植物光合、蒸騰與水分利用的生理生態(tài)學(xué)

前言

　　陸地生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)與碳循環(huán)是地球陸地表層系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量交換的基本生物物理過(guò)程，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中耦合的兩個(gè)生態(tài)學(xué)過(guò)程，更是全球變化科學(xué)（globalchangescience）研究的核心問(wèn)題。這是因?yàn)橛蒀O2等溫室氣體排放引起的全球氣候變暖和世界范圍內(nèi)的淡水資源短缺已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大主要環(huán)境問(wèn)題，向全球的科學(xué)家、政策制定者和公眾提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。世界人口劇增、生活質(zhì)量提高、人類(lèi)干預(yù)自然能力急劇增大，以及城鄉(xiāng)一體化和經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快導(dǎo)致全球規(guī)模的化石能源、自然資源和水資源消耗的速度急劇加快，與此同時(shí)，污染物和溫室氣體排放量也急劇增加，這些因素已經(jīng)并且正在改變著局地、景觀、區(qū)域乃至全球生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)和水循環(huán)，改變著生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、時(shí)空格局和動(dòng)態(tài)過(guò)程，改變著生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)發(fā)展提供服務(wù)的能力?！　』诘湫蜕鷳B(tài)系統(tǒng)、區(qū)域或全球尺度生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)和碳循環(huán)機(jī)理的科學(xué)認(rèn)識(shí)，合理地調(diào)節(jié)與管理生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)和碳循環(huán)過(guò)程，是人類(lèi)調(diào)節(jié)地圈一生物圈一大氣圈的相互作用關(guān)系，維持全球生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)與能量循環(huán)，以及促進(jìn)自然資源循環(huán)再生的重要生態(tài)學(xué)途徑，也是全球變化科學(xué)與區(qū)域或全球可持續(xù)發(fā)展科學(xué)研究中最具挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)理論和戰(zhàn)略性的科學(xué)問(wèn)題.要想準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)將來(lái)的全球氣候和水資源變化趨勢(shì)，尋求調(diào)控、管理地球生態(tài)系統(tǒng)的有效途徑，就必須充分了解驅(qū)動(dòng)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和水循環(huán)的各種過(guò)程機(jī)制，了解生物圈對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和水循環(huán)的控制作用，以及生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程對(duì)全球變化的響應(yīng)、適應(yīng)和反饋機(jī)制。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)以氣孔行為控制的植物光合、蒸騰和水分利用為主線，系統(tǒng)地論述了植物光合、蒸騰和水分利用的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)，介紹了生態(tài)系統(tǒng)的光合、蒸騰和水分利用效率變化特征及其模型模擬的基礎(chǔ)知識(shí)和主要的研究進(jìn)展。本書(shū)在論述生物圈與其他圈層間關(guān)系的基礎(chǔ)上，著重論述了植物的氣孔行為及氣孔導(dǎo)度的模擬模型，植物光合作用及其模擬方法，植物蒸騰及其模擬方法，植物的水分利用及其模擬模型，以及基于植物光合、蒸騰和水分利用相互作用關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)碳、水和能量平衡綜合模型?！　”緯?shū)是作者研究團(tuán)隊(duì)多年來(lái)科研工作的總結(jié)，歸納分析了國(guó)內(nèi)外本研究領(lǐng)域的重要進(jìn)展，其目的是為國(guó)內(nèi)從事相關(guān)領(lǐng)域研究的科技人員提供關(guān)于植物光合、蒸騰和水分利用效率方面的參考資料，本書(shū)也可作為相關(guān)領(lǐng)域的研究生基礎(chǔ)教材。

