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时间:2017-11-11
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1、作物生长模拟(一)1.举例说明什么是状态、速率和驱动变量。状态变量(Statevariable):指系统的总量,如生物量、土壤中总含水量等驱动变量或驱动方程(Drivingvariable):系统外部因子或描述系统外部因子影响的方程,如太阳辐射、气温、降水.速率变量(Ratevariable):特定时刻单位时间内状态变量的变化量。例如人口增长速率:State(t+Δt)=State(t)+Rate(t)·Δt,用Rate(t)=State(t)(t时间时人口数)*constant(人口增长率)2.简要说明各产量水平的
2、主要影响因子。一.作物产量的决定因素:作物性状、光、CO2、温度(1)作物生理性状:如CO2的同化能力、生育期长度、收获指数、叶面积指数,等等.以及作物类型,如C3和C4作物,像小麦是C3作物,玉米是C4作物,玉米比小麦的最大单叶光合能力要强;谷类作物、根茎作物、豆科作物、油料作物的作物产量也不相同。(2)光照:是光和作用的能量来源,形成叶绿素的必要条件;影响光和作用的重要因素。光强-光合曲线中有光补偿点、光饱和点。植物光合作用达到最大值时的光照强度,称为该种植物的光饱和点。光合作用和呼吸作用相等时的光照强度称为光补
3、偿点。一般来说,光补偿点高的植物其光饱和点也高:草本>木本植物;C4>C3植物;阳生>阴生植物。即随着有效光强的不断增加,光合速率也不断增加,当有效光强达到光饱和点时,光合速率不再增加(3)CO2:是光合作用的主要原料,CO2浓度增加,作物的光合速率提高,但是到达饱和点,光合数量从降低。C4植物的CO2补偿点和饱和点均低于C3植物。增加CO2浓度可提高植物的光合能力,尤其对C3植物效果明显。CO2浓度增加,气孔导度下降,蒸腾速率降低,植物的水分利用效率提高。(4)温度:作物有三基点温度:最低温度,最高温度,最适温度。
4、低温导致叶绿体结构破坏和酶的钝化,影响光合作用;高温下光呼吸和暗呼吸加强,净光合速率下降。温度不仅影响作物的光合速率,还影响生育期长度,当温度升高时,作物的生育期反而降低。二.作物产量的限制因素:水、养分。对作物生长的影响符合Liebig的最大限制因素法则,即作物产量决定于水肥等生长要素亏缺最重的一个。(1)水分是光合作用的主要原料之一和植物体的主要成分(70-90%)。缺水使:ü气孔导度下降,导致进入叶肉内的CO2减少,光合速率降低ü光合产物输出变慢→在叶片中积累→光合作用产生反馈抑制ü光合机构受损→光合速率下降ü
5、叶片死亡→光合面积减少湿度:在一般自然条件下,湿度对光合的影响并不明显。空气饱和水汽压差越大,大气蒸发力越强,引起叶片失水,气孔关闭,CO2供应不畅而导致光合速率下降。(2)养分:是植物细胞结构物质的组成成分。例如,氮:蛋白质的主要成分(16-18%);氮过多不利于同化物向子粒分配,缺氮则引起叶功能早衰。磷:促进光合作用和有机物的运输,促进蔗糖合成。钾:促进糖分转变成淀粉;有利于有机物运输.三.作物产量的减产因素:病虫害、杂草、污染物(1)病虫害:降低作物叶片的光合能力(2)杂草:与作物竞争光、热、水和养分(3)污染
6、物:重金属;SO2,氮氧化物(NO2,NO)等,进入叶肉组织,很容易被吸收,破坏叶绿体四.作物产量的减产因素:病虫害、杂草、污染物(1)病虫害:降低作物叶片的光合能力(2)杂草:与作物竞争光、热、水和养分(3)污染物:重金属;SO2,氮氧化物(NO2,NO)等,进入叶肉组织,很容易被吸收,破坏叶绿体3.简要说明影响作物生长的因素。1)潜在生长条件—潜在产量n水分、养分充分供应,无病虫害、杂草危害;n作物生长和产量仅决定于太阳辐射、温度和作物性状2)限制生长条件—可获得(限制)产量n除上述因子外,在作物生长季节至少部分
7、阶段出现缺水;或作物生长受到养分或同时水分短缺的影响;n在无灌溉、无病虫害和杂草危害,以及养分充分满足的条件下,作物可能实现的产量,称为雨养潜力。3)实际生长条件—实际产量n作物生长受到减产因子病虫害、杂草、污染等影响。4.一般来讲,C3作物的净光合效率(生长率)要低于C4作物,豆类作物要低于谷类作物,为什么?净光合作用=总光合作用-呼吸作用消耗。净光合率(dw/dt,kgDMha-1d-1):等于总同化量减去维持呼吸和生长呼吸消耗。净光合速率公式:1)CVF=碳水化合物转化为干物质系数(kgDMkg-1CH2O),
8、与作物类型即淀粉、蛋白质和脂肪含量有关,其中谷类作物CVF=0.7,豆类CVF=0.65,所以豆类转化成干物质量(CVF)低于谷类作物,因此C3作物的净光合效率(生长率)比C作物低。1)并且在,式子中,谷类作物的MC=0.015,豆类=0.025,豆类维持正常呼吸消耗量比较大,即C3作物的维持系数(MC)比C4大;并且C3作物的Tref=20℃
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