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文檔簡介
1、作物生長模擬(一)作物生長模擬(一)1.舉例說明什么是狀態(tài)、速率和驅(qū)動變量。舉例說明什么是狀態(tài)、速率和驅(qū)動變量。狀態(tài)變量(Statevariable):指系統(tǒng)的總量,如生物量、土壤中總含水量等驅(qū)動變量或驅(qū)動方程(Drivingvariable):系統(tǒng)外部因子或描述系統(tǒng)外部因子影響的方程,如太陽輻射、氣溫、降水.速率變量(Ratevariable):特定時刻單位時間內(nèi)狀態(tài)變量的變化量。例如人口增長速率:State(tΔt)=State(t
2、)Rate(t)Δt用Rate(t)=State(t)(t時間時人口數(shù))constant(人口增長率)2.簡要說明各產(chǎn)量水平的主要影響因子。簡要說明各產(chǎn)量水平的主要影響因子。一作物產(chǎn)量的決定因素:作物性狀、光、CO2、溫度(1)作物生理性狀:如CO2的同化能力、生育期長度、收獲指數(shù)、葉面積指數(shù),等等.以及作物類型,如C3和C4作物,像小麥是C3作物,玉米是C4作物,玉米比小麥的最大單葉光合能力要強;谷類作物、根莖作物、豆科作物、油料作物
3、的作物產(chǎn)量也不相同。(2)光照:是光和作用的能量來源,形成葉綠素的必要條件;影響光和作用的重要因素。光強光合曲線中有光補償點、光飽和點。植物光合作用達到最大值時的光照強度,稱為該種植物的光飽和點。光合作用和呼吸作用相等時的光照強度稱為光補償點。一般來說,光補償點高的植物其光飽和點也高:草本木本植物;C4C3植物;陽生陰生植物。即隨著有效光強的不斷增加,光合速率也不斷增加,當(dāng)有效光強達到光飽和點時,光合速率不再增加(3)CO2:是光合作用
4、的主要原料,CO2濃度增加,作物的光合速率提高,但是到達飽和點,光合數(shù)量從降低。C4植物的CO2補償點和飽和點均低于C3植物。增加CO2濃度可提高植物的光合能力,尤其對C3植物效果明顯。CO2濃度增加,氣孔導(dǎo)度下降,蒸騰速率降低,植物的水分利用效率提高。(4)溫度:作物有三基點溫度:最低溫度,最高溫度,最適溫度。低溫導(dǎo)致葉綠體結(jié)構(gòu)破壞和酶的鈍化,影響光合作用;高溫下光呼吸和暗呼吸加強,凈光合速率下降。溫度不僅影響作物的光合速率,還影響生
5、育期長度,當(dāng)溫度升高時,作物的生育期反而降低。二作物產(chǎn)量的限制因素:水、養(yǎng)分。對作物生長的影響符合Liebig的最大限制因素法則,即作物產(chǎn)量決定于水肥等生長要素虧缺最重的一個。(1)水分是光合作用的主要原料之一和植物體的主要成分(7090%)。缺水使:?氣孔導(dǎo)度下降,導(dǎo)致進入葉肉內(nèi)的CO2減少,光合速率降低?光合產(chǎn)物輸出變慢→在葉片中積累→光合作用產(chǎn)生反饋抑制1)CVF=碳水化合物轉(zhuǎn)化為干物質(zhì)系數(shù)(kgDMkg1CH2O),與作物類型即
6、淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪含量有關(guān),其中谷類作物CVF=0.7,豆類CVF=0.65,所以豆類轉(zhuǎn)化成干物質(zhì)量(CVF)低于谷類作物,因此C3作物的凈光合效率(生長率)比C作物低。2)并且在,式子中,谷類作物的MC=0.015,豆類=0.025,豆類維持正常呼吸消耗量比較大,即C3作物的維持系數(shù)(MC)比C4大;并且C3作物的Tref=20℃,C4作物的Tref=25℃,因此C3作物的溫度校正系數(shù)(TC)比C4的大,綜上C3作物的維持呼吸(Rn)
7、比C4作物的高。那么C3作物的凈光合效率(生長率)比C作物低。3)適宜溫度條件下,C3和C4作物在生長發(fā)育期的最大E值分別為70和90kgCO2ha1(MJm2),C3作物的E值比C4小,因此C3作物的CO2同化量(Ag)比C4作物的低,因此C3作物的凈光合效率(生長率)比C作物低。5.提高大氣中提高大氣中CO2的濃度可提高作物的光合效率,簡要說明原因。的濃度可提高作物的光合效率,簡要說明原因。(1)CO2的流通速率P(光合速率)可表示
8、為:由公式可以看出,光合效率與CO2濃度成正比,當(dāng)CO2的濃度(Ca)增加時,因此作物光合速率也增加。(2)暗反應(yīng)階段需要CO2,CO2是植物體內(nèi)合成有機物的原料。增加CO2含量,增強暗反應(yīng),也就增強光反應(yīng)的原料來源。當(dāng)大氣中CO2大量增加時,氣孔只要微微張開,就可以吸收到足夠的CO2,當(dāng)CO2濃度比較大的時候,在空氣中擴散阻力小,進入細胞內(nèi)的阻力也比較小,因此能提高作物的光合效率。(3)實際上,大氣中的CO2濃度小,現(xiàn)在大氣中CO2的
9、濃度約為350ppm,農(nóng)作物光合作用CO2的最適濃度一般約為1000ppm,因此提高大氣中的CO2濃度,有利于提高作物的光合效率。(4)空氣中的二氧化碳含量一般占體積的0.033%(即0.65mg/L,0℃,101kPa),對植物的光合作用來說是比較低的。如果二氧化碳濃度更低,光合速率急劇減慢。當(dāng)光合吸收的二氧化碳量等于呼吸放出的二氧化碳量,這個時候外界的二氧化碳數(shù)量就叫做二氧化碳補償點(CO2compensationpoint)。水稻
10、單葉的二氧化碳補償點是55mg/LCO2(25℃,光照>10klx),其變化范圍隨光照強度而異。光弱,光合降低比呼吸顯著,所以要求較高的二氧化碳水平;才能維持光合與呼吸相等,也即是二氧化碳補償點高。當(dāng)光強,光合顯著大于呼吸,二氧化碳補償點就低。作物高產(chǎn)栽培的密度大,肥水充足,植株繁茂,吸收更多二氧化碳,特別在中午前后,二氧化碳就成為增產(chǎn)的限制因子之一。植物對二氧化碳的利用與光照強度有關(guān),在弱光情況下,只能利用較低的二氧化碳濃度,光合慢,
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