氮素、品种及光照对水稻冠层叶片SPAD读数的影响

借助SPAD计可以确定水稻生产过程中的氮肥施用量,但该方法受到很多因素的影响。通过研究氮素水平、品种、光照条件对水稻冠层叶片SPAD读数的影响。发现水稻冠层叶片SPAD读数,在水稻生长周期内具有规律性的动态变化,经历3个"上升—下降"阶段,且受到水稻品种、氮素用量的影响。随着水稻冠层叶片年龄增加,上下叶位之间的SPAD读数差异扩大,第一叶位叶片和其他叶位叶片SPAD读数差异最大,且随着施氮量的增加上下叶位SPAD差值减少。水稻叶片SPAD读数对于光照的响应,不同品种表现出不同的变化。因此,在应用SPAD计诊断氮肥施用量时,需要根据不同的水稻品种,针对水稻生长的生理周期采用不同的SPAD阈值,来指导氮肥的施用,此外,可以利用水稻上下叶位叶片SPAD读数差异来指导氮肥施用。

雷竹冠层叶片反射光谱特征及其对叶片水分变化的响应

[目的]研究雷竹冠层叶片反射光谱特征及其水分敏感波段,筛选与叶片水分指标相关性较高的光谱指数,为雷竹叶片水分的非破坏性估算提供参考。[方法]以重要笋用竹种雷竹为研究对象,通过自然失水法研究叶片反射光谱对叶片水分变化的响应特征,以常用反射光谱指数对叶片水分指标进行相关性检验,对不同反射光谱指数与叶片相对含水量进行了回归方程拟合。[结果]雷竹叶片含水量与其光谱反射率在近红外区呈负相关关系;光谱反射率敏感性分析表明,在1400~1600、1800~2000nm波段附近,光谱反射率对叶片水分变化较其他波段敏感;不同光谱指数与叶片水分指标的相关性分析及回归方程拟合结果表明,在所选光谱指数中水分胁迫指数MSI(R820/R1600)、比值指数SRI(R1300/R1450)与叶片相对含水量的拟合效果较好。[结论]雷竹叶片水分含量与其光谱反射率在近红外区,尤其1400~1600、1800~2000nm波段附近呈负相关关系,水分胁迫指数MSI(R820/R1600)、比值指数SRI(R1300/R1450)对雷竹叶片相对含水量的估算精度较其它光谱指数更高。

超高产杂交稻‘华安3号’冠层不同衰老程度叶片的光合功能

较系统地研究了抽穗期超高产杂交稻‘华安 3号’(‘X0 75’ב紫恢 10 0’)冠层顶部 5片叶片的光合功能。结果表明 ,‘华安 3号’剑叶的光系统Ⅱ (PSⅡ )光化学最大效率 (Fv/Fm)、开放的PSⅡ反应中心捕获激发能效率(Fv′/Fm′)、PSⅡ电子传递量子效率 (ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数 (qP)、表观电子传递效率 (ETR)、光合色素尤其是叶绿素 (Chl)和类胡萝卜素 (Car)中的新黄素、黄体素和 β_胡萝卜素 (β_Car)的含量等均优于其下的各叶 ,而PSⅡ的激发压力 (1_qP)低于其它叶片。经对叶片低温 (77K)荧光发射光谱的Gaussian解析 ,与其它各叶片相比 ,剑叶PSⅡ核心天线复合物CP4 7和光系统Ⅰ (PSⅠ )的含量较高 ,而非活性的PSⅡ捕光色素蛋白复合体 (LHCⅡ )聚集态含量较少。研究证明 :1)水稻在决定籽粒产量的生育后期 ,其干物质的积累主要是由冠层最上面的 3片叶的光合作用所提供 ;2 )在叶片衰老过程中 ,光合反应中心的衰老早于天线系统 ;3)杂交稻的光保护途径之一 ,可能在于光抑制条件下通过增加PSⅠ含量及其对光能的吸收并刺激环式电子传递高速运转 ,从而对光合器起保护作用 ;4 )水稻叶片在衰老过程中 ,可能通过部分Chlb还原为Chla ,以降低LHCⅡ的含量 ,从而减少对光能的捕获 。

