本书以气孔行为控制的植物光合、蒸腾和水分利用为主线，系统地论述了植物光合、蒸腾和水分利用的生理生态学基础，介绍了生态系统的光合、蒸腾和水分利用效率变化特征及其模型模拟的基础知识和主要的研究进展。本书在论述生物圈与其他圈层间关系的基础上，着重论述了植物的气孔行为及气孔导度的模拟模型，植物光合作用及其模拟方法，植物蒸腾及其模拟方法，植物的水分利用及其模拟模型，以及基于植物光合、蒸腾和水分利用相互作用关系的生态系统碳、水和能量平衡综合模型。
本书是作者研究团队多年来科研工作的总结，归纳分析了国内外本研究领域的重要进展，其目的是为国内从事相关领域研究的科技人员提供关于植物光合、蒸腾和水分利用效率方面的参考资料，本书也可作为相关领域的研究生基础教材。
样章试读
目录
- 第一篇 生物圈与植物的生态环境
1 生物圈与其他圈层的关系
1.1 地球表层系统与生物圈的基本概念
1.1.1 地球表层系统概论
1.1.2 地球生物圈的基本特征
1.1.3 生物圈与其他圈层间的相互作用
1.1.4 生物圈中的植物及其生态环境
1.2 大气圈与植物的气象环境
1.2.1 大气圈的结构与成分
1.2.2 大气圈的辐射平衡与植物的辐射环境
1.2.3 大气圈的能量平衡与植物的温度环境
1.2.4 大气的湍流运动与植物的风环境
1.3 水圈与植物的水环境
1.3.1 地球的水圈与水资源
1.3.2 植物的水环境
1.4 岩石圈与植物的土壤环境
1.4.1 岩石圈和土壤圈
1.4.2 植物的土壤环境
1.4.3 土壤养分的有效性及其对植物的影响
1.5 生物圈及其植物的生物环境
1.5.1 生物圈的进化
1.5.2 植被群落与生态系统
1.5.3 植物的生物环境
1.6 植物与环境间的相互作用关系
1.6.1 环境因子对植物的作用
1.6.2 植物对环境变化的适应性
1.6.3 植物及植物群落与环境的协同进化
参考文献
第二篇 植物的气孔行为及气孔导度的模拟模型
2 气孔行为的生理生态学基础
2.1 植物叶片的结构与气孔分布
2.1.1 植物的叶片结构
2.1.2 气孔的形态、构造及其频度
2.1.3 植物气孔的进化与生态适应性
2.2 气孔开闭运动及其机理
2.2.1 气孔开闭运动
2.2.2 气孔开闭运动的化学调节机制
2.2.3 环境因子影响气孔开度的生理反应
2.3 气孔导度的概念和计算方法
2.3.1 叶面的水汽扩散通量与气孔导度
2.3.2 叶面的CO_2扩散通量与气孔导度
2.3.3 气孔导度的单位
2.4 气孔导度对环境因子变化的响应
2.4.1 气孔导度对光环境的响应
2.4.2 气孔导度对湿度环境的响应
2.4.3 气孔导度对水分环境的响应
2.4.4 气孔导度对温度环境的响应
2.4.5 气孔导度对CO_2浓度环境的响应
2.5 气孔导度的时间和空间变异性
2.5.1 气孔导度的日变化
2.5.2 气孔导度的季节和年际变化
2.5.3 叶位间气孔导度的垂直分布
2.5.4 叶两面的气孔导度比的变异性
2.5.5 不同环境下物种间气孔的变异性
参考文献
3 气孔导度的环境响应及其模拟
3.1 气孔导度对环境因子变化的响应函数
3.1.1 气孔开度的一般模型
3.1.2 气孔导度对光环境的响应
3.1.3 气孔导度对湿度环境的响应
3.1.4 气孔导度对水分环境的响应
3.1.5 气孔导度对温度环境的响应
3.1.6 气孔导度对CO_2浓度的响应
3.2 多环境变量的气孔导度模型
3.2.1 2变量的环境模型
3.2.2 多变量回归模型
3.2.3 多变量乘合模型
3.3 其他类型的气孔导度模型
3.3.1 日尺度的时间变量模型
3.3.2 季节变化的时间变量模型
3.3.3 光合作用-气孔导度耦合模型
3.4 气孔导度对环境因子变化响应的复杂性及其模拟
3.4.1 在长时间尺度和日变化尺度上气孔对环境变化的响应特性
3.4.2 气孔的开-闭过程对环境变化的非对称响应
3.4.3 气孔导度与环境要素变化及其他生理过程间反馈关系的复杂性
