葉面積系數和冠層表面積系數的空間效應

1葉面積系數和樹冠面積系數的含義和變化1.1面積指數的定義葉面積系數（leaf）也稱為葉面積指數，是指單位面積中植物葉面積的總和，即葉面積與土地面積（倍數）之間的比率。用以下公式表示:LAI=LS/Al,其中:LAI為葉面積系數,LS為葉面積,Al為土地面積。1.2積數積數冠層表面積系數CSAC(Thecanopsurfaceareacoefficient)是指單位土地上的冠層表面積數,即冠層表面積與土地面積的比值(倍數)。冠層表面積系數用以下公式表示:CSAC=As/Al。其中:CSAC為冠層表面積系數,As為冠層表面積,Al為土地面積。喬木的冠層表面積系數CSAC,也稱樹冠采光面積系數CDAC(Thecrowndaylightingareacoefficient);其中喬木的冠層表面積As,也稱為樹冠采光面積。1.3comparationspecitysorcenfirsity,而非家庭暴力indiviviciparace在科技文獻中,葉面積系數LAI概念出現大根只有70~80a。根據吾喜雜志網報道,在葉面積系數LAI的有關2423篇論文中,最早出現葉面積系數LAI的概念是20世紀60年代。據了解,葉面積系數(指數)最早由D.J.Watson在1947年提出,最初出現在Comparativephysiologicastudiesonthegrowthoffieldcrops.I.Variationinnetassimilationrateandleafareabetweenspeciesandvarieties,andwithinandbetweenyears一文中,該文刊于英國雜志AnnalofBotany(植物學紀事)1947年第11卷第1期。而冠層表面積系數CSAC及樹冠采光面積系數CDAC的提出,只是最近5a的事,2009年杜宏彬在《關于樹冠采光面積系數的思考》一文和2011-2013年盛伯增、呂新浩、杜宏彬、呂吉爾分別在《綠葉功能淺析》、《試論植物有效綠葉面積》及《綠色植物空間效益概論》等文中相繼提出了冠層表面積系數CSAC和樹冠采光面積系數CDAC的概念。2不同葉面積對產量的影響雖然綠葉是光合作用的主要器官,但當葉面積增加到一定程度后,作物郁閉,光照不足,光效率減弱,無效綠葉面積增加,產量反而下降。2.2冠層表面積系數cdac在造林光合作用是地球上最重要的化學反應,對樹木和作物產量的構成起著決定性作用,在植物生長過程中,90%~95%的干物質來自光合作用,只有5%~10%是從土壤中吸取的養(yǎng)分構成。冠層表面積系數CSAC是植物光能利用率的標志,也是樹木生物產量潛力的重要標志之一。冠層表面積系數CSAC愈高,光能利用效率也愈高。例如,發(fā)明專利公開號CN1535565A,對苦丁茶(Ilexlatifolia)1~2年生播種苗木實施葉片修剪,將該苗木每個葉片剪去前半部分,保留下半部分,葉面積系數由原來的3.1降低到2.0;郁閉度由原有的1.0降到0.6;樹冠采光面積系數CDAC從1.1提高到1.9;苗木的有效綠葉層厚度從20cm增加到35cm,從而提高了苗木產量和質量,使規(guī)格苗比例增加15%~20%,造林成活率提高21%。究其原因,是在密度較大的情況下,苦丁茶苗木葉面積和葉面積系數LAI雖然較高,但由于植株間相互覆蓋遮蔽,影響了透光通氣,經修剪后,葉面積雖然大幅度減少,但光照條件卻得到明顯改善,冠層表面積顯著增加,從而促進了苗木生長,提高苗木質量。3葉面積系數與樹冠表面系數的異同3.1冠層表面積系數csac葉面積系數LAI和冠層表面積系數CSAC,在一定條件下它們都是植物光能利用率的重要標志,而且都與綠色植物空間效益成正比。冠層表面積系數CSAC(包括樹冠采光面積系數),由葉面積系數LAI演變而來。不過,在冠層表面積系數的公式(CSAC=As/Al)中,并沒有葉面積(LS),而是用冠層表面積(As)來替代葉面積。3.2不同的地方3.2.1冠層表面積系數csac公式葉面積系數LAI公式中的葉面積是指葉片單面面積,而且是水平面積。在測定和計算時比較復雜,而且各植物種之間或是同一植物種不同生長階段都有很大差異,甚至某些植物種葉面積難以測定(如柳杉、蘆筍等)。而冠層表面積系數CSAC公式中的冠層表面積,是植物冠層外圍接受光照射的表面積,并非水平面積;測定和計算較簡便易行。3.2.2光照環(huán)境不理想葉面積系數LAI僅考慮綠葉面積一個方面,并未考慮光照環(huán)境如何,然而沒有陽光,光合作用根本不能進行。冠層表面積系數CSAC,則用冠層表面積替代綠葉面積,同時兼顧到綠葉和光照2個方面,比較符合實際。3.2.3群體植株不同或冠層表面積系數葉面積系數LAI是植物光能利用率的重要標志,但只限于孤立植株和封行(郁閉)前的群體植株。而冠層表面積系數CSAC卻不分前后,無論孤立植株,還是群體植株;無論是作物封行之前,還是作物封行之后,都可適用。