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冬小麦叶片气孔导度模型水分响应函数的参数化
袁国富, 庄伟, 罗毅
植物生态学报    2012, 36 (5): 463-470.   DOI: 10.3724/SP.J.1258.2012.00463
摘要   (3333 HTML7 PDF(pc) (408KB)(3716)  

植物气孔导度模型的水分响应函数用来模拟水分胁迫对气孔导度的影响过程, 是模拟缺水环境下植物与大气间水、碳交换过程的关键算法。水分响应函数包括空气湿度响应函数和土壤湿度(或植物水势)响应函数, 该研究基于田间实验观测, 分析了冬小麦(Triticum aestivum)叶片气孔导度对不同空气饱和差和不同土壤体积含水量或叶水势的响应规律。一个土壤水分梯度的田间处理在中国科学院禹城综合试验站实施, 不同水分胁迫下的冬小麦叶片气体交换过程和气孔导度以及其他的温湿度数据被观测, 同时观测了土壤含水量和叶水势。实验数据表明, 冬小麦叶片气孔导度对空气饱和差的响应呈现双曲线规律, 变化趋势显示大约1 kPa空气饱和差是一个有用的阈值, 在小于1 kPa时, 冬小麦气孔导度对空气饱和差变化反应敏感, 而大于1 kPa后则反应缓慢; 分析土壤体积含水量与中午叶片气孔导度的关系发现, 中午叶片气孔导度随土壤含水量增加大致呈现线性增加趋势, 但在平均土壤体积含水量大于大约25%以后, 气孔导度不再明显增加, 而是维持在较高导度值上下波动; 冬小麦中午叶片水势与相应的气孔导度之间, 随着叶水势的增加, 气孔导度呈现增加趋势。根据冬小麦气孔导度对空气湿度、土壤湿度和叶水势的响应规律, 研究分别采用双曲线和幂指数形式拟合了水汽响应函数, 用三段线性方程拟合了土壤湿度响应函数和植物水势响应函数, 得到的参数可以为模型模拟冬小麦的各类水、热、碳交换过程采用。



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图2 0-60 cm土层平均土壤体积含水量对冬小麦中午叶片气孔导度的影响。
正文中引用本图/表的段落
图2显示的是冬小麦气孔导度随土壤湿度的变化特征。冬小麦叶片气孔导度数据选取的是冬小麦拔节期至灌浆初期(4月初至5月中旬)中午左右观测的数据, 从而尽量减少了光照强度的差异对气孔导度的影响, 也减少了对植物不同生育期的生理活动特征的影响。研究采用了0-60 cm土层的平均土壤含水量, 主要原因一方面是由于冬小麦根系90%左右都集中在0-60 cm土层(Luo et al, 2003; 王淑芬等, 2006), 另一个更重要的原因是, 在60 cm深土层以下不同水分处理间的土壤含水量已经基本没有什么差异, 因此0-60 cm土层的土壤含水量的平均状况能够反映作物整个根层的土壤水分差异, 使得在0-60 cm土层处理得到的模拟方程的阈值结果具有普适性, 适合在模拟模型中设置不同土壤深度求解的需要。
从图2显示的结果看, 冬小麦相对气孔导度随着平均土壤含水量的增加, 在0.18-0.32 cm3·
利用实验场地土壤水分特征参数, 也是华北地区广泛分布的壤土土质的特征参数: 凋萎系数12%, 田间持水量32%, 根据实验获得的数据按照公式(4)线性响应函数格式, 拟合了适合冬小麦气孔导度模型应用的土壤水分胁迫响应函数, 得到了拟合曲线参数m的值和拟合统计参数(表2)。线性拟合的结果比较理想(图2), R2值达到0.635 1, 说明这个参数在冬小麦气孔导度土壤水分胁迫响应函数模拟上的应用是可行的。
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