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水稻冠层辐射传输特征和光能利用研究

作　者: 朱相成
导　师: 朱艳
学　校: 南京农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 水稻 形态 冠层结构 叶倾角 叶面积分布 光合有效辐射(PAR) 消光系数 散射比例 波段 PAR截获 PAR利用率 产量
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


水稻形态和冠层结构影响冠层辐射传输,进而影响冠层光能利用和干物质生产。因此分析水稻形态和冠层结构的动态变化及其对冠层辐射传输、光能利用及产量的影响,可以为提高水稻单产及冠层光分布模型的模拟精度提供技术支撑。本研究以不同株型水稻品种为对象,通过实施不同栽插密度和施氮水平的2年田间试验,系统测定主要生育时期水稻形态与冠层结构参数、冠层辐射传输特征参数、地上部干物质积累量、以及成熟期产量等,分析水稻形态与冠层结构及入射辐射条件对冠层辐射传输特征和光能利用的影响规律,并研究了冠层光能利用率与产量之间的关系,从而为水稻高产栽培和模拟决策提供理论依据。栽插密度和施氮量对水稻叶长、叶宽、单叶面积有显著影响；株高随施氮量的增加而增加。从拔节期到灌浆期,冠层平均叶倾角逐渐减少；增加栽插密度可增加冠层叶倾角在75°-90°范围的分布频率,减少0°-45°范围的分布频率,进而增加冠层平均叶倾角；冠层平均叶倾角随施氮量增加而减少；两优培九各处理下的冠层平均叶倾角为68.03°,显著小于武香粳14的70.39°。增加栽插密度和施氮量可降低冠层中下部叶面积占总叶面积的比重,冠层累积相对叶面积密度随冠层相对高度的增加呈S型曲线,可用Logistic方程来描述。从拔节期到灌浆期,冠层中下部的叶面积占冠层总叶面积的比重逐渐下降,且高密度和高氮处理会加速冠层中下部叶片的衰老。表明水稻形态和冠层结构随生育期变化明显并受栽插密度和施氮量的调控。冠层PAR透过率、反射率随生育进程的推进先减少后增大,最小值出现在孕穗至抽穗期；提高施氮量减少了冠层PAR反射率。随生育进程的推进,水稻冠层消光系数(K)逐渐增加,并随栽插密度和施氮量的增加而增加；2个水稻品种全生育期的平均K值与抽穗后10天左右的测量值较为接近。冠层PAR反射率、截获率和K的日变化呈向下抛物线状,以正午时刻最小；而PAR透过率则呈相反模式；灌浆期PAR透过率、截获率和K的日变化幅度明显小于分蘖期和拔节期；不同生育期日平均K值均与14：00的测量值相近。随着入射光散射比例的增加,PAR透过率逐渐减少,K值逐渐增加。冠层对不同PAR波段的反射率和透过率表现为绿光>红光>蓝光,而不同波段PAR截获率则呈相反模式,不同波段PAR传输特征的差异在生育前期和生育后期表现得更加显著。水稻冠层PAR传输特征受栽插密度和施氮量的调控,并存在显著的生育期变化和日变化,抽穗后10天左右14：00的K值可用于水稻整个生育期的光合作用模拟。栽插密度和施氮量对水稻冠层LAI和群体光合势有显著影响。分蘖至成熟期,各处理水稻冠层平均PAR反射率为3.45%；其中,分蘖至抽穗期冠层反射PAR占冠层总PAR损失的10.90%,显著小于抽穗至成熟期的22.06%。分蘖至抽穗期冠层PAR转化率高于抽穗至成熟期,分蘖至成熟期PAR转化率随栽插密度的增加而减少,随施氮量的增加而增加。分蘖至成熟期,冠层PAR利用率随栽插密度和施氮量的增加而增加,各处理两优培九的平均PAR利用率为1.83 g·MJ-1,显著高于武香粳14的1.42g·MJ-1；武香粳14因生育期较长,分蘖至成熟期的入射PAR量和中高密度处理的PAR截获量均高于两优培九。水稻不同生长阶段冠层PAR截获率和PAR利用率与产量呈显著的正相关,PAR转化效率与产量呈正相关,但相关性不显著。因此,在保持较高PAR截获率的基础上提高冠层PAR转化效率,进而提高冠层PAR利用率,则有利于水稻高产。

全文目录


摘要  7-9ABSTRACT  9-12第一章 文献综述与研究目的  12-24  1 作物株型与冠层结构研究进展  12-14    1.1 主要株型特征  12-13    1.2 冠层结构特征  13-14    1.3 氮素和种植密度对作物株型和冠层结构的调控效应  14  2 作物冠层辐射传输研究进展  14-16    2.1 入射辐射条件与作物冠层辐射传输  14-15    2.2 作物冠层辐射的光谱传输  15-16    2.3 作物冠层辐射传输模拟  16  3 作物光能利用与产量的关系  16-17  4 本研究的目的与意义  17-18  参考文献  18-24第二章 研究思路与方法  24-28  1 研究思路与技术路线  24-25    1.1 研究思路与技术路线  24-25  2 资料来源  25-28    2.1 田间试验观测  25-26    2.2 测试项目  26-27    2.3 数据处理与分析  27-28第三章 栽插密度和施氮量对水稻形态和冠层结构的影响  28-38  1 材料与方法  29    1.1 试验设计  29    1.2 测定项目与方法  29    1.3 数据处理和分析  29  2 结果与分析  29-34    2.1 水稻植株形态特征  29-31    2.2 群体茎蘖动态  31    2.3 叶倾角分布动态  31-33    2.4 LAI的垂直分布  33-34  3 讨论和结论  34-36  参考文献  36-38第四章 水稻冠层光合有效辐射传输特征研究  38-50  1 材料与方法  39-40    1.1 试验设计  39    1.2 测定项目与方法  39-40    1.3 数据处理与分析  40  2 结果与分析  40-45    2.1 冠层PAR传输参数动态变化特征  40-42    2.2 冠层PAR传输参数的日变化特征  42-43    2.3 入射光散射比例对冠层PAR透过率和消光系数的影响  43-44    2.4 不同波段PAR传输特征  44-45  3 讨论与结论  45-46  参考文献  46-50第五章 水稻冠层光截获、光能利用和产量的关系  50-62  1 材料方法  51-52    1.1 试验设计  51    1.2 测试项目和方法  51    1.3 数据处理与分析  51-52  2 结果与分析  52-58    2.1 LAI动态和光合势  52-54    2.2 不同生长阶段PAR透过率、反射率和截获率  54-55    2.3 不同生长阶段的PAR转化率和利用率  55-56    2.4 产量与PAR截获率、转化率和利用率的相关性  56-58  3 讨论与结论  58-60  参考文献  60-62第六章 讨论和结论  62-70  1 讨论  62-66    1.1 水稻形态与冠层结构的动态特征与调控  62-63    1.2 水稻冠层辐射传输特征  63-64    1.3 水稻光能利用率和产量的关系  64-66  2 结论  66  3 本研究的创新及今后的设想  66-67    3.1 本研究的创新与特色  66-67    3.2 本研究的不足之处  67    3.3 今后的研究设想  67  参考文献  67-70在学期间发表的论文与参加的研究课题  70-72致谢  72

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 稻
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