包含光抑制过程的农业系统模式的建立与验证

在国家气象局固城农业气象试验基地进行冬小麦田间生理生态观测和干物质积累动态观测试验；在近期国内外对光合作用过程中的气孔导度、光合、蒸腾、光抑制、能量平衡等子过程研究的基础上，对描述上述过程的方程进行联立求解，得到能反应光抑制过程的叶片光合模式，用Gaussian三点积分法将叶片尺度光合模式升尺度到冠层尺度，在此基础上建立包含光抑制功能的农业系统模型，并用试验数据进行验证，评价模拟结果。本研究的意义是在国际农业系统模型领域首次建立能反应光抑制过程的农业系统模型，提高模型模拟作物对气候变化响应的能力，以期促进农业系统模型对不同气候变化背景下作物产量的模拟和预测的基础研究，在理论上可促进模型机理的发展和提高，在应用上可为气候变化背景下作物产量响应的研究提供更加有力的工具，为区域社会经济的可持续发展提供科学依据。

光抑制是指光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能下降的植物生理现象。光抑制现象在许多作物中都存在，但这个过程在作物模型中尚未得到有效的模拟。在对近期国内外对光合作用过程中的气孔导度、光合、蒸腾、光抑制、能量平衡等子过程进行疏理和剖析的基础上，本研究对描述上述子过程的方程进行联立求解，建立了能反应光抑制过程的叶片光合模式，用Gaussian 三点积分法将叶片尺度光合模式升尺度到冠层尺度，在此基础上结合干物质分配模块、作物各器官的生长与衰老死亡模块以及地下水位动态模拟模块等，建立包含光抑制功能的作物生长模型，并用冬小麦田间生理生态观测和干物质积累动态观测试验进行验证，评价模拟结果。结果表明：(1)冬小麦光响应曲线中表现出了明显的光抑制现象，通常发生于晴朗无云的正午，其最大光合效率出现在光合有效辐射为1500μmol-1 m-2左右；(2)包含光抑制过程的联立方程高效地得到求解，求解后的模型能正确反应正午光强过高时冬小麦的光抑制过程；(3)建立的包含光抑制过程的作物生长模型适用于单点研究，但区域应用时，光抑制过程中的迭代求解仍极大地影响了程序的执行效率。此外，对引入光抑制过程的模拟增加了模型的参数输入，新引入参数的取值需要试验确定，现有参数的取值由于光合计算过程也发生了变化，因而也需要重新率定。在下一步的研究中，需要进一步开展以下工作：一是对模型开展优化工作，缩短运行时间，提高运算效率；二是研究叶温对环境因子的响应，提高模拟精度。