基于多视角反射光谱的冬小麦冠层叶片氮素营养监测研究

通过2个蛋白质含量不同的冬小麦品种和4个氮素水平的试验,研究传感器在垂直冬小麦垄平面上,冠层不同观测角度的反射光谱与叶片氮素营养的关系,改进小麦冠层氮素光谱诊断的理论与方法。结果表明,在本试验选择的7种植被指数光谱特征参量中,2个小麦品种均表现为比值植被指数(RVI[670,890])与冠层叶片氮素含量(CLNC)相关性最高;不同视角的RVI与冠层叶片氮素含量关系中,0°、30°和90°的相关性最高;利用0°、30°和90°的RVI与CLNC进行模型拟合,其模型的决定系数是0°>30°>90°;在建立的0°模型中,京411小麦模型RMSE为0.2915,预测准确率为90.2%,中优9507模型RMSE为0.3827,预测准确率为87.2%。本研究证明改变反射光谱观测角度,能够提高冠层叶片氮素含量的光谱预测精度,不同小麦品种其光谱特征与冠层叶片氮素含量关系不同,在应用中要根据不同的小麦品种建立相应的模型。

干旱条件下冬小麦籽粒灌浆期冠层叶片衰老特性研究

以冬小麦品种西农961、小偃6号、陕229为供试材料,研究了干旱条件下冬小麦不同品种冠层叶片衰老特性。试验结果表明,籽粒灌浆期冬小麦不同品种叶片衰老特性存在差异。与西农961和小偃6号相比较,陕229的叶绿素含量较高且降低趋势最缓慢;3个品种在开花后可溶性蛋白含量均呈现先升高后降低的趋势,在开花后第12 d达到最大值,其中陕229的可溶性蛋白质含量在灌浆中期降低速率较为缓慢;陕229的过氧化氢酶(CAT)活性在灌浆后期较高,降低速度慢,持续时间长;整个灌浆期间陕229的丙二醛含量最少,膜质过氧化程度最低,叶片衰老程度最慢。

冬小麦生育早期冠层叶片光谱的特征与应用

利用不同测试方法对冬小麦返青期和拔节期的冠层叶片反射光谱进行了测量,分析了反射光谱与叶绿素质量浓度之间的相关关系。分析结果表明:处于返青期的小麦由于生长较为稀疏,冠层叶片反射光谱受到裸露地面等外界因素的影响,反射率和NDVI值与叶绿素的相关性差。拔节期由于地表覆盖率提高,反射率和NDVI值与叶绿素之间的相关性较好。返青期和拔节期冠层叶片反射光谱曲线的"红边"位置与叶绿素之间的相关性,可以较好地反映其叶绿素的质量浓度。通过实验分析两者之间的相关性,分别建立了返青期和拔节期叶绿素质量浓度线性预测模型和二项式模型,结果显示模型可用于冬小麦冠层叶片叶绿素质量浓度的无损检测预测。比较了植被指数NDVI值的不同获取方法,提出了不同生长阶段测试方法的选择方案,为冠层叶片叶绿素检测以及精细追肥提供技术支持。

超高产基因型小麦冠层叶片生理特性及与有关产量性状的关系

以 14个不同基因型小麦为试验材料 ,对超高产基因型小麦冠层结构的生理特性及其与有关产量性状的相关性进行了研究。结果表明 ,小麦超高产基因型与非超高产基因型相比 ,其冠层叶片具有明显的生理优势 ,表现为 :①灌浆中期至灌浆结束 ,叶面积指数一直维持较高水平 ;②冠层透光率在抽穗期叶面积指数较大时较高 ,中后期叶面积指数较小时较低 ;③叶绿素含量平均高 1 1%～ 15 6 % ;④SOD酶活性高 5 6 %～ 16 0 % ;⑤MDA含量从抽穗一直到灌浆后期保持较低水平 ;⑥上三叶光合速率平均高 15 6 %。相关分析表明 ,叶绿素含量、SOD酶活性与单位叶面积粒数、单位叶面积粒重、穗粒数、千粒重、籽粒产量呈显著正相关 ,MDA与上述 5个产量性状呈显著负相关。

