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叶片尺度水汽压差的量化方法及其影响因素

应用基础与工程科学学报 2022年第4期30卷 819-833页

作者：聂冲陈星安黄跃飞张硕中国环境科学研究院北京100012 国家长江生态环境保护修复联合研究中心北京100012 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海省黄河上游生态保护与高质量发展重点实验室青海西宁810000

采用FLUXNET2015数据集的104个通量站(半)小时尺度的观测数据,基于物理机理过程量化了生长季叶片尺度水汽压差(VPD),分析了生长季VPD与空气水汽压差(VPD)之间的差异(VPD-VPD),及其与植被类型、干旱指数和植被冠层结构之间的相关关系.然... 详细信息

采用FLUXNET2015数据集的104个通量站(半)小时尺度的观测数据,基于物理机理过程量化了生长季叶片尺度水汽压差(VPD),分析了生长季VPD与空气水汽压差(VPD)之间的差异(VPD-VPD),及其与植被类型、干旱指数和植被冠层结构之间的相关关系.然后基于气孔导度模型及植被内在用水效率系数(G),分析了VPD替代VPD的必要性.结果显示,生长季VPD显著高于VPD,植被叶片温度的升高造成的饱和水汽压的升高是VPD高于VPD的主要原因.叶面积指数较高、冠层高度较高的森林植被的VPD-VPD较小,干旱地区生态系统的VPD-VPD较大.相比于VPD,VPD能显著提升气孔导度模型性能,VPD与生态系统导度(G)的相关性更强,水汽条件对G的影响较大,由VPD估算的G会造成12.83%的低估.VPD能够更好地反映植被直接感受的外部水汽环境.

关键词：水汽压差生态系统导度水分利用效率导度模型

水汽压差与钾素互作对高温下番茄营养吸收与光合特性的影响

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干旱地区农业研究 2020年第6期38卷 30-38页

作者：张嘉宇焦晓聪宋小明丁崌平柏萍李建明西北农林科技大学园艺学院陕西杨凌712100

空气水汽压差(VPD)是植物水分运输的主要驱动力,影响作物对营养的吸收。探究不同VPD与钾素对高温下作物营养元素的吸收与光合特性的影响对夏季番茄合理施肥与环境管理具有重要意义。试验以‘金棚14-6’番茄为试材,采用盆栽方式,设置2个... 详细信息

空气水汽压差(VPD)是植物水分运输的主要驱动力,影响作物对营养的吸收。探究不同VPD与钾素对高温下作物营养元素的吸收与光合特性的影响对夏季番茄合理施肥与环境管理具有重要意义。试验以‘金棚14-6’番茄为试材,采用盆栽方式,设置2个VPD水平(高VPD、低VPD)与3个钾素水平(2、4、8 mmol·L^-1)共6个处理,分析了VPD与钾素互作对高温下番茄幼苗氮磷钾吸收、气体交换参数、光合和CO2响应等的影响。结果表明:与高VPD相比,降低VPD会对番茄植株各器官的氮、磷、钾含量产生稀释效应,但随着钾素水平的提高,氮、磷、钾的积累量均会显著增加,各元素积累量分别增加了99.6%、98.1%和44.7%(氮),57.4%、50.4%和51.6%(磷),145.9%、71.5%和30.6%(钾)。在低VPD下,中钾水平更有利于干物质和氮、磷、钾元素的积累,其叶片的氮素积累量和叶片水势显著高于其他5个处理;且低VPD下的植株具有较大的光照、CO2浓度适应区间和高光合及相关参数,包括光合速率Pn、气孔导度Gs、光饱和点LSP、表观量子效率AQY、暗呼吸速率Rd和初始羧化效率CE等,且均在中钾水平时取得最大值;同时蒸腾速率Tr、光补偿点LCP与光呼吸速率Rp等均显著降低。综上可知,高VPD下高钾水平和低VPD下中钾水平提高了番茄的光合性能、氮磷钾元素吸收量和干物质积累量,可作为夏季高温施肥与环境管理指标。

关键词：番茄水汽压差钾素水平营养吸收光合响应 CO2响应

水汽压差（VPD）与钾素对不同温度下番前营养吸收与光合生理的影响

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水汽压差（VPD）与钾素对不同温度下番前营养吸收与光合生理的影响

作者：张嘉宇西北农林科技大学

学位级别：硕士

水汽压差(VPD)是指在一定的温度下饱和水汽压与实际水汽压的差值,是空气水势的反映,对作物水分蒸腾蒸发有显著影响。钾素是植物生长发育中需求量最多的的大量元素,参与了植物体内众多的生理生化过程。本试验以番茄品种‘金棚14-6’为材... 详细信息

