一种估算植物光合固碳量的方法技术

本发明专利技术公开了一种估算植物光合固碳量的方法。本发明专利技术所提供的方法包括如下步骤：(a)建立估算模型：在试验区选取目标植物，在参考时间段内的不同时间点分别测定所述目标植物的净光合速率，并计算各时间点对应的时间段内所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量；将各时间点对应的时间段和净光合速率进行拟合，获得拟合曲线方程1；将净光合速率和光合固碳量进行拟合，获得拟合曲线方程2；所得两方程即为估算模型；(b)利用所述估算模型，计算与模型构建时相同条件下所述目标植物的光合固碳量。本发明专利技术所提供的快速估算植物吸收二氧化碳量的方法操作方便，为计算碳平衡及研究碳氮循环提供借鉴作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陆地生态领域，涉及一种估算植物光合固碳量的方法。
技术介绍
碳是最重要的生命元素之一。随着温室气体和温室效应等各种气候与环境问题的日益突出，进一步增加对大尺度陆地生态系统与大气之间碳通量的认识，具有重要的科学价值。光合作用的碳固定是绿色植物叶绿体在光的作用下，将CO2和水同化为碳水化合物，并释放氧气的过程。其机理大致分为：原初反应、光合电子传递及光合磷酸化和碳同化等几个主要环节。光合作用碳固定的起点就是原初反应，它是植物体内的光合色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝素等)吸收光合有效辐射所引起的光物理和光化学过程，因而也称光反应(lightreaction)，整个过程包括光能的吸收、传递以及光化学反应。碳同化是绿色植物利用光反应中形成的高能化合物，将CO2转化成稳定的碳水化合物过程。绿色植物光合作用碳固定是由一系列生理生化反应过程组成的，在植物光合作用中，除CO2和水以外，还有为数众多的酶及矿质元素直接或间接地参与其反应过程。光、温度等外界环境条件以及内在的植物生理状况，与直接或间接地参与其光合作用碳固定的各因子有效性的关系十分密切，并且植物生理状况在相当程度上受制于外界环境条件。但在事实上，限制植物光合作用碳固定的因素是错综复杂地交织在一起的，大体可归纳为内部因素(生理生化因素)与外部因素两大类。内部因素大概分为光合器官叶片的发育和结构、CO2进入植物体的气孔阻力、形成“同化力”的磷之再生；外部因素大概分为光照、温度、水分、CO2浓度、矿质营养。总之，光合作用是地球上一切生命生存、繁荣和发展的根本源泉。对它的研究在理论上和生产实践上都具有重大意义。光合作用机理的研究已取得重大成果，但是仍然需要更深层次、更广范围的研究，特别是生理研究与机理研究的结合，这将有利于人类模拟光合作用来解决一些人类目前面临的问题，如提高作物光合作用效率，以提高作物产量，解决粮食问题；模拟光合作用，将取之不尽的太阳能转换为人类可用的化学能，解决全球面临的能源问题。同时，本领域测定光合研究较多，但是从定量上测算一种植物光合固定碳的量化研究却很少。
技术实现思路
针对以上现状，本专利技术提供了一种估算植物光合固碳量的方法。本专利技术所提供的估算目标植物光合固碳量的方法，具体可包括如下步骤：(a)按照包括如下(a1)-(a4)的步骤建立估算模型：(a1)在试验区选取目标植物，确定参考时间段，在所述参考时间段内设定若干测试时间点，在所设定的各测试时间点分别测定所述目标植物的净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)；(a2)引入参数t，t表示自所述参考时间段的起始时间开始至所述测试时间点终止所形成的时间长度，对应于每个所述测试时间点均有一个t；根据步骤(a1)在各测试时间点测得的所述净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)计算各t所表示的时间段内所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量(mg·m-2)；(a3)根据所述测试时间点与所述t的对应关系，以及所述测试时间点与所述净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)的对应关系，将各测试时间点对应的所述t和所述净光合速率进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程1；(a4)根据所述测试时间点与所述净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)的对应关系、所述测试时间点与所述t的对应关系，以及所述t与所述光合固碳量(mg·m-2)的对应关系，将各测试时间点对应的所述净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)和各t对应的所述光合固碳量(mg·m-2)进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程2；所述方程1和所述方程2即为所述估算模型；(b)利用步骤(a)建立的所述估算模型计算待测区域待测时间段内所述目标植物的光合固碳量(mg·m-2)；所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与步骤(a)中所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异。步骤(a)中所述估算模型的构建方法也属于本专利技术的保护范围。在所述方法的步骤(a1)中，在各测试时间点测定所述目标植物的净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)具体可为：在所述试验区随机选取若干棵所述目标植物，做好标记；在每棵所述目标植物上选取不同方向、不同层面的叶片5-10片，清除叶片表面泥土灰尘后于所设定的若干测试时间点测定净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)，每个所述测试时间点的结果取均值。