紧凑型小麦冠层叶片对籽粒的影响

为了研究紧凑型小麦冠层叶片对籽粒的影响,选用紧凑型小麦高优503、郑麦004、济麦20为材料,对小麦冠层叶片的叶绿素含量、光合速率及不同剪叶处理籽粒灌浆期的千粒重进行测定。结果表明:紧凑型小麦冠层叶片叶绿素含量表现为旗叶、倒2叶>倒3叶;光合速率表现为旗叶>倒2叶>倒3叶;旗叶对强势粒和弱势粒的影响最大,冠层叶片对强势粒的影响是旗叶、倒3叶>倒2叶,而对于弱势粒则是旗叶>倒3叶、倒2叶。

苹果冠层/叶片高光谱数据库系统的设计与建立

设计与建立苹果冠层/叶片高光谱数据库,实现苹果冠层/叶片高光谱数据的获取、整理、存储与应用分析,可以为苹果养分含量的高光谱遥感反演提供数据服务和支持。利用ASD Field Spec 3地物光谱仪采集的苹果冠层/叶片高光谱数据,在Microsoft Visual Studio 2010开发环境下,基于C#语言与SQLServer 2008关系型数据库,采用C/S开发模式,设计与建立了苹果冠层/叶片高光谱数据库系统,完成了对高光谱数据批量录入、存储、导出与数据处理多项功能。

水稻冠层叶片SPAD数值变化特征及氮素营养诊断

建立水稻Oryza sativa氮营养诊断模型,实时反映水稻植株氮素营养状况,对水稻田间管理至关重要。于2015年在浙江省德清市开展田间试验,选择‘甬优538’‘Yongyou 538’和‘秀水134’‘Xiushui 134’作为代表品种,设置5个施氮水平0(N0),70.0(N1),140.0(N2),210.0(N3),280.0(N4)kg·hm-2,通过研究不同施氮水平下2个水稻品种冠层叶片作物分析仪器开发值(SPAD)变化规律,探究5个不同施氮水平下植株氮质量分数的变化趋势,并利用归一化SPAD指数(INDSPAD14)估算植株氮质量分数。结果表明:顶4叶相较其他叶片更能指示水稻植株氮质量分数,归一化SPAD指数与N0~N4所有不同施氮量组别之间冠层叶片氮质量分数呈显著正相关(P<0.05),‘甬优358’水稻品种决定系数为0.69~0.96,‘秀水134’品种决定系数为0.64~0.94。该指数可以对水稻冠层叶片氮质量分数快速估测。

测定稻麦冠层叶片铅直分布的实用模式

作物群体结构和冠层中的光、温、湿、动量通量和CO_2通量等的分布之间有着密切关系,它是农田小气候形成机理的研究对象之一。而作物冠层叶片铅直分布是群体结构研究的一个重要部分。前人提出的一些经验公式中的经验常数有赖于作物群体密度的测定,且在较长的生长季节中非一致地变化,加之从实验资料中计算经验常数也是一件费时的工作,所以这些经验公式难以在实际工作中应用。因此,有必要探索一个实用性较强的分布模式。

陆地棉与海岛棉不同冠层部位叶片的6种元素含量特征

探究陆地棉与海岛棉不同冠层叶片6种矿质营养元素的吸收特性,为调控棉花的营养需求分配奠定理论基础。选用新陆早33号和新海36号为试验材料,标记主茎上部第一片展开叶片为倒1叶,依次按照顺序选择倒2叶,倒4叶,倒6叶,倒8叶,测定C、N、P、K、S、Mg含量。结果表明:新海36号不同冠层部位叶片的N、K、P含量均高于新陆早33号,S、Mg均低于新陆早33号。元素两两之间存在显著相关性,分别是C与N,C与P,N与P,S与Mg;C与S、Mg,N与S、Mg,K与Mg,P与S、Mg的各元素之间呈极显著负相关。叶片中元素含量为C>N>K>S>Mg>P,其变异系数分别为:5.8%、18.9%、21.5%、31.2%、27.7%、33.3%。综上,在同一种植条件下陆地棉与海岛棉养分吸收的特性不同。新海36号对N、K、P元素的需求要高于新陆早33号,但对S、Mg的需求量较低。棉花冠层不同部位叶片中C、N、P三种元素之间呈显著的正相关,其中N、P元素随冠层部位向下含量降低,且C、N、P元素均与S、Mg元素呈极显著负相关。叶片中含量较低的元素具有稳定性较低,流动性较强的特征。