水汽压差(VPD)是指在一定的温度下饱和水汽压与实际水汽压的差值,是空气水势的反映,对作物水分蒸腾蒸发有显著影响。钾素是植物生长发育中需求量最多的的大量元素,参与了植物体内众多的生理生化过程。本试验以番茄品种‘金棚14-6’为材料,在温室和人工气候室内进行,设置了高低两个VPD水平和三个钾素水平(2、4、8 mmol·L)处理,观察分析了高温和低温下VPD与钾素对番茄营养吸收、干物质分配、气体交换参数、光合响应、叶绿素荧光及气孔导度等参数的影响,旨在探索番茄在不同VPD下的营养吸收机制及光合生理,以期为温室番茄栽培的营养管理与平衡施肥提供理论依据。主要结果如下:在夏季温室试验中,与高VPD相比,低VPD显著增加了植株的总根长,平均根直径,总根体积,总根表面积,根尖数和根叉数;其中根叉数的增幅最大,在2、4、8 mmol/L的钾素水平下分别增加了105.8、172.6和37.7%;同时,降低VPD显著增加了直径0-0.5mm的细根占比,在中钾水平下,细根根长占总根长的比值最高,达78.4%。低VPD显著降低了叶片的钾含量,但伴随着根系形态的增加及干物质的快速积累,一定程度上补偿了低VPD下由蒸腾驱动的质量流减少对钾素吸收的影响,其钾素积累量显著高于高VPD。VPD×K对净光合速率(A)、叶片相对含水量(RWC)和叶水势(ψ)均表现出显著的的交互作用;且低VPD下各钾素水平的净光合速率,气孔导度和胞间CO浓度均显著高于高VPD,RWC和ψ也表现出类似的趋势。低VPD提高了叶片的干物质分配率,同时降低了茎部的干物质分配率,相反,低VPD促进了钾素在茎和根中的分配,而减少了在叶片中的分配。在人工气候室高温试验中,在高VPD下,干物质和氮磷钾的积累量会随着钾素水平的提高而逐渐增加;在低VPD下,中钾水平更有利于干物质和氮磷钾元素的积累,其叶片的氮素积累量和叶片水势显著高于其他5个处理。与高VPD相比,降低VPD对番茄植株各器官的氮磷钾含量产生稀释效果,但氮磷钾的积累量显著增加,且低VPD下的植株具有较大的光照、CO浓度适应区间和高光合及相关参数,包括光合速率A、气孔导度gs、光饱和点LSP、表观量子效率AQY、暗呼吸速率R和初始羧化效率CE等,且均在中钾水平时取得最大值;同时蒸腾速率E、光补偿点LCP与光呼吸速率Rp等均显著降低。总体认为,高VPD下高钾水平和低VPD下中钾水平提高了番茄的光合性能、氮磷钾元素吸收量和干物质积累量,可作为夏季高温施肥与环境管理指标。在人工气候室低温试验中,低VPD增加了植株的气孔导度(gs)和叶肉导度(gm),前者主要与气孔密度和气孔大小的显著增加有关,而后者则与VPD和钾素改善了叶肉解剖结构,减少了CO的扩散阻力有关;增加的gs和gm有利于CO的扩散,提高了胞间与叶绿体CO浓度,增强了植株的光合作用。低VPD显著增加了叶片的钾含量,而对根、茎的钾含量无显著影响;与高温试验结果类似,降低VPD也显著增加了各器官的钾素积累量。低VPD下增施钾素也提高了植株的光合性能,这主要与增加的光能利用与降低的热耗散有关,具体表现为光合色素、叶绿素荧光参数(F/F、F’/F’、Φ、ETR和q P)以及相关抗氧化酶(SOD与CAT)活性的增加,Car/Chl比值、活性氧(HO与O)含量以及NPQ的降低。总之,在低温环境下,降低VPD并增施钾素可以缓解气孔限制,改善植株光合性能,减轻番茄的低温胁迫。

关键词：水汽压差钾素营养吸收光合生理气体交换

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植物夜间蒸腾及其生态水文效应研究进展

水科学进展 2014年第6期25卷 907-914页

作者：司建华冯起鱼腾飞赵春彦中国科学院寒区旱区环境与工程研究所阿拉善荒漠生态水文试验站甘肃兰州730000 甘肃省水文水资源工程研究中心甘肃兰州730000

传统理论认为植物在夜间由于气孔关闭而不会发生蒸腾现象，但是，越来越多的证据显示一些植物在夜间会开启气孔并且有蒸腾失水。夜间蒸腾通常为13间的5％～15％，在干旱和半干旱地区生态系统的夜间蒸腾能够占到日间蒸腾的30％以上。夜... 详细信息

