基于三维冠层模型的玉米光合作用和光能利用模拟

来源：农业工程学报杂志2019年第20期北京时间：

作者：顾生浩,王勇健,温维亮,卢宪菊,于泽涛,郭新宇,

摘要：光线分布和叶片光合特征在冠层内部具有极强的时空异质性，基于三维冠层模型的玉米光合模型是精确评估品种高光效的重要手段。该研究将作物三维冠层模型、光线分布模型、光合模型与光能利用模型相耦合，建立了玉米冠层光合生产模型3DMaizeCaP，设置3个不同株型的玉米品种（矮单268、京科968和郑单958），2种不同光照条件（晴天和阴天），通过大田试验与模型模拟研究揭示了玉米冠层光合速率和光能利用效率对品种和环境的响应。结果表明，矮单268、京科968和郑单958的叶片最大光合速率和暗呼吸速率均随节位下降呈线性降低的垂直分布规律，各品种中矮单268的最大光合速率最大，而暗呼吸速率最小；冠层净光合速率日变化趋势明显，矮单268在阴天和晴天下的冠层最大净光合速率（以CO2计）为21.6和26.2 μmol/(m2·s)，均显著（P0.05）高于京科968（20.8和24.9 μmol/(m2·s)）和郑单958（19.6和24.4 μmol/(m2·s)）；矮单268的日CO2净同化量在阴天和晴天下均显著（P0.05）高于郑单958，增幅分别高达14.8%和12.4%，各品种间株型虽有显著差异（P0.05），但冠层日累积光截获并无显著差异（P>0.05）；单叶尺度上，各叶片中第16节位的单叶日净同化量达到最大；矮单268的光能利用效率最大，在阴天和晴天下分别为3.22和3.03 g/MJ，比京科968分别高4.5%和5.6%，比郑单958分别高7.7%和7.8%；初始光量子效率对玉米冠层光能利用效率的敏感性显著高于最大光合速率（P0.05）。从提高玉米冠层光能利用效率考虑，建议设计株型紧凑、叶片光合性能强的玉米品种。研究可为定量研究玉米冠层光合速率提供估算方法，也可为高光效品种选育提供评价依据和鉴定技术。

关键词：光合作用, 作物, 模型, 冠层光分布, 三维点云, 植物功能结构模型, 光响应曲线, 光能利用效率