凡不宜用葉面積系數LAI的,均可用冠層表面積系數CSAC表示,尤其是群體栽培的植物。3.2.4損失一部分植株葉面積系數LAI的測定,通常取樣時會損失一部分植株;而冠層表面積系數CSAC,可以實地測定,不損壞植株,尤其是高大喬木,測定起來比較方便。4葉面積系數的限制綜上所述,葉面積系數LAI的局限性主要表現為以下3個方面。4.1改善光照條件在葉面積系數LAI公式中,綠葉面積用Ls表示,但是該綠葉面積并未同時考慮到光照條件如何,特別是在作物群體封行或喬木群體密郁閉之后,致使絕大部分綠葉被遮蔽。在這種情況下,綠葉面積就不是越多越好,即使再多,沒有陽光照射也無實際意義。因此,務必改善光照環(huán)境,減少綠葉庇蔭,才能提高植物空間效益。如前所述,發(fā)明專利公開號CN1535565A“一種苦丁茶苗木修剪方法”,苦丁茶苗經葉片修剪后,葉面積系數LAI和葉面積雖然大幅度減少了,卻使苗木群體光照條件得到顯著改善,從而有效地促進苗木生長,提高了苗木質量。所以,葉面積和葉面積系數LAI并不是在任何情況下都是越多越好,它要受到光照條件和綠葉庇蔭的制約。4.2被庇被提取的葉綠素植物綠葉有有效綠葉和無效綠葉之分。無效綠葉是指已經喪失或基本失去光合功能的綠葉,它由被庇蔭綠葉和老年葉組成。如果在綠葉中,無效綠葉占到大部分,那么這種綠葉再多,也無實際意義。為此,只有減少無效綠葉,提高有效綠葉比例,才能提高植物空間效益。例如,研究表明,采取修剪等技術措施,減少老年葉,對增加甘蔗、苦丁茶產量可起到顯著作用。4.3封行、喬木群體密郁閉之前的葉面積鑒于上述情況,葉面積系數LAI只適用于低位植物和高位植物幼年期,尤其在作物封行或喬木群體密郁閉之前。因為此時的葉面積Ls基本上是有效綠葉面積,有效綠葉面積比例較高,無效綠葉(包括被庇蔭葉和老年葉)面積比例少。在作物封行或喬木密郁閉之后,LAI就不適用了。5冠層表面系數的優(yōu)越性5.1光照射厚度as正如前所述,冠層表面積系數CSAC是冠層表面積與土地面積的比值。其中冠層表面積As是指冠層(樹冠或草冠)外圍接受光照射的外表面積。由此可見,冠層表面積系數CSAC的基本特征有2條:其一,As必須是冠層表面積,而不是其他面積;其二,這個表面積必須是陽光照射的到的表面積,而不是其他表面積,尤其是被庇蔭的表面積。5.2冠層表面積上的葉綠素需要重復的是,所謂冠層表面積系指植物冠層外圍接受光照射的表面積,喬木則稱為樹冠采光面積。如前所述,水稻群體封行后,其冠層表面積集中在植株頂部數葉;林木群體在密郁閉前,其樹冠采光面積集中于樹冠外圍,密郁閉后,則集中于冠層上部。處于植物冠層表面積上的綠葉,是植株受光最充足、光合能力最強的部分,而且這些綠葉通常處于年輕態(tài),富具活力,幾乎全都是有效綠葉。因此,增加植物冠層表面積,就等于增加了有效綠葉面積,這是綠色植物栽培的共性關鍵所在。5.3葉面積系數lai與空間效益相關性鑒于以上情況,冠層表面積系數CSAC適用于植物生長的各個階段,不但適用于作物群體封行或喬木群體密郁閉之前,也適用于在此之后,尤其適用于群體栽植的植物和高大的喬木樹種,而且測定容易,計算比較方便。(1)在一定的條件下,葉面積系數LAI和冠層表面積系數CSAC都是綠色植物光能利用率的重要標志,并且與其空間效益正相關關系,二者不能或缺,可以互為補充。(2)葉面積系數LAI局限性在于:只考慮綠葉面積,未顧及光照條件,通常適用于群體植物尚未封行或密郁閉之前,尤其適用于低位植物和高位植物幼年期。在此之后,光照環(huán)境惡化,多數綠葉被庇蔭,無效綠葉比例超過有效綠葉,特別是高大喬木樹種。在這種情況下,葉面積再多、葉面積系數LAI再高,也無實際意義。(3)冠層表面積系數CSAC優(yōu)越性在于:用冠層表面積替代綠葉面積,同時兼顧到光照環(huán)境。故適用于植物生長的各個時期,特別是青壯年期的高位植物和實施群體栽培的植物。(4)葉面積系數LAI是否能成為綠色植物光能利用率的標志,主要取決于其綠葉面積是否屬于或基本屬于有效綠葉面積;而冠層表面積系數CSAC中的冠層表面積基本上都是有效綠葉面積,更符合實際情況。在一定條件下,葉面積系數LAI和冠層表面積系數CSAC都是植物光能利用率的重要標志,也可以說是綠色植物空間效益的重要標志,只不過標志的時間、程度各有不同。2.1改良了甘薯藤本植物lai和玉米品種即生長性狀提高植物光能利用率的途徑有3條:延長光合時間、增加光合面積和改善光合作用條件等。而增加光合面積是其中最基本也最有效的一條,在一定的范圍內,葉面積的增加與產量形成的關系是呈正相關的,即作物的產量隨葉面積系數LAI增大而提高。例如,發(fā)明專利公開號CN101073305A“甘薯高籬式立體栽培方法”,改變了甘薯藤蔓傳統的生長方式,即變匍匐生長為直立生長,葉面積系數LAI提高1倍以上,鮮薯產量增加51%~98%。吉林農業(yè)大學作物研究中心以4個玉米品種為試驗材料,比