不同作物农田的土壤呼吸与高光谱的关系

为研究种植不同作物的农田土壤呼吸与高光谱植被指数的关系,选取3种典型夏熟作物冬小麦、油菜籽、蚕豆,于2018年10月至2019年5月进行田间随机区组试验,观测土壤呼吸、土壤温度、土壤湿度的季节动态,并观测NDVI(归一化植被指数)、DVI(差值植被指数)、RVI(比值植被指数)、EVI(增强植被指数)、PRI(光化学植被指数)5种高光谱植被指数和叶绿素SPAD值。结果表明:冬小麦、油菜籽、蚕豆田土壤呼吸季节平均值分别为1.78±0.15、1.35±0.27、1.61±0.22μmol·m^-2·s-1,冬小麦田土壤呼吸显著高于油菜籽田(P<0.05),冬小麦与蚕豆田以及油菜籽与蚕豆田土壤呼吸无显著差异(P>0.05)。冬小麦田土壤呼吸残差(基于温度指数方程的模拟值与实测值的差值)与NDVI、RVI、EVI、PRI、SPAD值均存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系,蚕豆田土壤呼吸残差与NDVI、DVI、RVI、EVI、PRI均存在极显著(P<0.01)相关关系,而油菜籽田土壤呼吸残差与上述植被指数均不存在显著的相关关系,这可能与油菜籽3-4月份花期叶片退化有关。在冬小麦和蚕豆田,可分别建立基于土壤温度、NDVI、RVI、PRI、SPAD值以及土壤温度、RVI的土壤呼吸模型,而油菜籽田土壤呼吸的季节变化仅与土壤温湿度和SPAD值有关。

大豆叶片呼吸与植被指数和叶片性状的关系

为研究大豆叶片呼吸与植被指数和叶片性状的关系,设置田间试验,观测不同生长阶段的大豆顶1叶、顶2叶、顶3叶叶片呼吸及呼吸系数,并观测归一化植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、比值植被指数(RVI)、增强植被指数(EVI)、光化学植被指数(PRI)、红边叶绿素指数(RECI)6种高光谱植被指数以及叶绿素相对含量(SPAD)值、叶片鲜重、叶片干重、含水量、叶面积、比叶面积、氮含量。结果表明:大豆单片叶片呼吸及呼吸系数存在明显的季节变化规律,顶1叶、顶2叶、顶3叶单片叶片呼吸季节平均值分别为(0.157±0.019),(0.162±0.014)和(0.142±0.010)mg·d^(-1),其呼吸系数季节平均值分别为(0.638±0.072),(0.678±0.082)和(0.642±0.076)mg·g^(-1)·d^(-1),顶1叶、顶2叶、顶3叶季节平均单片叶片呼吸及呼吸系数均无显著(p>0.05)差异。不同植被指数的季节动态之间存在差异,RVI,EVI,PRI和RECI在生长季中期的数值相对更大,RVI,EVI,PRI和RECI表现为单峰曲线的变化规律。除大豆生长初期外,随着叶片位置下降,SPAD值、鲜重、干重、叶面积均逐渐下降。叶片含水量随着叶片生长呈现出下降的规律。单片叶片呼吸与气温、PRI存在极显著(p<0.01)相关关系,与RECI、氮含量存在显著(p<0.05)相关关系,基于这4个因子的模型可模拟单片叶片呼吸60.4%的季节变异。呼吸系数与干重、比叶面积存在极显著(p<0.01)相关关系,与气温、SPAD值存在显著(p<0.05)相关关系,基于这4个因子的模型可模拟叶片呼吸系数72.4%的季节变异。本研究显示,大豆叶片呼吸与高光谱植被指数和叶片性状存在内在联系,采用高光谱植被指数可有效模拟不同位置叶片呼吸及呼吸系数的季节变异。