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第 8卷 第 1期
2 0 0 0年 3月
0卜 生态农业研究
Eco agriculture Research
VOI．8 NO．1
M arch．2 0 0 0
玉米群体辐射传输特征 *
莫兴国 林忠辉 项月琴 刘苏峡
— — —
科车磊面 究所 北京 1。o1。1)
s吾l
$31／
摘 要 实鞋观测分析了玉米群体总辐射的透过率、截获率、反射率和消光 系数，结果表 明玉米群
体 总辐射透过率、反射率南 光系数具有 明显 日娈化特征 ；玉米雄穗 开花前后其群体透过率和 截
获率有 显变化；日际反射率随玉1咪生育期而异 ．韧期达 0 23，之后透渐下降至 0．14左右 ；生育靳
平均戾射率约为 0．1 9；总辐射和 净辐射 的消光系数分别为0．51和 O．41。提 出了总体消光系数 的概
念．请系数在观测期较稳定，约为 0．26，依此利用入射总辐射可算出作物群体冠层辐射截获量 ． ，
关键词透过率堇堇兰 反射率清光系统 体 拨；l凝． 壬米 ．袖翱性芊翻驹自
Characteristics of incom ing radiation through m aize canopy．M o Xingguo，Lin Zhonghui，Xiang
Yueqin，Liu Suxia(Institute ofGeography，CAS，Beijing 100101)，EAR，2000，8(1)：1～ 4
Abstract The penetration，interception，reflectance and extinction coefficient of radiation of sum
n,ler maize canopy are analyzed The penetration，reflectance and extinction coefficient al L show 8n
obvious diurnal~,ariation under clear sky：thete aTe remarkable changes{oT interception and pene—
tration before and after flowering．The dafy reflectance decreases along with crop growing period，
which is as high as O．23 at the initial stage and equal to 0．14 at the last growing stage．Over the
whole growing period，the average is about 0．1 g．The canopy extinction coefficients for incident
short and net radiation are 0．51 and O．41．respectively．A concept of butk extinction coefficient is
firstly introduced，which may be easily USed to calculate the absorbed radiation by canopy．The
variation of bulk extinction coefficient LS more stable than that of the traditiona】extinction coeffi-
cient，on average，the bulk extinction coe踊 cient ls about O．26．
Key words Penetration—Interception．RefIectance—Extinction coefficient
农业生态系统的辐射收支、能量平衡和光能利用率的研究均需测定太阳辐射在作物冠层
的透过和反射 ，以便计算冠层辐射传输参数 (截获率、透过率、反射率和消光系数) 作物冠层对
太阳辐射的透过和反射主要取决于叶片光学特性、叶面积指数、叶角分布和地表土壤性状等因
子 同 1种作物不同品种群体平均 叶角差异可能较大 ，如紧凑型和披散型玉米 ，而群体结构的
差异会导致冠层辐射传输参数的明显差异 ]。本项研究依据“鲁玉 10号”夏玉米群体冠层太阳
辐射透过和反射通量的田间测量结果 ，计算分析了该品种玉米群体辐射传输参数及其变化特
征 ，并提出了总体消光系数的概念，以便于利用入射太阳总辐射直接计算作物群体的截获率
· 国 家 自然科学基 金项 目(4977l019，49880330)资 助
收稿 日期 ：1999-08—18 改阿日期；1999—09 18
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2 生 态 农 业 研 究 第 8卷
1 试验材料与方法
试验于 1 994年 、1995年夏玉米生长期间在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行．该
站属太行山山前平原 区，田问作物为“鲁玉 10号”夏玉米。观测期间定期取样测量群体叶面积
指数和群体叶角分布 1994年 7月 1 6日夏玉米群体已封垄时．将英国 Delta—T公司制造的 2
支管状辐射表安放在复玉米冠层上 1m处测定群体入射和反射短波辐射：在距地面 1 5cm 高处
安放 6支管状辐射表．3支用于测定到达地表的入射短波辐射 ，另 3支测定地表的反射短波辐
射 1995年 7月 20日始用澳大利亚产 CN l型净辐射表测定地表的净辐射 用 13本 EKO公
司 MR．21型反射率表和净辐射表分别测定夏玉米冠层顶的反射率和净辐射 。所有测定均采用
澳大利亚 DT公司产 DT100数据采集器 自动采集 每 15s扫描 1次，输出 5rain平均值 观测
结束后对所有辐射表进行标定 。
计算方法 。植被群体辐射传输特征参数定义如下 ：
群体透过率 (r)：
一 n )
群体反射率(n)：
，1
一 姑 J
群体截获率 ( )：
： ： —
(Q,-
～
Qt)-
— —
(
— —
Q
— — —
,
—
-
— — — —
Q
— — —
~,
—
)
Q (3)
消化系数 【K)：
