基于輻射傳輸過程的水稻冠層光能利用效率模擬研究.pdf

1、作物的冠層形態(tài)結(jié)構(gòu)直接影響著冠層內(nèi)的光輻射傳輸過程，影響作物冠層內(nèi)部光輻射的分布，進而影響光合生產(chǎn)和干物質(zhì)生產(chǎn)的能力，作物的冠層結(jié)構(gòu)是作物干物質(zhì)積累和經(jīng)濟產(chǎn)量的重要影響因素。因此定量分析和模擬作物的冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)及其與光輻射傳輸、分布及光能利用效率之間的關(guān)系，對提高冠層光輻射分布模型精度及提高光能利用效率等提供技術(shù)支撐。本研究以2個不同株型的水稻（Oryza sativaL.）品種為材料，實施不同施氮量和不同移栽密度處理的2年田間試驗。闡

2、明了水稻主要形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)和不同光質(zhì)光輻射的時空分布特征，結(jié)合高光譜技術(shù)構(gòu)建冠層結(jié)構(gòu)模型和冠層光輻射垂直分布模型，并模擬了光輻射積累量和光合生產(chǎn)的定量關(guān)系，為水稻高產(chǎn)栽培和光合生產(chǎn)的精確定量模擬提供理論依據(jù)。
　　移栽密度和施氮量對水稻葉面積指數(shù)的大小和分布有顯著影響，一定程度上增加施氮量和移栽密度可以提高冠層的總?cè)~面積，冠層中部葉面積指數(shù)大于上部，底層最小;水稻冠層向下積累的葉面積指數(shù)的垂直分布符合Logistic方程（R2大于0

3、.99），結(jié)合高光譜技術(shù)構(gòu)建了葉面積指數(shù)垂直分布動態(tài)模型，葉面積指數(shù)模擬值和觀測值之間的平均RRMSE為17.25％，模擬效果較好。不同波段光譜在水稻冠層內(nèi)的反射率、透射率和截獲率隨著生育期的推進呈單峰（谷）變化，反射率和透射率分別在拔節(jié)期和開花期達(dá)到最小值，截獲率在開花期達(dá)到最大值。適量提高施氮量和移栽密度可以提高水稻冠層的反射率和截獲率，降低冠層透射率，提高光能利用效率。不同波段光輻射傳輸特征有顯著差異，但其變化趨勢相似，綠光與藍(lán)紫

4、光差異最大，紅光與PAR大小相近。透射率和截獲率與向下積累LAI存在極顯著的相關(guān)性，可以用指數(shù)模型T=α×e-K×LAI來描述，擬合的決定系數(shù)R2均大于0.92。隨著生育期的推進，水稻冠層平均消光系數(shù)逐漸增加，不同高度層的消光系數(shù)差異顯著，冠層垂直向下，消光系數(shù)逐漸減小。不同波段光輻射的消光系數(shù)也存在明顯的差異，大小次序均表現(xiàn)為紫光＞藍(lán)光＞PAR＞紅光＞綠光，在生育前期和后期的差異更大。
　　以Monsi和Saeki的指數(shù)模型為基

5、礎(chǔ)，結(jié)合作物冠層結(jié)構(gòu)模型和高光譜反演技術(shù)，構(gòu)建了水稻群體不同冠層高度的光輻射垂直分布動態(tài)模型，結(jié)果表明模型的模擬值與測試值之間具有較好的預(yù)測性，對冠層光輻射透射率預(yù)測的平均RRMSE值為28.54％，對冠層光輻射截獲率預(yù)測的平均RRMSE值為11.30％。對不同光質(zhì)輻射分布的分析可得，紫光、藍(lán)光、綠光、紅光的透射率與PAR的透射率的比值分別為0.9258、0.9542、1.0315、1.0195，決定系數(shù)R2均高于0.99。
　　

6、分析了地上干物質(zhì)積累量和冠層截獲的光合有效輻射積累量隨生育期的變化，基于輻射傳輸過程的光分布模型和高光譜遙感反演技術(shù)建立了水稻冠層光能利用效率模型。結(jié)果表明，冠層地上干物質(zhì)積累量和截獲光合有效輻射積累量變化趨勢相似，在移栽前期增長較慢，到了拔節(jié)期開始快速增長，到了生育后期增速減慢。高氮高密度處理的冠層地上干物質(zhì)積累量和截獲光能最大，其次是低氮高密度、高氮低密度，最小的是低氮低密度。2個品種不同移栽密度和施氮處理的平均光能利用效率有明顯的