一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法及系统

摘要

本发明属于桑树培育技术领域，公开了一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法及系统，测定桑树冠层结构；通过冠层仪采集成龄桑树三维空间光合有效辐射数据，分析桑树冠层光强和光截获率的时空分布特征。本发明科学测定桑树冠层结构，并指导构建合理的桑树冠层结构，对在成龄桑园管理中，树体的动态生长与桑园的静态群体结构、枝叶空间分布等保持一个协调的关系，提高桑树冠层的光合有效辐射和光截获率，进而提高桑树产量；本发明测定科学测定桑树冠层结构并构建合理的冠层结构对提高桑树冠层的光合有效辐射和光截获率，提高桑树产量具有重要意义。

权利要求

1.一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，其特征在于，所述桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法包括：测定桑树冠层结构；

通过冠层仪采集成龄桑树三维空间光合有效辐射数据，分析桑树冠层光强和光截获率的时空分布特征。

2.如权利要求1所述的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，其特征在于，测定对象为栽植大于3年成龄桑树。

3.如权利要求1所述的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，其特征在于，冠层仪测定方法包括：在整个树冠内，垂直尺度由冠顶至冠下，水平尺度沿冠幅所占空间包括由东至西和由北至南两个方向；测点的选择遵循所在方向线上均匀分布的原则进行选取；选取方法包括：垂直尺度，沿冠高在冠顶、冠中2/3H、冠下各选一点；冠中和冠下测量时，水平尺度，分别将冠幅沿由东至西和由北至南直线方向5等份，每隔1/5冠幅取一点。

4.如权利要求1所述的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，其特征在于，测定内容包括：光合有效辐射PAR、冠层下部PAR与冠层上部PAR的比值T、零散光束辐射占直接来自太阳的辐射和来自所有环境的辐射比率Fb、单位土地面积上叶面积L。

5.如权利要求1所述的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，其特征在于，分析光截获率的时空分布特征数据处理包括：f(冠层光截获率)＝1-t，t＝T/S，其中S是植物冠层以上的PAR，T是植物冠层之下的PAR读数。

6.如权利要求1所述的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，其特征在于，分析桑树冠层光强的时空分布特征，包括：冠层上方的光照强度PAR、冠层下方的光照强度、消光系数、叶面积指数呈以下关系：Qi＝Qo·e-K·LAI；其中：Qi为冠层下的光照强度，Qo为冠层上的光照强度，K为消光系数，LAI为叶面积指数；K·LAI为消光度R，代表树冠对光照强度的吸收效果，其中，R＝ln(Qo/Qi)。

7.一种如权利要求1所述桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定系统。

说明书

一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于桑树培育技术领域，尤其涉及一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法及系统。

背景技术

[0002] 蚕桑业是我国具有传统优势的特色产业，也是外向型创汇产业。过去通过丝绸之路在全世界传播中华文明，繁荣中国经济。桑树作为蚕桑业的基础，在成龄桑园管理中，树体的动态生长与桑园的静态群体结构、枝叶空间分布等保持一个协调的关系是优质丰产的关键。因此，测定科学测定桑树冠层结构并构建合理的冠层结构对提高桑树冠层的光合有效辐射和光截获率，提高桑树产量具有重要意义。

[0003] 当前，在植物冠层结构与光能利用方面的研究，大都是在基于若干假设条件基础上的光结构模型进行。这些研究多是在较为均同的田间作物内进行，如棉花、小麦、大豆以及玉米等农作物冠层内的光合有效辐射的分布研究，在高大树木上主要对苹果、杉木、樟子松、杨树；落叶松和油松进行了研究，对桑树冠层内光合有效辐射的分布研究测定方法则几乎没有。