K 一 一 【4)
式中，LAI为夏玉米叶面积指数 ，Q 、 分别为到达夏玉米冠层顶和冠层底的太阳总辐射量 ，
Q 为群体反射辐射 ，Q 为地表反射辐射。
2 结果与分析
2．I 夏玉米群体透过率、反射率与截获率的日变化
地球表面的短波总辐射由太阳直接辐射和大气散射辐射组成。晴天时直接辐射占总辐射
的 80 以上 ，阴天时则以散射辐射为主 直接辐射入射到作物群体时部分直达地面，部分经历
作物叶片散射、吸收和反射等过程到达地面：散射辐射从半球天空入射到作物冠层后经历同样
过程到达地面。由于入射角的差异直接辐射和散射辐射表现出的传输特性差异较大。图 la、b
分别为睛天和阴天夏玉米群体透过率(r)、截获率 ( )和反射率(n)的 日变化过程。晴天时以直
接辐射为主，雹层群体透过率 日变化呈向 j二抛物线形 ，中午高达 0．15，早晚低．为 0．09，这种 日
变化型主要 由太阳高度角决定 ；阴天时以散射辐射为主，入射角无 日变化，透过率呈较平稳 日
变化过程 ，约 0．1。晴天时群体反射率 日变 『七过程呈早晚高．入射角小，群体反射率达 0．23以
上，中午低 ，约 0．16，且变化较平稳 ：阴天时群体反射率稳定在o．17左右 。夏玉米冠层群体截获
率在晴天 因群体透过率与反射率 日变化过程相反．相互补偿．使截获率 日变化较小．刚天时群
体截获率 与晴天基本一致 ，约 0．6j～O．70．
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第 l期 奠兴国等 ：玉米群体辐射传输特征 3
的增加，植被覆盖窀增大等 ”
原因 反射率呈逐渐下降趋 圉 l 晴天(a
,l994—07—31)和 阴天 (b．1994—08 20)夏玉米冠层
势 ；牛长后期 由于夏玉米雄 群体透光率、反射率与截获率的日变化
穗的 出现及 群体结构 的改 Fiz l u删 1 va riati。n can0py radiati0n transmina (f) 1bedo(8)
变、叶片枯黄率增 加及 叶片 andinter~epdon( )of Su~inlel"maize co[ony(a：clear㈣ July 31，]994．
解剖结构的变化 尤葚是 叶 b：cloudy，on August 2O 1994)for a clear and cloudy day
图 2 夏玉米群体反射率随生育期的变化
Fig．2 Daily variation of caIiopy aibedo
肉厚度的变化 ，使群体反射率继续下降至 O．14左右 ，
前后相差 0．09 夏玉米垒生育期平均群体反射率约为
0．1 9。
2．2 夏玉米群体总辐射滑光系数与净辐射滑光系数的日变化
晴天时夏玉米群体总辐射消光系数( )呈抛物型
日变化．早晚高，约 0．55，中午低，约 0．45；阴天时群体
消光系数基本不变，约 0．55，它与群体透过率 日变化
机制相同，只是过程曲线形状相反 (见图 3) 总辐射群
体消光系数 日平均约为 0．51士0．04(见图 4)。用总辐
射消光系数计算冠层辐射截获时，需考虑冠层群体反
射率和地表反射
growing period of洲 me丁m 率
． 否则 会引起
偏差 。为方便起见 ．本文试图提出 一个总体消光系数的概
念．即假设：
l-i—exp(一K6LAI) (j
式中．K 为 总体消光系数，其优点在于考虑了群体反射
的辐射 、土壤吸收的辐射。根据总体消光系数和群体入射
总辐射可直接算出冠层辐射截获量 ，比总辐射消光 系数
更简单、实用 据计算 总体消光系数在夏玉米生育期 内
日变化较稳定，在抽雄前为 0．25．抽雄后为 0．27(见图
4)。总体消光系数的 日变化过程 (见图 3)在 1o：OO～
0『．M 群体总疆射请光暮t
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图 3 夏玉米群体总辐射消光系数 ( )
与总体消光系数( )日变化
j：?。篓妻耋：荨群 兰 誓至 化相比，总体 ：i i urn a[ v ar iati on sof ex。ti nc t。io nc o淌光
系数波动小 观测时段 内的平均值为 。·2 ±n 02
e
。
nt：Ks)for ：l ear d l dY d
(见图 4) 该系数可作为表征夏玉米群体辐射传输的一
。 。
；
。 。
醉 瞄
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4 生 态 农 业 研 究 第 8卷
消光系统分别由抽雄前的 0．1 4、0．64、0．48和 0．25变为抽
雄后的0．1、0．66、。．54和o．27 这一变化主要由夏玉米圉 夏玉米 俸净辐射消光予擞的 变化
雄穗对辐射传输的影响所引起，根据夏玉米抽雄开花前后 “： “ “： ”
透过率变化估算 ，雄穗对透过率影响约为 20％ 此外群体
平均叶倾角开花前为 74。，开花后为 71。．叶片趋于平展 ．使群体消光系数变大。总辐射消光系
数基本在开花前
当，说 明该品种夏玉米群体冠层的叶倾角趋于球形随机分市
3 小 结
夏玉米群体透过率、反射辜和消光系数在晴天呈明显抛物形 日变化过程；阴天呈较平稳 日
变化过程，截获率 日变化较小。群体反射率随夏玉米生育期而异，初期较高，随后呈逐渐下降趋
势 ，全生育期平均群体反射率约为 0、19，总辐射消光系数和净辐射消光 系数分别为 0．51和
0．41。本研究提 出的总体消光系数概念 ，用于计算作物群体辐射截获量，比原用总辐射消光系
数更简单、实用。
参 考 文 献
1 项月琴．周危华，崔 芳 冬小麦群 对总辐射截获的测量 农田作物环境实验研究 北京 ：气象出版社，1 990．104
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3 Sellers P．J Caaopy reflectance photosynthesis and transpiration Im．J Remote se~ ing 1985，6(8)：1335
4 Momeith J．L Pri~iplos 0 ⋯ 】⋯ meⅡta J physics Arnold 1 973
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