本發(fā)明涉及一種模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法。

背景技術(shù)：

1、地表臭氧(o3)作為空氣中的二次污染物，已被證實對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)構(gòu)成顯著威脅。研究表明，o3通過植物葉片的氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，發(fā)生復(fù)雜的生化反應(yīng)，最終影響作物的生長發(fā)育、光合作用和產(chǎn)量形成。o3對作物的傷害效應(yīng)主要與其通過葉片氣孔進(jìn)入作物體內(nèi)的量，即氣孔o(hù)3通量相關(guān)。為了更準(zhǔn)確地評估o3對作物的影響，氣孔o(hù)3通量的獲取已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)和農(nóng)業(yè)研究中的一個重要課題。

2、氣孔o(hù)3通量通常通過氣孔導(dǎo)度與o3濃度的乘積來計算。氣孔導(dǎo)度反映了葉片氣孔的開閉程度，直接影響作物葉片對o3的吸收。然而，傳統(tǒng)的氣孔導(dǎo)度測量方法，如光合儀和氣孔導(dǎo)度儀，存在一定的局限性。一方面，這些儀器只能提供離散的氣孔導(dǎo)度數(shù)據(jù)，無法獲取氣孔導(dǎo)度隨時間的連續(xù)變化，導(dǎo)致無法全面反映環(huán)境變化對氣孔導(dǎo)度的影響。另一方面，傳統(tǒng)方法測量成本較高、操作繁瑣，且難以實現(xiàn)長期、大規(guī)模的監(jiān)測。此外，氣孔導(dǎo)度還受到多種環(huán)境因素和植物生理狀態(tài)的調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)儀器難以全面捕捉這些復(fù)雜的變化。

3、考慮到冬小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物之一，且其對o3的敏感性較高，本發(fā)明專利以冬小麥為研究對象，旨在提供一種模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法，以期更準(zhǔn)確地評估o3脅迫對冬小麥生長和產(chǎn)量的影響，為提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性提供科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法。本發(fā)明通過結(jié)合溫度、濕度、光照等環(huán)境因子，以及植物的生理響應(yīng)，能夠有效模擬氣孔導(dǎo)度的動態(tài)變化。與傳統(tǒng)測量方法不同，jarvis模型能夠提供氣孔導(dǎo)度隨時間變化的連續(xù)數(shù)據(jù)，并且能夠適應(yīng)不同氣候條件的變化，以此來預(yù)測氣孔導(dǎo)度的響應(yīng)。利用jarvis氣孔導(dǎo)度模型結(jié)合o3吸收通量模型，獲取葉片氣孔o(hù)3通量的連續(xù)變化，具有重要的應(yīng)用價值。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：

3、一種模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法，包括以下步驟：

4、1)通過整合光合有效輻射、溫度、水汽壓差、物候期以及o3濃度，構(gòu)建冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型，并利用冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型動態(tài)模擬冬小麥氣孔導(dǎo)度變化；

5、2)根據(jù)冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型與o3濃度，創(chuàng)建o3吸收通量模型，并通過o3吸收通量模型獲取葉片氣孔o(hù)3通量的連續(xù)變化。

6、進(jìn)一步地，所述冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型為：

7、

8、其中：qm為冬小麥葉片氣孔導(dǎo)度的估算值，其單位為mmol·(m2·s)-1；

9、qmax是實測數(shù)據(jù)中篩選出冬小麥葉片氣孔導(dǎo)度的最大值；fmin為定值，取0.01；

10、fg、ft、fv、fp與fo3分別對應(yīng)光合有效輻射、溫度、水汽壓差、物候期以及o3濃度對冬小麥氣孔導(dǎo)度的影響，其取值范圍均在0到1之間。

11、進(jìn)一步地，所述冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型中：

12、光合有效輻射影響函數(shù)fg：

13、fg＝1-el·g

14、其中：g為光合有效輻射，l為常數(shù)，用于表征冬小麥葉片氣孔導(dǎo)度對光響應(yīng)的飽和程度；

15、溫度影響函數(shù)ft：

16、

17、其中：在溫度影響函數(shù)中，t為小時平均溫度；tmax與tmin分別指當(dāng)冬小麥氣孔導(dǎo)度降至fmin時所對應(yīng)的最高與最低溫度閾值；topt指在沒有任何限制條件下，能使氣孔導(dǎo)度達(dá)到最大值時的最適溫度；