[0004] 桑树树冠内光照分布状况与树冠的形状、枝叶数量、枝叶密度和不同枝类的空间分布有着密切的关系，并直接影响花芽形成、开花、座果、果实发育及果实品质。光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation，PAR)是波段在400—760nm的，能够被绿色植物的叶绿体吸收并用于光合作用，实现物质积累的那部分太阳辐射。PAR是形成生物产量的基本能源，直接影响着植物的生长、发育、产量和产品质量，也是到达地表面的太阳辐射光谱中最重要的波段之一，所以作物冠层内PAR分布规律成为植物冠层内光分布研究中最活跃的内容。桑树冠层结构包括地上部枝条、树干、叶、果等要素的大小、形状、空间分布及方向等，其冠层结构又因栽培措施不同而表现出差异，它是动态变化的。完整合理描述其结构是研究桑树冠层结构的动态生长与冠层内光分布规律的变化及其光合特性，为桑树整形修剪冠层优化提供理论依据的重要手段。

[0005] 近年来，植物冠层内光的观测仪器及观测方法都有很多种。早期所用的观测仪表多为点状，如天空辐射表和LI-COR公司的LI-190SA点式光合有效辐射光量子测定仪。而这种点状PAR.观测仪器感光面积通常较小，测量值也仅仅代表一个点，并不能反映对应测量空间的平均值水平，因此在实际测量中，往往采取多安置儿个仪器，以及进行多次测量来弥补该缺陷的方法。为了使得仪器所测得的PAR值均一并且能具有代表性，又出现了能沿着一定方向进行测量的测量仪器，即线状光合有效辐射测定仪和管状光合有效辐射测定仪。但是由于导轨上只有一个传感器，获取的数据在同步性和时间连续性就会比较差。管状有效辐射测定仪则相当于线状光合有效辐射测定仪的改良版，管状光合有效辐射测定仪的仪面感光面土嵌有几十甚至上百个传感器，进行数据测量的时候取统一时刻不同传感器的平均值，在同步性上比线性光合有效辐射测定仪有了很大的提升。以上方法的测量结果多为一维或二维空间的点阵分布，而随着科学技术的发展，对于植物冠层内PAR的三维空间分布测定己成为当下研究的重要课题。

[0006] 综上所述，现有技术存在的问题是：大大增加了劳动量，测量结果多为一维或二维空间的点阵分布，无法利用现有仪器获得植物冠层内PAR三维空间分布测定，导致误差较大。

[0007] 现有技术不能完整合理描述桑树冠层结构的动态生长与冠层内光分布规律的变化及其光合特性，不能为桑树整形修剪冠层优化提供理论依据。

发明内容

[0008] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法及系统。

[0009] 本发明是这样实现的，一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，所述桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法包括：

[0010] 测定桑树冠层结构；

[0011] 通过冠层仪采集成龄桑树三维空间光合有效辐射数据，分析桑树冠层光强和光截获率的时空分布特征。

[0012] 进一步，测定对象为栽植3年以上成龄丰产桑树。

[0013] 进一步，冠层仪测定方法包括：

[0014] 在整个树冠内，垂直尺度由冠顶至冠下，水平尺度沿冠幅所占空间包括由东至西和由北至南两个方向；测点的选择遵循所在方向线上均匀分布的原则进行选取；选取方法包括：垂直尺度，沿冠高在冠顶、冠中2/3H、冠下各选一点；冠中和冠下测量时，水平尺度，分别将冠幅沿由东至西和由北至南直线方向5等份，每隔1/5冠幅取一点。

[0015] 进一步，测定内容包括：

[0016] 光合有效辐射PAR、冠层下部PAR与冠层上部PAR的比值T、零散光束辐射占直接来自太阳的辐射和来自所有环境的辐射比率Fb、单位土地面积上叶面积L。

[0017] 进一步，分析光截获率的时空分布特征数据处理包括：

[0018] f(冠层光截获率)＝1-t，t＝T/S，其中S是植物冠层以上的PAR，T是植物冠层之下的PAR读数。

[0019] 进一步，分析桑树冠层光强的时空分布特征，包括：冠层上方的光照强度PAR、冠层下方的光照强度、消光系数、叶面积指数呈以下关系：Qi＝Qo·e-K·LAI；其中：Qi为冠层下的光照强度，Qo为冠层上的光照强度，K为消光系数，LAI为叶面积指数；K·LAI为消光度R，代表树冠对光照强度的吸收效果，其中，R＝ln(Qo/Qi)。

