以冠层反射光谱监测水稻叶片氮积累量的研究

作物氮素状况是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,对作物氮素精确诊断与管理具有重要意义。本文以不同施氮水平下的4年田间试验为基础,研究了水稻叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示,在冠层单波段反射率中,460 nm、510 nm及760~1 100 nm的光谱反射率与冠层叶片氮积累量的相关性较好;近红外波段(     

小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱指数的定量关系

利用不同小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验数据，研究了小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱间的定量关系。结果显示，不同试验中拔节后叶片氮积累量均随施氮水平呈上升趋势，同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异。对于低、中、高蛋白质含量的品种类型，近红外区域若干相邻波段和可见光波段组成的比值植被指数与单位土地面积上叶片氮素积累量的相关关系均表现较好，因此可用760、810、870、950和1100nm反射率的平均值与660nm组成的比值植被指数对不同蛋白质类型小麦品种的叶片氮素积累量进行定量监测，但回归方程的斜率在不同类型品种之间存在显著差异。本研究确立的小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系可用于不同的小麦品种、生育时期和施氮水平，为小麦氮素营养的监测诊断与精确施肥等提供理论依据和技术途径。     

小麦叶片氮素状况与冠层反射光谱指数的关系

利用不同小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验数据,研究了小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱间的定量关系。结果显示,不同试验中拔节后叶片氮积累量均随施氮水平呈上升趋势,同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异。对于低、中、高蛋白质含量的品种类型,近红外区域若干相邻波段和可见光波段组成的比值植被指数与单位土地面积上叶片氮素积累量的相关关系均表现较好,因此可用760、810、870、950和1 100 nm反射率的平均值与660 nm组成的比值植被指数对不同蛋白质类型小麦品种的叶片氮素积累量进行定量监测,但回归方程的斜率在不同类型品种之间存在显著差异。本研究确立的小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系可用于不同的小麦品种、生育时期和施氮水平,为小麦氮素营养的监测诊断与精确施肥等提供理论依据和技术途径。     

‘天达2116’提高冬小麦抗低温冷害生理特性的研究

为了探讨‘天达2116’对冬小麦膜稳定性的影响,通过室内栽培冬小麦幼苗,在人工气候箱内模拟低温(2℃)冷害条件,冷害前后对冬小麦叶片喷施‘天达2116’,采用紫外-可见分光光度法、NBT光还原法、硫代巴比妥酸比色法、Bradford法和蒽酮比色法分别测定冬小麦叶片叶绿素含量、过氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量,研究‘天达2116’对冬小麦抗低温冷害生理生化指标的影响。结果表明,‘天达2116’对低温冷害冬小麦叶片叶绿素含量和SOD活性的影响差异显著;低温冷害处理后冬小麦叶片MDA、可溶性糖含量增加,经‘天达2116’处理后可使两项指标均显著下降;随着冷害时间的延长,MDA、可溶性糖含量均呈现先下降后上升的趋势;低温冷害处理对冬小麦叶片可溶性蛋白含量影响较小。‘天达2116’对冬小麦叶片的生长状况起到积极的保护作用,能够提高冬小麦抗低温冷害的能力。     

不同氮素水平对小麦孕穗期生育特性的影响

为了明确不同氮素水平对小麦生长发育的影响,提高氮素利用效率,以‘豫麦49’为材料,通过设置4个不同的氮素处理,对小麦孕穗期株高、叶面积系数、叶片鲜干重、茎鞘鲜重和干重、根鲜重和干重、根体积等形态指标以及小麦叶片中的叶绿素、丙二醛(MDA)和可溶性糖含量等生理指标的测定。结果表明,在一定范围内增施氮肥可以明显提高小麦株高、叶面积系数、叶片鲜重和干重、茎鞘鲜重和干重、根体积,但施氮水平达到240 kg/hm2后,增幅不明显。叶绿素和可溶性糖含量随施氮量的增加而增加,但MDA含量随施氮量的增加而减少。试验表明,施氮量为180~240 kg/hm2时有利于小麦孕穗期的生长发育。     

利用高光谱参数预测水稻叶片叶绿素和籽粒蛋白质含量

通过温室水培试验,测定2个品种、4个供氮水平的水稻剑叶在抽穗期后不同生育期的高光谱反射率,及对应叶片的叶绿素、全氮以及籽粒蛋白等生化组分的含量。结合水稻光谱曲线特征以及氮素营养胁迫特点,利用统计相关分析法,研究了9个植被指数和8个微分参数与叶片叶绿素、全氮含量的相关性,结果表明这些相关性均达到正显著水平     

小麦叶片叶绿素荧光参数与反射光谱特征的关系

以宁麦9号(低蛋白质含量)、淮麦20(中蛋白质含量)和豫麦34(高蛋白质含量)为试材,设0~300 kg hm^-2不同施氮水平,经2003—2004年和2004—2005年田间试验,对小麦顶部4张叶片叶绿素荧光参数和反射光谱特征的变化规律及其相互关系进行了分析。结果表明,小麦叶片叶绿素荧光参数F_v/F_m和F_v/F_o随施氮水平提高呈上升趋势,同时叶片光谱反射率在不同施氮水平、叶位和生育期均有明显差异。小麦植株顶1叶和顶2叶反射光谱在可见光区（520~680 nm）和近红外区（750~850 nm）与叶绿素荧光参数稳定相关。顶端2张叶片的植被指数DVI(750, 550)、DVI(735, 690)和TVI(750, 670, 550)与荧光参数F_o、F_m、F_v、F_v/F_m、F_v/F_o、F_s、F_m’、F_o’、F_v’、F_v’/F_m’的相关性均较好,其中DVI(750, 550)的相关性最好,且回归系数在不同品种和不同生育期之间没有显著差异。表明利用小麦叶片反射光谱监测其叶绿素荧光参数是可行的。     