不同砧木甜樱桃树冠层叶片群体比较

据（Scientia Homculturae》（2012年3月）的一篇研究报道，来自匈牙利科维努斯布达佩斯大学园艺科学系研究人员对不同砧木甜樱桃树冠层叶片群体做了调查研究。为找到高密度种植樱桃果园里树冠最佳叶面积指数，研究人员调查了不同砧木上甜樱桃树的叶片群体特性及不同砧木对叶面积指数的影响，调查内容包括测算总叶面积、叶重和叶片数量，并计算了评估叶群体分布的不同指标。

基于遥感反演的中国森林冠层叶氮浓度空间格局初步研究

森林冠层叶氮浓度(CNC)是森林生态系统生产力模拟的重要参数,因此获取并揭示我国森林CNC的空间分布格局对于准确评估我国森林生态系统生产力和碳通量都具有重要意义。本研究通过实测我国典型森林冠层叶片氮浓度并使用EO-1 Hyperion高光谱数据,建立CNC与近红外反射率(NIR)的统计模型,然后结合中分辨率成像光谱仪(MODIS)的反射率数据,实现生长季中国森林CNC的反演和分析,并进行了初步验证。结果表明:1)基于多种森林类型的采样数据,CNC与Hyperion NIR之间存在显著正相关关系(R^2=0.75,P<0.0001);2)反演的我国森林CNC分布格局大致呈现东南高、西北低的空间特征,其中海南省森林CNC均值最高,而天津市的最低;3)反演的中国森林CNC介于0.49~3.63 g/100 g之间,平均为2.24±0.28 g/100 g,处于全球森林植被叶氮浓度范围之内;4)反演的CNC与实测值的相关系数为0.52,RMSE为0.43 g/100 g,说明反演结果可以基本反映出我国森林CNC的空间格局和统计特征,但部分区域存在一定高估。森林CNC空间格局主要受森林植被功能型空间变异的影响,未来应对单一森林类型CNC的反演进行详细评估。本研究对于优化全国尺度森林生产力模拟具有重要意义。

干旱胁迫下雷竹叶片叶绿素的高光谱响应特征及含量估算

植物叶片的反射光谱特征与叶绿素含量密切相关。以重要的笋用竹种雷竹(Phyllostachys violascens)为研究对象,采用盆栽及控水试验方法研究了2年生雷竹在干旱胁迫条件下冠层叶片反射光谱的响应特征,分析了叶片叶绿素含量与不同波段光谱反射率一阶微分值以及光谱特征参数之间的相关关系,并以雷竹叶绿素含量敏感波段及构建的植被指数与叶绿素含量进行了拟合。结果表明,重度缺水处理后雷竹叶片叶绿素含量显著降低,在可见光区叶片光谱反射率随叶绿素含量的降低而增加,以波长493、639、693、756 nm等处的光谱反射率一阶微分值与叶绿素含量的相关性较高。雷竹叶片叶绿素含量与光谱特征参数如绿峰反射率、红谷反射率、蓝边面积、绿峰面积之间的相关性较高。与已有的植被指数相比基于雷竹叶绿素含量敏感波段修正后的植被指数与叶绿素含量相关性优于原植被指数。基于反射率一阶微分值构建的多元回归方程以及修正的绿色归一化植被指数(m GNDVI)构建的回归方程拟合效果较好,为雷竹叶绿素含量的较优估算方程。研究结果可以为雷竹叶绿素含量的快速无损测定以及季节性干旱条件下雷竹林的科学经营及灾后评估提供依据。

毛竹林叶片磷和钾含量的不同尺度光谱响应研究

研究不同尺度光谱对毛竹林叶片磷和钾含量的响应机制,对实时掌握毛竹林生长状况和营养水平有理论意义和实践指导价值。以毛竹林叶片与冠层2个尺度的原始光谱为数据源,通过一阶微分光谱等光谱变换,采用回归统计分析构建不同尺度磷素和钾素含量与敏感波段的光谱估算模型,并对其稳定性和预测性进行精度评价。结果表明:叶片光谱分析中以磷含量一阶微分光谱为变量的线性回归方程模型拟合精度高达74.90%,且在建立专一性较高的磷素含量估算模型上更有优势;冠层光谱分析中以钾含量一阶微分光谱为变量的线性方程模型拟合精度高达78.71%,且在建立专一性较高的钾素含量估算模型上更有优势;同时,一阶微分光谱可降低空间异质性以提高光谱估算模型反演精度。