[0020] 本发明的另一目的在于提供一种桑树冠层光合有效辐射分布规律测定系统。

[0021] 本发明的优点及积极效果为：

[0022] 本发明科学测定桑树冠层结构，并指导构建合理的桑树冠层结构，对在成龄桑园管理中，树体的动态生长与桑园的静态群体结构、枝叶空间分布等保持一个协调的关系，通过测定桑树冠层结构，进行合理剪伐，可提高桑树冠层的光合有效辐射和光截获率10％，进而提高了桑树产量。

[0023] 蚕桑业是我国具有传统优势的特色产业，也是外向型创汇产业。过去通过丝绸之路在全世界传播中华文明，繁荣中国经济。桑树作为蚕桑业的基础，在成龄桑园管理中，树体的动态生长与桑园的静态群体结构、枝叶空间分布等保持一个协调的关系是优质丰产的关键。因此，测定科学测定桑树冠层结构并构建合理的冠层结构对提高桑树冠层的光合有效辐射和光截获率，提高桑树产量具有重要意义。

附图说明

[0024] 图1是本发明实施例提供的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法流程图。

[0025] 图2是本发明实施例提供的采集的三维空间范围示意图。

具体实施方式

[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0027] 植物冠层结构是植物群体结构的重要组成部分，它对植物群体的物质生产及经济产量的形成有重要的影响，因此，植物冠层诸指标也成为评价作物群体结构优劣及探讨不同群体生产能力大小的重要依据。桑树起源于我国，不仅遍及全国各省、市、自治区，而且种质资源极为丰富，作为我国具有传统优势的特色产业蚕桑业的基础，在成龄桑园管理中，树体的动态生长与桑园的静态群体结构、枝叶空间分布等保持一个协调的关系是优质丰产的关键。因此，科学测定桑树冠层结构并构建合理的冠层结构对提高桑树冠层的光合有效辐射和光截获率，提高桑树产量具有重要意义。

[0028] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

[0029] 如图1所示，本发明实施例提供的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，包括：

[0030] S101：测定桑树冠层结构。

[0031] S102：通过冠层仪采集成龄桑树三维空间光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation，PAR)数据，分析各模式中桑树冠层光强和光截获率的时空分布特征。

[0032] 下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

[0033] 本发明实施例提供的桑树冠层光合有效辐射分布规律测定方法，包括：

[0034] 1测定对象

[0035] 栽植3年以上成龄丰产桑树。

[0036] 2仪器设备

[0037] 植物冠层测定仪

[0038] 3测定方法

[0039] 3.1数据采集三维空间范围，如图2所示。

[0040] 整个树冠内，垂直尺度由冠顶至冠下，水平尺度沿冠幅所占空间包括由东至西和由北至南两个方向。测点的选择遵循所在方向线上均匀分布的原则进行选取：垂直尺度，沿冠高在冠顶、冠中(2/3H)、冠下(桑拳)各选一点，共3点，冠中和冠下测量时，水平尺度，分别将冠幅沿由东至西和由北至南直线方向5等份，每隔1/5冠幅取一点。

[0041] 3.2测定内容

[0042] 光合有效辐射(PAR)、冠层下部PAR与冠层上部PAR的比值(T)、零散光束辐射占直接来自太阳的辐射和来自所有环境(如大气或其他表面的反射)的辐射比率(Fb)、单位土地面积上叶面积(L)。

[0043] 4数据处理

[0044] f(冠层光强截取比例)＝1-t，t＝T/S，其中S是植物冠层以上的PAR，T是植物冠层之下的PAR读数。

[0045] 冠层上方的光照强度(PAR)、冠层下方的光照强度、消光系数、叶面积指数呈以下关系：Qi＝Qo·e-K·LAI。其中：Qi为冠层下的光照强度，Qo为冠层上的光照强度，K为消光系数，LAI为叶面积指数。K·LAI为消光度R，反映树冠对光照强度的吸收效果，R＝ln(Qo/Qi)。

[0046] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。