LUE(Light Use Efficiency)的一种快速监测的有效指标,分析各种因素对二者的影响是提高估算精度的前提。论文针对三种杭州湾典型湿地植物[旱柳(Salix matsudana)、柽柳(Tamarix chinensis)和芦苇(Phragm itescommunis)],实地观测了其光合作用及日变化、叶面积指数以及同步植被光谱。同时采用PROSPECT-SAIL模型模拟叶面积指数LAI(Leaf Area Index)从小到大变化时植被冠层反射率,分析LAI的变化对冠层PRI的影响。结果表明:1)三种植被在日变化上,芦苇、旱柳和柽柳的PRI和LUE的相关性较好,R2分别为0.581 6、0.524 6和0.514 6;而对同一种植被在不考虑时间变化的条件下,PRI和LUE的相关性会有所减弱,对于LAI较小的冠层,PRI不能精确反映LUE;2)当LAI5时,冠层下土壤背景对冠层PRI影响较大,在不同土壤背景下,土壤亮度低的对冠层PRI影响较小;3)当LAI5时,土壤背景对冠层PRI影响较小,冠层自身的LAI才是影响PRI和LUE相关性的决定因素。因此,PRI和LUE关系模型还需要进一步探索和完善,引入更精确的模型和参数,不断提高LUE估算的准确度。     

近地层大气臭氧对水稻光合作用影响的数值模拟

利用TE 4 9C型臭氧自动观测仪测定了常熟稻田上方O3 浓度 ,并利用OTC 1型开顶式气室测定了O3 浓度对水稻叶片光合速率的影响 .在此基础上建立了O3 对水稻冠层光合影响的数值模式 ,模式具有较高分辨率和准确度 .观测表明 :O3 浓度逐时值变化幅度在 0～ 16 0× 10 -9之间 ,而日平均值变化仅在 5× 10 -9～ 6 0× 10 -9范围内 ;稻田上方O3 存在高浓度单峰型和低浓度平缓型两种典型日变化 .数值分析表明 :全晴天时高浓度单峰型对光合日总量影响较大 ;随日总辐射量加大臭氧浓度增加对光合作用影响程度加强 .全生育期积分表明 :受O3 影响水稻光合作用总损失量约为 11 6 % .     

SiB3模式对作物区CO2通量的模拟研究

以苏州东山观测站农田为对象,通过使用简单生物圈模式(SiB3),在苏州东山站选取不同植被类型作为模式输入参数进行CO2通量的模拟,并利用苏州东山站2010-04-16~2011-06-30日的观测数据进行对比,讨论不同植被对苏州东山站CO2通量的影响.结果发现,选择玉米作为站点植被类型输入模式模拟的各月CO2通量日变化趋势与观测数据比较一致;而选择普通作物类型输入模式模拟获得的CO2通量,在4月和5月,白天低估CO2通量,6月高估CO2通量;选择茶树类型作为模式植被类型输入的模拟结果,高估5月和6月白天的CO2通量.另外,本研究还使用SiB3模式对每日CO2通量进行模拟,与观测对比后发现,选择的3种植被类型模拟获得的结果能较准确模拟出每日CO2通量的收支,但存在一定偏差.这说明,选择正确的植被类型能够使SiB3模式有效地模拟出CO2通量的日变化,但对时间从小时上升到每日尺度的CO2通量进行模拟时还存在一定困难,需要进一步验证.     

模拟气候变化对沈阳城市树木光合固碳能力的影响

以生长在沈阳市区内的银杏为试材,使用开顶箱模拟法对倍增CO2浓度（700μmol/mo）l和正常空气CO2浓度（≈350μmol/mo）l条件下,银杏生长参数、叶面积指数、不同天气中净光合速率日变化进行了初步研究,探讨了高浓度CO2对单株银杏光合固碳能力的影响。结果表明：CO2浓度增高可以显著提高银杏枝条的生长量和银杏的叶面积指数。经高浓度CO2处理后,银杏不同天气下光合速率日变化趋势与对照一致,即晴天为双峰曲线,多云天气为单峰曲线,但净光合速率显著高于对照（P〈0.001）。由于净光合速率和叶面积指数升高,高浓度CO2也显著提高了单株银杏的固碳释氧能力（P〈0.01）,晴天比对照提高了119.5%,阴天提高了175.4%。