3.4.4 群落尺度气孔行为的复杂性
参考文献
4 环境变量函数乘合的气孔导度模型
4.1 环境变量函数乘合模型的提出与发展
4.1.1 多环境变量函数乘合模型的基本假设
4.1.2 多变量函数乘合模型的构建和参数化方法
4.1.3 多变量函数乘合模型的应用和发展
4.2 环境变量函数乘合模型的优化
4.2.1 模型优化问题的提出
4.2.2 模型优化的方法和程序
4.2.3 优化模型在玉米气孔导度模拟中的应用
4.3 基于气孔导度对环境变化多尺度响应的组合模型
4.3.1 建立组合模型的基本思路
4.3.2 构建组合模型的方法
4.3.3 组合模型的生物学机制
4.4 组合模型在玉米气孔导度模拟中的应用
4.4.1 PSC模型的建立
4.4.2 RDO模型的建立
4.4.3 气孔导度组合模型的建立及其应用
4.4.4 组合模型的估算精度
4.5 组合模型的应用及其验证
4.5.1 组合模型在水分胁迫条件下的应用
4.5.2 组合模型在生态系统水碳通量模拟中的应用
参考文献
第三篇 植物光合作用及其模拟模型
5 植物光合作用的生理生态学基础
5.1 高等植物光合作用的细胞器
5.1.1 叶绿体的功能与结构
5.1.2 叶绿体的色素成分与功能
5.1.3 影响叶绿素形成的环境条件
5.2 植物光合作用的生物化学过程
5.2.1 光能的吸收与传递
5.2.2 光化学反应与电子传递
5.2.3 光合磷酸化作用
5.2.4 CO_2的固定和还原
5.3 C_3植物和C_4植物光合作用的差异
5.3.1 叶的解剖特征
5.3.2 环境适应性
5.3.3 CO_2补偿点与光合效率
5.3.4 光呼吸
5.4 光合作用的环境控制机制
5.4.1 光
5.4.2 温度
5.4.3 水分
5.4.4 CO_2浓度
5.4.5 矿质元素
5.4.6 环境因子的综合作用
5.5 光合作用和生态系统生产力的人为调控
5.5.1 调节植物的环境条件、提高植物的光合强度
5.5.2 控制植物自养呼吸、提高净光合强度
5.5.3 提高群体的光能利用率、增加生态系统生产力
5.5.4 调节光合产物的分配、提高植物产品的经济价值
参考文献
6 植物光合作用的环境响应模型
6.1 植物光合作用对光的响应模型
6.1.1 光合作用对光响应的主要特征
6.1.2 光合作用-光响应曲线的数学模型
6.1.3 光合作用光响应曲线模型的应用
6.2 植物光合作用对CO_2浓度的响应模型
6.2.1 光合作用对CO_2浓度响应的主要特征
6.2.2 光合作用的CO_2响应曲线的数学模型
6.2.3 光合作用的CO_2响应曲线模型的应用
6.3 植物光合作用对温度的响应模型
6.3.1 光合作用对温度的响应特征
6.3.2 光合作用对温度的响应模型
6.3.3 光合作用对温度的响应的变异性
6.3.4 光合作用模型参数对温度的响应
6.4 植物光合作用对水分的响应
6.4.1 水分对光合作用的影响
6.4.2 光合作用对水分的响应
参考文献
7 植物光合作用的生物化学模型
7.1 植物光合作用生物化学模型概论
7.1.1 光合作用生物化学模型的发展
7.1.2 不同碳同化途径的光合作用生物化学模型概述
7.1.3 RuBP羧化／加氧酶催化的生物化学过程的模拟
7.2 C_3植物单叶光合作用的生物化学模型
7.2.1 叶绿体水平上光合作用关键过程的定量描述
7.2.2 光合作用模型从叶绿体水平向叶片水平的扩展
7.3 C_4植物单叶光合作用的生物化学模型
7.3.1 C_4植物光合模型的概述
7.3.2 ICT模型
7.3.3 Collatz模型
7.4 植被冠层的光合作用模型及其应用
7.4.1 植被冠层的光合作用模拟
7.4.2 植被冠层光合作用模型的应用
7.4.3 植被冠层光合作用模型发展中所存在的问题
参考文献
8 植物光合作用与生态系统碳平衡
8.1 植物光合作用在地球生物圈中的作用
8.1.1 陆地生态系统碳循环的气候学和生态学意义
8.1.2 光合作用的有机物生产