書(shū)籍目錄

第一篇 生物圈與植物的生態(tài)環(huán)境 　1 生物圈與其他圈層的關(guān)系 第二篇 植物的氣孔行為及氣孔導(dǎo)度的模擬模型 　2 氣孔行為的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ) 　3 氣孔導(dǎo)度的環(huán)境響應(yīng)及其模擬 　4 環(huán)境變量函數(shù)乘合的氣孔導(dǎo)度模型 第三篇 植物光合作用及其模擬模型 　5 植物光合作用的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ) 　6 植物光合作用的環(huán)境響應(yīng)模型 　7 植物光合作用的生物化學(xué)模型 　8 植物光合作用與生態(tài)系統(tǒng)碳平衡 第四篇 植物蒸騰作用及模擬模型 　9 植物蒸騰作用的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ) 　10 SPAC系統(tǒng)的水分運(yùn)動(dòng)及其根系的水分吸收 　11 植物的蒸騰作用與生態(tài)系統(tǒng)水分平衡 第五篇 植物的水分利用及其模擬模型 　12 水分利用效率的生理生態(tài)學(xué)基礎(chǔ) 　13 植物光合、蒸騰和水分利用效率的變異性 　14 基于氣孔行為的光合-蒸騰耦合模型及水分利用效率模型 第六篇 生態(tài)系統(tǒng)水碳過(guò)程的區(qū)域模型 　15 其于EALCO模型的典型生態(tài)系統(tǒng)光合-蒸騰耦合關(guān)系分析 　16 基于CEVSA2模型的典型生態(tài)系統(tǒng)水碳交換動(dòng)態(tài)分析 　17 區(qū)域水碳循環(huán)過(guò)程模型及其模擬分析 參考文獻(xiàn) 彩圖

章節(jié)摘錄

　　一般將生物圈中的生物分為植物、動(dòng)物和微生物三大類(lèi)。這三類(lèi)生物在生命的起源、演化進(jìn)程中具有密切的親緣關(guān)系。它們既具有普遍的共性，又各自進(jìn)化出了互不相同的特性.在地球生物圈這個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)中，植物和一部分與植物有親緣關(guān)系的自養(yǎng)微生物是生產(chǎn)者，而包括人類(lèi)在內(nèi)的動(dòng)物是消費(fèi)者，微生物則是分解者，三者息息相關(guān)，生物圈中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)主要由三者的共同作用而運(yùn)轉(zhuǎn)?！　≈参飬^(qū)別于動(dòng)物的特征之一就是植物不需提取現(xiàn)成的有機(jī)物，而是通過(guò)它的根、莖、葉乃至整個(gè)植物體從環(huán)境中吸收水、CO2、礦質(zhì)元素和太陽(yáng)能，利用體內(nèi)特定的生理過(guò)程，把這些無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，變成自身的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。植物通過(guò)光合作用吸收CO2，放出O2，使生物圈中的O2和CO2處于相對(duì)平衡。植物通過(guò)蒸騰作用參與生物圈的水循環(huán)，植物的冠層、枯枝落葉、草本、苔蘚植物等有利于保持水土.植物通過(guò)它的生命活動(dòng)直接或間接地為其他生物提供食物和能量，并對(duì)維持生物圈中的碳氧平衡和水循環(huán)發(fā)揮著重要作用?！　∶恳环N植物，只能在適應(yīng)于它的環(huán)境條件下生長(zhǎng)和發(fā)育。植物的生態(tài)環(huán)境分為非生物因子和生物因子兩大類(lèi)，其中非生物因子包括氣象因子（溫度、光照、空氣等）、土壤因子（土壤的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等）；生物因子包括植物因子（如植物之間的機(jī)械作用、共生、寄生、附生等關(guān)系）、動(dòng)物因子（攝食、傳粉、踐踏等）、微生物因子（陸景陵和胡藹堂，2002）。植物的生態(tài)環(huán)境對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育產(chǎn)生重要、綜合的作用?！　≈参镆揽咳~綠素吸收太陽(yáng)能，并利用太陽(yáng)能進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)，把CO2和水加工成糖和淀粉，放出O2供植物生長(zhǎng)發(fā)育。自然條件下，綠色植物進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物必須有太陽(yáng)輻射作為唯一能源的參與才能完成。植物在光合作用過(guò)程中，主要同化波長(zhǎng)400-700nm的可見(jiàn)光能量，約占總輻射的一半，稱(chēng)為光合有效輻射。光合有效輻射是植物生命活動(dòng)、有機(jī)物合成和產(chǎn)量形成的能量來(lái)源。此外，光的強(qiáng)度、光質(zhì)以及日照時(shí)間的長(zhǎng)短都能影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。2）溫度環(huán)境　　溫度是影響植物活動(dòng)極重要的生態(tài)因子之一。地球表面溫度空間變異很大，溫度隨海拔升高、緯度（北半球）的北移而降低。溫度的變化直接影響植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等生理過(guò)程。每種植物的生長(zhǎng)都有最低溫度、最適溫度和最高溫度。在最適溫度下植物生長(zhǎng)良好，低溫會(huì)使植物遭受寒害和凍害，高溫也會(huì)影響植物的生長(zhǎng)。

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