节水灌溉稻田叶片与冠层水碳通量联合模拟与机理性尺度提升

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51809075
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0902.农业水利与农村水利
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Variation and simulation of water and carbon fluxes in farmland have garnered much attention. Such information is important for agricultural water management and ecological sustainable development. Water-saving irrigation practice is the key to efficient water use, which results in the changes in energy and material circulation, as well as in water and carbon fluxes transfer at different interfaces in rice canopy. In the present study, water and carbon fluxes at leaf and canopy scales of paddy fields will be measured by portable photosynthesis system, soil automated CO2 flux measurement system, micro-lysimeter system and eddy covariance system, to analyze the variation and characteristics of water and carbon fluxes at the different scales in water-saving irrigation rice fields. The vertical distribution of the leaf area, leaf age and net radiation at different levels within the canopy will be discussed quantitatively, and then the coupling simulation model of water and carbon fluxes will be constructed at different scales or different interfaces. In addition, combined with the micro-meteorological conditions (net radiation, wind speed, temperature and humidity) within the canopy, the mechanistic up-scaling model of water and carbon fluxes from leaf to canopy scale will be achieved with the integration of each flux and meteorological factor. The current results are beneficial for understanding the process of water and carbon fluxes movement at different scales in water-saving irrigated paddy fields, and realizing the water use efficiency and reduction of carbon emissions. It is also of great theoretical and practical value in formulating the sustainable development of crop under the climate change conditions.
稻田水碳变化规律与模拟,是目前农田水管理与生态可持续发展的热点研究。节水灌溉模式是高效用水的关键,但其改变了物质和能量的循环过程,这必将导致稻田不同界面不同过程水碳通量的变化。本项目以节水灌溉稻田为研究对象,采用光合仪、土壤呼吸通量测量系统、微型蒸渗仪及涡度相关系统等连续监测叶片、冠层不同界面水碳通量,阐明节水灌溉稻田不同尺度水碳通量变化规律与主要特征;定量描述水稻冠层内部叶面积、叶龄的垂直分布,以及冠层辐射的垂直分布,构建节水灌溉条件下稻田不同界面的水碳通量精细模拟模型;结合冠层内微气象条件(风速、温、湿度垂直分布),通过各通量和气象因子在冠层内的积分,实现叶片到冠层尺度水碳通量的机理性提升。研究成果对于深刻认识节水灌溉稻田不同尺度水碳运动规律,实现稻田高效用水与减少碳排放,制定气候变化条件下可持续稻作发展对策等具有重要的理论意义和实用价值。

结项摘要

稻田水碳变化规律与模拟,是目前农田水管理与生态可持续发展的热点研究。节水灌溉模式是高效用水的关键,但其改变了物质和能量的循环过程,这必将导致稻田不同界面不同过程水碳通量的变化。本项目以节水灌溉稻田为研究对象,采用现场试验和模型模拟相结合的方法,研究了节水灌溉稻田叶片、冠层和田间三个尺度水碳通量的变化特征及其影响因素,揭示了水碳通量耦合过程及其尺度差异;分析叶片气孔导度(gsw)对叶龄(叶片出叶天数LA)、田间含水率(θ)和气象因子的响应关系,构建了引入参数LA的改进Jarvis叶片气孔导度模型;通过改进Jarvis叶片气孔导度模型连接Penman Monteith(P-M)和Farquhar叶片模型建立了适合于不同LA的叶片的水碳耦合(gsw-光合速率Pn-蒸腾速率Tr)模拟模型;通过Jarvis冠层导度模型连接P-M和Farquhar大叶模型分别拟合冠层和田间尺度的水碳通量,分析其模型尺度差异;分别通过叶片气孔导度到冠层的提升和叶片蒸腾光合到单穴水稻植株的提升,实现了叶片到冠层尺度水碳通量耦合模拟模型的机理性提升。引入叶片叶龄的稻田水碳通量耦合模拟模型能从机理上反映稻田不同尺度的水碳耦合关系和变化特征,机理性的水碳通量精细模拟与空间尺度提升模型将为理解稻田生态系统水循环和碳同化量积累过程,优化灌溉制度和提高水分利用效率提供基础依据。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Vertical profile of photosynthetic light response within rice canopy
水稻冠层光合光响应的垂直剖面
  • DOI:
    10.1007/s00484-020-01950-9
  • 发表时间:
    2020-06-20
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOMETEOROLOGY
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Lv, Yuping;Xu, Junzeng;Wang, Haiyu
  • 通讯作者:
    Wang, Haiyu
Modeling rice development and field water balance using AquaCrop model under drying-wetting cycle condition in eastern China
利用 AquaCrop 模型模拟中国东部干湿循环条件下的水稻发育和田间水分平衡
  • DOI:
    10.1016/j.agwat.2018.10.028
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Agricultural Water Management
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Xu Junzeng;Bai Wenhuan;Li Yawei;Wang Haiyu;Yang Shihong;Wei Zheng
  • 通讯作者:
    Wei Zheng
节水灌溉稻田蒸发蒸腾过程及其比例变化特征研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘笑吟;王海明;王钥;周心怡;徐俊增
  • 通讯作者:
    徐俊增
Temporal Upscaling of Rice Evapotranspiration Based on Canopy Resistance in a Water-Saving Irrigated Rice Field
节水灌溉稻田基于冠层阻力的水稻蒸散量时间尺度升级
  • DOI:
    10.1175/jhm-d-19-0260.1
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Hydrometeorology
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Liu Xiaoyin;Xu Junzeng;Yang Shihong;Lv Yuping;Zhuang Yang
  • 通讯作者:
    Zhuang Yang
SOIL WATER-AIR REPLACEMENT DURING WATER INFILTRATION PROCESS AND ITS NON-NEGLECTABLE CONTRIBUTING TO WATER-INDUCED CO2 PULSE EMISSION
水渗透过程中土壤水-空气置换及其对水致CO2脉冲排放的不可忽视的贡献
  • DOI:
    10.21162/pakjas/19.7130
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Pakistan Journal of Agricultural Sciences
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Li Yawei;Wei Qi;Xu Junzeng;Wang Yanhua;Wang Haiyu
  • 通讯作者:
    Wang Haiyu

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其他文献

有机肥施用对节水灌溉水稻生长及产量的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    灌溉排水学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘笑吟
不同时间尺度节水灌溉水稻腾发量特征与影响因素分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘笑吟;王冠依;杨士红;徐俊增;王乙江
  • 通讯作者:
    王乙江
灌区水综合管理的研究动态与发展方向
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    水利水电科技进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭世彰;刘笑吟;杨士红;纪仁婧
  • 通讯作者:
    纪仁婧
土壤含水率和含盐量对盐渍土甲烷吸收能力的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚威;周姣艳;张坚;刘笑吟;卫琦;缴锡云;徐俊增
  • 通讯作者:
    徐俊增
节水灌溉稻田蒸散时空尺度特征及影响因素
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    水资源保护
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘笑吟;徐俊增;杨士红;李亚威;王乙江;张剑刚
  • 通讯作者:
    张剑刚

其他文献

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刘笑吟的其他基金

CO2浓度和温度升高下节水灌溉稻田光合碳的循环转化机理与过程表征
  • 批准号:
    52379037
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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