8.1.3 光合作用的光能转化及其生物能源的应用
8.1.4 光合作用的碳固定及其在碳平衡中的作用
8.1.5 光合作用的空气净化功能及对大气O_2和CO_2平衡的维持
8.1.6 光合作用对地球生命系统维持和生物进化的贡献
8.2 植物光合作用与生态系统物质生产的基本过程
8.2.1 生态系统的基本结构和功能
8.2.2 生态系统生产力及其形成的基本过程
8.2.3 生态系统经济产量及其形成过程
8.2.4 光合作用与作物产量的关系
8.3 作物生产潜力及其估算模型
8.3.1 光合生产潜力
8.3.2 光-温生产潜力
8.3.3 光-温-水生产潜力
8.3.4 作物生产潜力研究的发展趋势
8.4 生态系统的光合作用与碳平衡
8.4.1 主要类型生态系统的碳平衡与碳汇功能
8.4.2 生态系统碳平衡组分间的定量关系
8.4.3 全球和重要区域陆地生态系统的碳平衡
8.5 植被光合生产力和陆地碳源汇格局
8.5.1 植被光合生产力和陆地碳源汇的空间格局特征
8.5.2 植被光合生产力和陆地碳源汇动态变化特征
8.5.3 植被光合生产力和陆地碳源汇时空格局变化的主控因子
8.6 区域生态系统的物质生产和碳汇管理
8.6.1 生态系统物质生产和碳汇管理的基本途径
8.6.2 生态系统物质生产和碳循环的过程管理
8.6.3 生态系统物质生产和碳循环的空间格局管理
参考文献
第四篇 植物蒸腾作用及模拟模型
9 植物蒸腾作用的生理生态学基础
9.1 土壤的水分特性及运动
9.1.1 土壤的水分特性
9.1.2 土壤中水流运动的基本方式
9.1.3 土壤水运动的导水率及其模型
9.2 植物体内的水分及其动态平衡
9.2.1 植物体内水分的状态
9.2.2 植物体内的水分平衡
9.3 植物细胞对水分的吸收
9.3.1 细胞吸水的动力及方式
9.3.2 细胞的水势
9.3.3 细胞对水分的吸收过程
9.4 植物根系对水分的吸收
9.4.1 根系的分布及环境影响
9.4.2 根系吸水的途径
9.4.3 根系吸水的动力和吸水过程
9.4.4 根系的吸水速率及影响因子
9.5 植物体内的水分运输及分配
9.5.1 木质部的水分运输
9.5.2 水分传导的速率
9.6 植物蒸腾作用的生理生态过程
9.6.1 蒸腾作用的相关指标
9.6.2 蒸腾途径与气孔扩散的边缘效应
9.6.3 影响蒸腾作用的外部和内部条件
9.7 植物蒸腾作用的生理生态调节
9.7.1 蒸腾作用的气孔调节
9.7.2 植物叶片的形态和生态调节
9.7.3 植物生境的调节
9.7.4 蒸腾抑制剂及应用
参考文献
10 SPAC系统的水分运动及其根系的水分吸收
10.1 SPAC系统的概念及其发展
10.1.1 SPAC系统的基本概念
10.1.2 SPAC内水分运动研究的意义
10.2 SPAC系统内的能量分布
10.2.1 大气的水势
10.2.2 土壤的水势
10.2.3 植物的水势
10.2.4 SPAC中的水分能量梯度
10.3 SPAC水分运动的阻力及空间分布
10.3.1 水分运动的阻力分布模型
10.3.2 SPAC中各种阻力之间的关系
10.3.3 SPAC中各种阻力的相对重要性
10.4 植物的根系分布和水分吸收
10.4.1 植物根长密度分布及模拟
10.4.2 植物根系的水分吸收及其模拟
参考文献
11 植物的蒸腾作用与生态系统水分平衡
11.1 植物蒸腾在水圈、生物圈和社会经济发展中的作用
11.1.1 植物蒸腾在维持全球水圈功能中的作用
11.1.2 植物蒸腾在维持生物圈功能中的作用
11.1.3 植物蒸腾在维持人类社会与经济发展中的作用
11.2 植被蒸散的基本特征
11.2.1 植被蒸散的基本特征
11.2.2 植被蒸散的日变化
11.2.3 植被蒸散的季节变化
11.2.4 植被蒸散的年际变化
11.2.5 水分胁迫条件下的蒸散变化规律与调亏灌溉理论
11.3 影响植被蒸散的生物因素和环境因素
11.3.1 植被性状对蒸散的影响
11.3.2 大气水分状况对蒸散的影响
