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)結構直接影響著冠層內(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，作物的冠層結構是作物干物質(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構參數(shù)及其與光輻射傳輸、分布及光能利用效率之間的關系，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)結構指標和不同光質(zhì)光輻射的時空分布特征，結合高光譜技術構建冠層結構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），結合高光譜技術構建了葉面積指數(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)期和開花期達到最小值，截獲率在開花期達到最大值。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，結合作物冠層結構模型和高光譜反演技術，構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，結果表明模型的模擬值與測試值之間具有較好的預測性，對冠層光輻射透射率預測的平均RRMSE值為28.54％，對冠層光輻射截獲率預測的平均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建立了水稻冠層光能利用效率模型。結果表明，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