生態(tài)系統(tǒng)模型_思考題答案

1、作物生長(zhǎng)模擬（一）作物生長(zhǎng)模擬（一）1.舉例說(shuō)明什么是狀態(tài)、速率和驅(qū)動(dòng)變量。舉例說(shuō)明什么是狀態(tài)、速率和驅(qū)動(dòng)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(dòng)變量或驅(qū)動(dòng)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(yáng)輻射、氣溫、降水.速率變量（Ratevariable）：特定時(shí)刻單位時(shí)間內(nèi)狀態(tài)變量的變化量。例如人口增長(zhǎng)速率:State(tΔt)=State(t

2、)Rate(t)Δt用Rate(t)=State(t)（t時(shí)間時(shí)人口數(shù)）constant（人口增長(zhǎng)率）2.簡(jiǎn)要說(shuō)明各產(chǎn)量水平的主要影響因子。簡(jiǎn)要說(shuō)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(zhǎng)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?zhǔn)荂3作物，玉米是C4作物，玉米比小麥的最大單葉光合能力要強(qiáng)；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(lái)源，形成葉綠素的必要條件；影響光和作用的重要因素。光強(qiáng)光合曲線中有光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)。植物光合作用達(dá)到最大值時(shí)的光照強(qiáng)度，稱為該種植物的光飽和點(diǎn)。光合作用和呼吸作用相等時(shí)的光照強(qiáng)度稱為光補(bǔ)償點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，光補(bǔ)償點(diǎn)高的植物其光飽和點(diǎn)也高：草本木本植物；C4C3植物；陽(yáng)生陰生植物。即隨著有效光強(qiáng)的不斷增加，光合速率也不斷增加，當(dāng)有效光強(qiáng)達(dá)到光飽和點(diǎn)時(shí)，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(dá)飽和點(diǎn)，光合數(shù)量從降低。C4植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)和飽和點(diǎn)均低于C3植物。增加CO2濃度可提高植物的光合能力，尤其對(duì)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(diǎn)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(qiáng)，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(zhǎng)度，當(dāng)溫度升高時(shí)，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(duì)作物生長(zhǎng)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(zhǎng)要素虧缺最重的一個(gè)。（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(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)率）比C作物低。3）適宜溫度條件下，C3和C4作物在生長(zhǎng)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(zhǎng)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(jiǎn)要說(shuō)明原因。的濃度可提高作物的光合效率，簡(jiǎn)要說(shuō)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(shí)，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(jī)物的原料。增加CO2含量，增強(qiáng)暗反應(yīng)，也就增強(qiáng)光反應(yīng)的原料來(lái)源。當(dāng)大氣中CO2大量增加時(shí)，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(shí)候，在空氣中擴(kuò)散阻力小，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的阻力也比較小，因此能提高作物的光合效率。（3）實(shí)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(duì)植物的光合作用來(lái)說(shuō)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(gè)時(shí)候外界的二氧化碳數(shù)量就叫做二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)(CO2compensationpoint)。水稻

10、單葉的二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)是55mg／LCO2(25℃，光照＞10klx)，其變化范圍隨光照強(qiáng)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(bǔ)償點(diǎn)高。當(dāng)光強(qiáng)，光合顯著大于呼吸，二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)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(duì)二氧化碳的利用與光照強(qiáng)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，