传统理论认为植物在夜间由于气孔关闭而不会发生蒸腾现象，但是，越来越多的证据显示一些植物在夜间会开启气孔并且有蒸腾失水。夜间蒸腾通常为13间的5％～15％，在干旱和半干旱地区生态系统的夜间蒸腾能够占到日间蒸腾的30％以上。夜间蒸腾的控制具有相当的复杂性，涉及了不同层次的控制变量。除与植物固有的基因因素有关外，夜间蒸腾还受非生物因子的影响，如水汽压差、风速、土壤水分、大气CO2浓度和根区土壤温度等因素的影响，研究表明水汽压差是夜间蒸腾最重要的环境驱动因子。夜间蒸腾水分损失具有重要的生态水文意义，该过程可降低植物叶片水势，导致黎明前叶片水势和土壤水势不平衡，抑制水力再分配，影响生态水分平衡，增强植物的养分供应，影响植物生产力和生长状况。

关键词：夜间蒸腾气孔导度水汽压差驱动力生态水文效应

太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地潜热通量的影响研究

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高原气象 2018年第3期37卷 614-625页

作者：谢琰文军刘蓉王欣贾东于中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225

利用2014年6月1日至8月31日中国科学院麻多黄河源气候与环境综合观测站(下称麻多站)陆面过程观测试验资料,将大气和地表因素之和作为环境因子探讨其对潜热通量的影响,分析了太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地下垫面潜热通量的影响,... 详细信息

利用2014年6月1日至8月31日中国科学院麻多黄河源气候与环境综合观测站(下称麻多站)陆面过程观测试验资料,将大气和地表因素之和作为环境因子探讨其对潜热通量的影响,分析了太阳辐射和水汽压差对黄河源区高寒湿地下垫面潜热通量的影响,并对其进行了定量化评估(即控制参量)。结果表明:(1)太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对大气因素控制平均为0.98和0.02,即太阳辐射是影响潜热通量的相对大气因素控制的主要因子,水汽压差的影响可忽略。(2)太阳辐射和水汽压差对潜热通量的相对地表因素控制平均为0.12和-0.31,前者早晚大,中午小,后者绝对值早晚小,中午大。(3)太阳辐射对潜热通量的绝对总控制平均为0.22,相对总控制平均为1.10。水汽压差的绝对总控制平均为-0.06 W·m^(-2)·Pa^(-1),相对总控制平均为-0.29。(4)太阳辐射主要是通过直接作用(大气因素)影响潜热通量;而水汽压差则主要通过改变湿地地表阻抗的间接作用(地表因素)影响潜热通量。(5)高寒湿地下垫面地-气退耦因子(Ω)平均为0.38,表明高寒湿地与大气间的耦合程度较差,实际情况亦是如此,太阳辐射是影响高寒湿地下垫面潜热通量的主要因子。本研究为气候变化背景下的潜热通量参数化及其蒸散发研究开辟一条新的研究思路。

关键词：高寒湿地黄河源区潜热通量太阳辐射水汽压差

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灰胡杨蒸腾速率对气孔导度和水汽压差的响应

干旱区资源与环境 2016年第8期30卷 193-197页

作者：韩路王海珍徐雅丽牛建龙塔里木大学植物科学学院兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室阿拉尔843300

以塔里木盆地珍稀渐危种灰胡杨(Populus pruinosa Schrenk)为材料,研究其蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、水汽压差(VPD)日变化及互动关系,以期揭示灰胡杨适应干旱荒漠环境的蒸腾耗水调控机理。结果表明,生长季灰胡杨Tr、Gs和VPD日变化均... 详细信息

以塔里木盆地珍稀渐危种灰胡杨(Populus pruinosa Schrenk)为材料,研究其蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、水汽压差(VPD)日变化及互动关系,以期揭示灰胡杨适应干旱荒漠环境的蒸腾耗水调控机理。结果表明,生长季灰胡杨Tr、Gs和VPD日变化均呈单峰曲线,总体随时间进程呈下降趋势;Tr、VPD峰值均滞后于Gs,这是上午时段Tr对VPD的响应阈值明显高于Gs对VPD的响应阈值所致。灰胡杨Tr与Gs、VPD及上午Gs与VPD均呈二次曲线关系,VPD对Tr、Gs均具双重作用,形成机制在于低VPD下Gs随VPD上升而增大,促进Tr升高;高VPD下Gs逐渐下降,引起Tr降低。数理统计分析表明,Gs是调控灰胡杨Tr的主导因素,而VPD通过Gs间接影响Tr。不同时段Tr的气孔调节机制不同,上午气孔调节为前馈式反应,下午为反馈式反应。综上所述,荒漠区灰胡杨Tr对Gs的响应敏感度高于对VPD,气孔调节是维持水分平衡的重要机制;VPD协同Gs来控制灰胡杨Tr,高VPD下引起叶片气孔关闭以降低蒸腾,维持树体水分平衡达到在干旱荒漠环境下生存的目的。