11.3.3 热量因素对蒸散的影响
11.3.4 土壤因素对蒸散的影响
11.4 植被蒸散的估算方法
11.4.1 经验公式法
11.4.2 基于蒸散机理的模型法
11.5 生态系统水平衡、生态需水和水资源管理
11.5.1 生态系统水平衡的基本概念
11.5.2 农田生态系统的水平衡
11.5.3 草地生态系统的水平衡
11.5.4 森林生态系统的水平衡
11.5.5 湿地生态系统的水平衡
11.5.6 生态需水的基本概念和估算方法
11.5.7 生态系统水资源管理的基本途径
参考文献
第五篇 植物的水分利用及其模拟模型
12 水分利用效率的生理生态学基础
12.1 水分利用效率的基本概念及研究意义
12.1.1 水分利用效率的核心内涵
12.1.2 水分利用效率研究的意义
12.2 水分利用效率的常见定义
12.2.1 农学研究中的水分利用效率
12.2.2 植物生理学研究中的水分利用效率
12.2.3 生态学研究中的水分利用效率
12.3 水分利用效率相对保守性的生理生态学基础
12.3.1 叶片光合-蒸腾耦合关系与水分利用效率
12.3.2 生态系统水碳耦合关系与水分利用效率
12.3.3 干物质产量-耗水量关系与水分利用效率
12.3.4 区域碳平衡-水平衡的关系与水分利用效率
12.4 水分利用效率变异性的生理生态学基础
12.4.1 植物的碳同化途径对水分利用效率的影响
12.4.2 植株结构与形态对水分利用效率的影响
12.4.3 CO_2浓度对水分利用效率的影响
12.4.4 大气水分条件对水分利用效率的影响
12.4.5 土壤水分条件对水分利用效率的影响
12.4.6 温度对水分利用效率的影响
12.4.7 营养条件对水分利用效率的影响
12.4.8 多环境因子复合作用的影响
12.4.9 不同功能群植被水分利用效率的差异
12.5 提高植物水分利用效率的生理和生态途径
12.5.1 提高植物水分利用效率的生理途径
12.5.2 提高植物水分利用效率的生态途径
参考文献
13 植物光合、蒸腾和水分利用效率的变异性
13.1 叶片尺度植物光合、蒸腾和水分利用效率的变异性
13.1.1 物种间的光合、蒸腾和水分利用效率的变异性
13.1.2 品种间的差异
13.1.3 植物光合、蒸腾和水分利用效率的日变化
13.1.4 植物光合、蒸腾和水分利用效率的季节变化
13.1.5 施肥对植物光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的影响
13.1.6 水肥耦合处理对作物光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的影响
13.2 生态系统光合、蒸散和水分利用效率的变异性
13.2.1 生态系统光合、蒸散和水分利用效率的日变化
13.2.2 生态系统光合、蒸散和水分利用效率的季节变化
13.2.3 样带尺度的水分利用效率的变化
13.3 叶片水分利用效率对环境变化的响应
13.3.1 水分利用效率对光的响应特征
13.3.2 水分利用效率对CO_2浓度的响应特征
13.3.3 水分利用效率对光强和CO_2浓度协同作用的响应
13.4 不同生态系统的水分利用效率对环境变化的响应
13.4.1 森林生态系统水分利用效率及其控制机制
13.4.2 草地生态系统水分利用效率及控制机制
13.5 植物水分利用效率对环境变化的适应策略
13.5.1 不同尺度水分利用效率的差异
13.5.2 植物的环境适应策略对水分利用效率的影响
13.5.3 植物对CO_2浓度变化的短期响应与长期适应
13.5.4 植物水分利用效率的变异性与保守性机制
参考文献
14 基于气孔行为的光合-蒸腾耦合模型及水分利用效率模型
14.1 植物光合-蒸腾耦合模型研究概要
14.2 植物光合-蒸腾耦合模型
14.2.1 蒸腾作用和光合作用模型
14.2.2 气孔导度模型
14.2.3 光合-蒸腾耦合模型