18、參數(shù)b的計算方法如下：

19、

20、水汽壓差影響函數(shù)fv：

21、

22、其中：v表示小時水汽壓差，x和y是通過函數(shù)擬合得出的參數(shù)，用于描述水汽壓差對冬小麥氣孔導(dǎo)度的影響關(guān)系；

23、物候影響函數(shù)fp：

24、

25、其中：pp指的是超過生物學(xué)零度的累積有效溫度，計量單位為攝氏度日；fa、fb、ppmax和ppend是通過函數(shù)擬合得出的參數(shù)，用于描述物候?qū)Χ←湚饪讓?dǎo)度的影響關(guān)系；

26、o3影響函數(shù)fo3：

27、

28、其中：afm0計算得出，具體是指在y值為0的情況下，觀測期間冬小麥葉片累積o3吸收通量。

29、進(jìn)一步地，結(jié)合o3吸收通量模型，計算冬小麥葉片累積氣孔o(hù)3吸收通量，計算公式為：

30、afmy＝∑(fm-y)

31、式中：fm為葉片氣孔o(hù)3吸收速率；y為氣孔o(hù)3吸收速率的閾值；afmy為當(dāng)氣孔o(hù)3吸收速率高于閾值y時的累積氣孔o(hù)3吸收通量；

32、根據(jù)阻力相似原理，葉片氣孔o(hù)3吸收速率的計算公式為：

33、

34、式中：o3為冬小麥冠層o3濃度；rs為葉片氣孔阻力，其為氣孔導(dǎo)度qm的倒數(shù)；rb為葉片邊界層阻力，其為葉片邊界層導(dǎo)度qb的倒數(shù)，其計算公式如下：

35、

36、式中：h為觀測高度處的風(fēng)速，w為葉片寬度，取值為0.02m。

37、本發(fā)明具有如下有益效果：

38、本發(fā)明實現(xiàn)對冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的連續(xù)模擬，顯著提升了對氣孔導(dǎo)度動態(tài)變化的捕捉精度，并增強(qiáng)了對環(huán)境因素綜合影響的理解。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明不僅克服了傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，還通過動態(tài)模擬提高了模型的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能夠更精確地評估o3脅迫對冬小麥生長和產(chǎn)量的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性提供了有力的科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法，其特征在于：所述冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型的表達(dá)式為：

3.如權(quán)利要求2所述的模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法，其特征在于：所述冬小麥jarvis氣孔導(dǎo)度模型中：

4.如權(quán)利要求3所述的模擬冬小麥葉片氣孔o(hù)3吸收通量的方法，其特征在于：結(jié)合o3吸收通量模型，計算冬小麥葉片累積氣孔o(hù)3吸收通量，計算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種模擬冬小麥葉片氣孔O<subgt;3</subgt;吸收通量的方法，該方法通過整合光合有效輻射、溫度、水汽壓差、物候期以及O?濃度，構(gòu)建冬小麥Jarvis氣孔導(dǎo)度模型，進(jìn)而動態(tài)模擬冬小麥氣孔導(dǎo)度的變化。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)冬小麥Jarvis氣孔導(dǎo)度模型與O<subgt;3</subgt;濃度，創(chuàng)建了O<subgt;3</subgt;吸收通量模型，從而實現(xiàn)對葉片氣孔O<subgt;3</subgt;通量連續(xù)變化的精準(zhǔn)獲取。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對冬小麥葉片氣孔O<subgt;3</subgt;吸收通量的連續(xù)模擬，顯著提升了對氣孔導(dǎo)度動態(tài)變化的捕捉能力，增強(qiáng)了對環(huán)境因素綜合影響的理解。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明不僅克服了傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，還通過動態(tài)模擬提高了模型的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能夠更精確地評估O<subgt;3</subgt;脅迫對冬小麥生長和產(chǎn)量的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性提供了有力的科學(xué)依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：趙輝,王佳燕,崔藝,王婧涵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8