在所述方法的步骤(a2)中，根据步骤(a1)在各测试时间点测得的所述净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)计算各t所表示的时间段内所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量(mg·m-2)的具体计算方法包括：1)运用等差数列计算相邻两个测试时间点之间所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量(mg·m-2)。2)根据步骤1)算出的每个时间段(相邻两个测试时间点之间)的光合固碳量(mg·m-2)进行累加求和算出各t所表示的时间段内所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量(mg·m-2)。具体公式如下：Sn＝60×(tn-tn-1)×(vn+vn-1)/2+Sn-1Sn-每个t所表示的时间段内所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量(mg·m-2)；tn-测试时间点离所述参考时间段的起始时间的分钟数；vn-每个测试时间点测得的净光合速率(μmolCO2·m-2·s-1)。n-对应测试时间点的次序(n≥2)。在所述方法的步骤(a3)和(a4)中，进行所述拟合时选取拟合度最高的拟合曲线方程作为所述估算模型。在本专利技术的一个实施例中，具体是采用excel进行曲线拟合的，拟合时选取R2值最接近1的拟合曲线方程作为所述估算模型。在所述方法的步骤(b)中，所述待测区域的土质与步骤(a)中所述试验区的土质相同(即土质条件无显著差异)。在所述方法中，具体可采用光合仪(如便携式光合仪，具体如li-6400系列便携式光合仪)测定所述目标植物的净光合速率。所述估算模型在如下中的应用也属于本专利技术的保护范围：估算待测区域待测时间段内所述目标植物的光合固碳量。其中，所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异；所述待测区域的土质与所述试验区的土质相同(即土质条件无显著差异)。在所述方法中，所述气候条件具体指光强、气温、空气湿度、气压、地表温度和降水量等指标。相应的，所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异具体是指：所述待测区域与所述试验区的光强、气温、空气湿度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估算目标植物光合固碳量的方法，包括如下步骤：(a)按照包括如下(a1)‑(a4)的步骤建立估算模型：(a1)在试验区选取目标植物，确定参考时间段，在所述参考时间段内设定若干测试时间点，在所设定的各测试时间点分别测定所述目标植物的净光合速率；(a2)引入参数t，t表示自所述参考时间段的起始时间开始至所述测试时间点终止所形成的时间长度，对应于每个所述测试时间点均有一个t；根据步骤(a1)在各测试时间点测得的所述净光合速率计算各t所表示的时间段内所述目标植物在单位叶片面积上的光合固碳量；(a3)将各测试时间点对应的所述t和所述净光合速率进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程1；(a4)将各测试时间点对应的所述净光合速率和各t对应的所述光合固碳量进行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程2；所述方程1和所述方程2即为所述估算模型；(b)利用步骤(a)建立的所述估算模型计算待测区域待测时间段内所述目标植物的光合固碳量；所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与步骤(a)中所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异。

【技术特征摘要】
1.一种估算目标植物光合固碳量的方法，包括如下步骤：
(a)按照包括如下(a1)-(a4)的步骤建立估算模型：
(a1)在试验区选取目标植物，确定参考时间段，在所述参考时间段内设定若
干测试时间点，在所设定的各测试时间点分别测定所述目标植物的净光合速率；
(a2)引入参数t，t表示自所述参考时间段的起始时间开始至所述测试时间点
终止所形成的时间长度，对应于每个所述测试时间点均有一个t；根据步骤(a1)
在各测试时间点测得的所述净光合速率计算各t所表示的时间段内所述目标植物在
单位叶片面积上的光合固碳量；
(a3)将各测试时间点对应的所述t和所述净光合速率进行拟合，获得拟合曲
线方程，记为方程1；
(a4)将各测试时间点对应的所述净光合速率和各t对应的所述光合固碳量进
行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程2；
所述方程1和所述方程2即为所述估算模型；
(b)利用步骤(a)建立的所述估算模型计算待测区域待测时间段内所述目标
植物的光合固碳量；所述待测区域在所述待测时间段内的气候条件与步骤(a)中
所述试验区在所述参考时间段内的气候条件无显著差异。
2.一种建立用于估算目标植物光合固碳量的估算模型的方法，包括如下步骤：
(a1)在试验区选取目标植物，确定参考时间段，在所述参考时间段内设定若
干测试时间点，在所设定的各测试时间点分别测定所述目标植物的净光合速率；
(a2)引入参数t，t表示自所述参考时间段的起始时间开始至所述测试时间点
终止所形成的时间长度，对应于每个所述测试时间点均有一个t；根据步骤(a1)
在各测试时间点测得的所述净光合速率计算各t所表示的时间段内所述目标植物在
单位叶片面积上的光合固碳量；
(a3)将各测试时间点对应的所述t和所述净光合速率进行拟合，获得拟合曲
线方程，记为方程1；
(a4)将各测试时间点对应的所述净光合速率和各t对应的所述光合固碳量进
行拟合，获得拟合曲线方程，记为方程2；
所述方程1和所述方程2即为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕银丽，江彬，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11