14.2.4 水分利用效率模型
14.3 SMPTSB模型的参数确定与检验
14.3.1 内部导度的模拟
14.3.2 气孔导度的模拟
14.3.3 净光合速率的估算
14.3.4 蒸腾速率的估算
14.3.5 水分利用效率的模拟
14.4 SMPTSB过程机理的讨论
14.4.1 内部导度的概念
14.4.2 光合速率与各种导度和CO_2浓度梯度的关系
14.4.3 控制光合和蒸腾的因子
14.5 SMPTSB模型在环境胁迫条件下的应用
14.5.1 环境胁迫条件下的内部导度模拟
14.5.2 环境胁迫条件下净光合速率和蒸腾速率的模拟
14.5.3 环境胁迫条件下水分利用效率的模拟
14.6 SMPTSB模型在树木上的应用
14.6.1 内部导度的模拟
14.6.2 净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的模拟
14.7 SMPTSB模型在冠层尺度上的应用
14.7.1 模型在冠层上应用的基本假设
14.7.2 SMPTSB模型在农田生态系统中的应用
14.7.3 SMPTSB模型在森林生态系统中的应用
参考文献
第六篇 生态系统水碳过程的区域模式
15 基于EALCO模型的典型生态系统光合-蒸腾耦合关系分析
15.1 EALCO模型简介
15.1.1 能量传输过程
15.1.2 水传输过程
15.1.3 植物及土壤碳氮过程
15.2 基于EALCO模型的生态系统生产力模拟分析
15.2.1 冠层温度和冠层水势对叶片光合的影响
15.2.2 生态系统呼吸各组分的模拟
15.3 基于EALCO模型的蒸散模拟分析
15.3.1 蒸散的模拟与其他相关研究的关系
15.3.2 根系吸水与冠层的蒸腾作用
15.3.3 植物水储存量对ET模拟的影响
15.3.4 植物H_2O和CO_2传输动力学对ET模拟的影响
15.4 基于EALCO模型的生态系统水碳循环耦合关系模拟分析
参考文献
16 基于CEVSA2模型的典型生态系统水碳交换动态分析
16.1 CEVSA模型简介、应用和发展概述
16.1.1 模型简介
16.1.2 CEVSA模型的应用概述
16.1.3 CEVSA2模型的建立
16.2 典型生态系统水碳交换时空动态的模拟分析
16.2.1 研究区概况和通量观测系统
16.2.2 碳通量的模拟及其与通量观测的比较
16.2.3 水通量的模拟及其与通量观测的比较
16.3 气候变化对生态系统水碳通量影响的模拟分析
16.3.1 气候变化的情景
16.3.2 气候变化对亚热带常绿人工针叶林生态系统水碳通量的影响
16.3.3 气候变化对温带落叶阔叶林生态系统水碳循环的影响
16.3.4 气候变化对温带针阔混交林生态系统水碳通量的影响
16.3.5 气候变化对高寒灌丛生态系统水碳通量的影响
参考文献
17 区域水碳循环过程模型及其模拟分析
17.1 区域水碳循环过程模型概述
17.1.1 区域过程模型的必要性和重要性
17.1.2 区域空间显式生物地球化学循环模型概述
17.2 区域水碳循环过程模型的构建
17.2.1 能量传输子模型
17.2.2 生理调节子模型
17.2.3 碳循环子模型
17.2.4 水循环子模型
17.3 区域水碳循环过程模型输入变量和参数的空间异质性表达
17.3.1 时空幅度和粒度的选择
17.3.2 基础图件
17.3.3 气象数据
17.3.4 叶面积指数
17.3.5 生物量
17.3.6 土壤含水量
17.3.7 模型参数
17.4 基于区域水碳循环过程模型的水碳收支模拟分析
17.4.1 长白山自然保护区水碳收支的模拟分析
17.4.2 内蒙古锡林河流域水碳收支的模拟分析
17.5 区域空间异质性对生态系统水碳循环过程空间格局的影响
17.5.1 区域物理因素空间异质性的影响
17.5.2 区域生物因素空间异质性的影响
17.5.3 干扰引起的空间异质性及其对水碳循环过程的影响
参考文献
彩图
京公网安备 11010102004214号