关键词：灰胡杨蒸腾速率水汽压差响应阈值气孔调节机制

干旱区水上光伏发电单元体防蒸发节水效率研究

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水利科技与经济 2022年第7期28卷 55-59页

作者：石兴鹏新疆水利水电勘测设计研究院乌鲁木齐830000

干旱区太阳能资源丰富、降雨量少、蒸发强烈、水资源匮乏,为进一步缓解干旱区水资源匮乏的现状,本次试验利用太阳能电池板遮挡蒸发器水面,探究非冰冻期内太阳能电池板遮挡下水面温度、水汽压差的变化规律,并对太阳能电池板遮挡下水面蒸... 详细信息

干旱区太阳能资源丰富、降雨量少、蒸发强烈、水资源匮乏,为进一步缓解干旱区水资源匮乏的现状,本次试验利用太阳能电池板遮挡蒸发器水面,探究非冰冻期内太阳能电池板遮挡下水面温度、水汽压差的变化规律,并对太阳能电池板遮挡下水面蒸发率进行分析。研究表明,在非冰冻期内太阳能电池板遮挡下水体表面温度比未遮挡组平均降低2.5℃,水汽压差小0.54 kPa,一整年内太阳能电池板遮挡下的蒸发抑制率12.13%~40.17%,年节水效率为29.37%。利用太阳能电池板遮挡太阳辐射,既能利用丰富的光资源,又可以减少水面蒸发,节约水资源。

关键词：干旱区太阳能电池板水温水汽压差蒸发抑制率

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太阳能除湿系统中混合盐溶液的性能

农业工程学报 2009年第10期25卷 236-240页

作者：丁涛黄之栋王平智赵伟金李保明中国农业大学水利土木工程学院北京100083 农业部设施农业工程重点开放实验室北京100083 浙江天喜实业集团公司丽水321400

溶液除湿和太阳能再生技术,是解决高温高湿地区蒸发降温技术难题的关键。该文利用建立的太阳能再生溶液除湿实验台,实验测量研究了氯化钙(CaCl2)和氯化锂(LiCl)混合盐溶液(物质的量比1∶1)的密度与不同质量分数之间的关系;研究了进口空... 详细信息

溶液除湿和太阳能再生技术,是解决高温高湿地区蒸发降温技术难题的关键。该文利用建立的太阳能再生溶液除湿实验台,实验测量研究了氯化钙(CaCl2)和氯化锂(LiCl)混合盐溶液(物质的量比1∶1)的密度与不同质量分数之间的关系;研究了进口空气的温度、湿度、流量,盐溶液的流量,溶液的质量分数、水汽压差等参数与除湿量之间的关系。结果表明:混合溶液的密度与其中的某一组分的溶液(CaCl2)密度非常近似,两者有很好的线性关系;影响除湿量的关键因素是传热传质过程中混合盐溶液和空气的水汽压差的大小。根据Ertas的实验研究,论文得到了氯化钙(CaCl2)和氯化锂(LiCl)混合溶液质量分数为20%～40%的溶液水汽压的计算公式,以及水汽压差和除湿量之间的关系式。该研究为禽畜舍、温室等设施除湿技术提供了新的研究思路。

关键词：太阳能降温密度再生除湿混合盐溶液水汽压差

胡杨(Populus euphratica)蒸腾耗水对水汽压差的响应

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中国沙漠 2013年第5期33卷 1377-1384页

作者：李炜司建华冯起鱼腾飞中国科学院寒区旱区环境与工程研究所内陆河流域生态水文重点实验室/阿拉善荒漠生态水文试验研究站甘肃兰州730000

利用热耗散技术(TDP)对荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)林生长季树干液流速率进行连续测定,分析了胡杨时步长蒸腾耗水(E)对水汽压差(VPD)的响应关系。结果表明:(1)不同天气条件对E的日过程有影响,晴天下E的主峰值突显,主峰时刻滞后于V... 详细信息

利用热耗散技术(TDP)对荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)林生长季树干液流速率进行连续测定,分析了胡杨时步长蒸腾耗水(E)对水汽压差(VPD)的响应关系。结果表明:(1)不同天气条件对E的日过程有影响,晴天下E的主峰值突显,主峰时刻滞后于VPD,而阴天E与VPD的同步性较好。(2)晴天VPD对E存在制约作用,高耗水期的生长季(5—7月),随月均VPD的升高,阈值点依次后移(2.13kPa3.82kPa)液流峰值频率分布更为集中,说明气孔调节与周围水汽压亏缺的敏感性较强。E与VPD间的量化结果对明晰荒漠河岸胡杨林耗水机理有一定的理论意义。

关键词：蒸腾水汽压差热耗散技术冠层阻力胡杨