无人机高光谱数据的辣椒SPAD值反演

为了建立更加稳定、预测能力更强的辣椒叶绿素含量反演模型,该研究基于无人机高光谱数据和实测叶绿素相对含量(SPAD值),分别利用原始光谱及其他变换光谱与SPAD值进行相关性分析,用最大相关系数法(MCC)选取相关性较好的特征波段生成特征波段数据集,再用遗传算法-偏最小二乘法(GAPLS)进行降维得到最优特征波段组合,采用偏最小二乘法(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)、最小二乘支持向量机(LSSVM)和遗传算法优化的最小二乘支持向量机(GA-LSSVM)5种机器学习算法构建辣椒叶绿素含量反演模型。结果表明:辣椒叶片SPAD值与高光谱反射率成反比;辣椒叶绿素的敏感波段主要集中在400~700 nm;经过一阶微分处理后的光谱与SPAD值相关性最好,671 nm波长下一阶微分光谱与叶绿素含量呈最大负相关,相关系数为-0.69;基于倒数对数光谱建立的模型普遍精度较高;模型中表现最好的为基于微分光谱搭建的GA-LSSVM模型,其决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)值分别为0.84、1.41、2.24,其次是基于倒数对数光谱的RF模型,其R2、RMSE和RPD值分别为0.83、1.57、2.13。

水分胁迫下棉花冠层叶片高光谱数据生物量变化研究

利用美国产ASD地物光谱仪,获取新疆北部地区棉花冠层关键生育时期的高光谱数据,采用红边积分面积变量估测棉花冠层叶片的全氮含量,对反射光谱进行一阶微分,应用一阶微分光谱数据,衍生出基于光谱位置变量的分析方法,以红边积分面积(SDr)为自变量,冠层全氮(TN)含量为因变量,做相关分析与处理,构建新陆早．6号红边积分面积与冠层叶片TN含量的相关数学模型．研究在不同水处理条件下,对棉花冠层单叶叶绿素含量和单叶全氮含量做相关分析．结果表明,叶绿素含量与TN含量呈显著的正相关(R=0．8723,n=39),叶绿素含量能有效的估计棉花单叶TN含量;红边积分面积变量与冠层TN含量呈显著的相关性,相关系数是0．7394(n=40),利用构建的相关模型可以较为精确地估测棉花两个品种新陆早6号与8号冠层叶片的全氮含量,RMSE分别为0．3859和0．4272．研究认为红边积分面积变量具有预测棉花冠层全氮含量的应用潜力,研究得出利用3边面积变量构造的数学模型对反演作物冠层TN含量有较高应用价值．研究认为,红边位移现象结合红边幅度的变化的研究,用于诊断棉花水分胁迫也是可行的,关键是建立相应合理的诊断指标体系．

陆地生态系统碳氮水循环的关键耦合过程及其生物调控机制探讨

陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约评估陆地增汇/减排效果,预测分析全球变化对生态系统生产力和固碳功能影响的瓶颈性问题。本文在综合分析陆地生态系统碳氮水循环的耦合过程基础上,论述了制约生态系统碳氮水循环空间格局耦联关系的生物地理学机制,制约典型生态系统碳氮水循环耦合关系的生物生理生态学机制,以及典型生态系统碳氮水耦合循环的关键生物物理和生物化学过程。重点评述了生态系统碳氮水耦合循环的主要过程及其生物调控机制研究进展,包括:(1)植物叶片冠层生物学过程和根系冠层生物学过程及其对生态系统碳氮水耦合循环控制机制,以及二者之间的关联与互作关系;(2)土壤微生物功能群网络及其对碳氮循环过程的影响;(3)生态系统碳氮水交换通量的时空变化规律,以及生态系统的生态化学计量学理论与实践。本文最后还简要介绍了国家基金委重大研究项目"森林生态系统碳氮水耦合循环的生物控制机制"的研究思路及其主要研究内容。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。