基于叶绿素荧光发射光谱的光能利用率探测

该文从光合作用光谱探测角度出发,研究基于自然光下植被叶绿素荧光光谱的植被光能利用率遥感探测的可行性。设计了日变化试验,获取植被光合、光谱及荧光参数,分析光能利用率的影响因素和光谱探测方法;基于叶绿素荧光夫琅和费(fraunhofer)线探测原理,计算植被冠层在2个氧吸收波段(688nm和760nm)叶绿素荧光发射光谱;并在此基础上建立了基于荧光发射光谱的光能利用率统计模型,并与基于光化学植被指数的光能利用率统计模型进行了对比。研究结果表明:PSII(photosystemⅡ,光系统II)光下量子产量与光能利用率显著正相关(R2=0.802),证实了通过叶绿素荧光来定量探测光能利用率是可行的;688nm和760nm荧光均与植被光能利用率显著相关,相比光化学植被指数光能利用率统计模型(R2=0.646),基于荧光的光能利用率的统计模型精度更高,决定系数R2达到了0.799。因此,叶绿素荧光信号更能用于跟踪短期植被光能利用率变化。植被自然光下荧光光谱信号能够为光能利用率遥感探测提供一条新的途径。

冠层光能利用率的叶绿素荧光光谱探测

设计了玉米生长期日变化试验,同步获取玉米冠层光谱和通量观测数据,探究从植被发射荧光光谱角度实现植被光能利用率可靠反演的可能性。运用涡度相关法获取群体生态系统净生产力(NEP),通过呼吸作用拟合得到冠层总初级生产力(GPP);在此基础上结合吸收光合有效辐射(APAR)获取冠层光能利用率(LUE);同时,利用叶绿素荧光光谱分离算法,提取了光合作用叶绿素荧光绝对强度和相对强度。结论表明,植被发射荧光光谱与光合有效辐射(PAR)显著正相关,760nm波段荧光与PAR的复相关系数R2在0.99以上;叶绿素荧光绝对强度与NEP和GPP显著正相关,荧光和NEP对环境日变化具有类似的响应特征;688nm和760nm植被发射的叶绿素荧光相对强度与LUEGPP存在可靠负相关关系,即叶绿素荧光强度越大,光能利用率越低。同时,通过比较几种植被指数与各种光合参量的相关性表明,叶绿素荧光能够更好的跟踪植被光合状态的变化,更适宜于植被光能利用率的探测。