高温、加富CO_2耦合对温室黄瓜光合作用及叶片衰老的影响

为了研究高温条件下,加富不同浓度CO_2对光合作用及叶片衰老的影响。以温室嫁接黄瓜为试材,研究了高温、加富不同浓度CO_2条件下黄瓜叶片的生长量、净光合速率及SPAD值的变化及功能叶和老叶中淀粉、可溶性糖和丙二醛(MDA)含量的变化,结果表明:与对照相比高温与不同浓度CO_2耦合,在处理7~19 d均提高了黄瓜叶片的净光合速率及SPAD值,但高温+高浓度CO_2处理,在试验开始13 d达到最大值后下降;高温+中浓度CO_2处理的黄瓜叶片的净光合速率及SPAD值,在叶片生育期10~19 d均显著高于对照、高温+低浓度CO_2以及高温处理。高温+高浓度CO_2处理的老叶与功能叶相比,淀粉含量显著上升,可溶性糖含量显著下降;而高温+中低浓度CO_2处理的老叶与功能叶的淀粉及可溶性糖含量并未出现明显变化。高温+高浓度CO_2处理的老叶丙二醛含量较功能叶显著增加,且老叶中丙二醛含量显著高于对照、高温+中低浓度CO_2及高温+低浓度CO_2处理。说明高温条件,加富高浓度CO_2能够快速促进光合作用增加,但会加速叶片老化,加富中浓度CO_2和低浓度CO_2能够促进光合作用持续增加,延缓叶片老化。     

稻瘟病胁迫下水稻叶片叶绿素含量与光谱特征参数的相关性研究

为实现受稻瘟病侵染水稻叶片叶绿素含量的高光谱反演,以‘陵两优268’为研究对象,测定受稻瘟病侵染的85个水稻叶片样品的叶绿素含量和高光谱反射率,分析受稻瘟病侵染的水稻叶片高光谱反射率与叶绿素含量间的相关关系,使用线性与非线性回归技术建立叶绿素含量反演模型。结果显示:叶绿素含量与原始光谱及一阶导数光谱的敏感波段分别发生在700 nm和752 nm,基于光谱特征参数SDr的回归模型均方根误差为1.27,平均相对误差为10.2%。研究表明受稻瘟病侵染水稻叶片光谱反射率差异明显,基于光谱特征参数SDr的回归模型预测叶绿素含量具有较高的精度。     

棉花功能叶片色素含量与高光谱参数的相关性研究

叶片色素状况是评价植株光合能力、监测生长状况和预测产量潜力的重要指标,高光谱遥感技术为快速无损监测作物叶片色素提供了有效手段.本研究以4个棉花品种在3个施氮水平下的2年田间试验为基础,通过测定棉花(Gossypium hirsutum)功能叶片的高光谱反射率及对应的色素(叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a b、类胡萝卜素)含量,定量分析了叶片高光谱参数与色素含量之间的相关关系.结果表明,与棉花功能叶片各色素指标相关性比较好的高光谱波段主要分布在500～700 nm;由敏感波段构建的光谱指数与各色素指标的相关性均在0.50以上;且红边最小值(Lo)可以作为共同的高光谱指数来估测不同棉花品种不同氮素水平下功能叶片的叶绿素总量(组合品种的R2为0.67).因此,通过高光谱参数来估算棉花功能叶片色素含量是可行的.     

棉花冠层高光谱指数与叶片氮积累量的定量关系

利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱植被指数(VI),分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮积累量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮积累量和冠层高光谱反射率均随不同施氮水平显著变化;棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的红谷波段和750~900 nm的近红外波段,叶片氮积累量与光谱指数NVD672有密切的定量关系,且不同品种可以用统一的方程来描述,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供了技术支持。     

弱光条件下不同穗型小麦品种旗叶光合特性和抗氧化代谢

在大田试验条件下,比较了大穗穗型小麦品种泰农18和多穗型品种济南17的叶绿素含量、净光合速率(P_n)、可溶性蛋白和总糖含量、抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量对不同程度弱光响应的差异,为黄淮麦区小麦高产稳产栽培及品种选用提供理论依据。从开花期至成熟期分别对两品种进行25%(S1)、50%(S2)和90%(S3)的弱光处理,以正常光照(S0)为对照。结果表明,S1和S2处理提高了小麦灌浆期内旗叶叶绿素含量和最大光化学效率(F_v/F_m),而S3处理提高了花后0~6 d旗叶叶绿素含量和F_v/F_m,之后显著低于对照;随弱光程度增强旗叶花后实际光化学效率(Φ_PSII)升高,而叶绿素a/b比降低。S2和S3处理显著抑制了旗叶抗氧化酶活性,降低了旗叶P_n、可溶性蛋白和可溶性总糖含量;而S1处理增强了旗叶超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,提高了小麦旗叶P_n、可溶性蛋白和可溶性总糖含量。相同处理条件下,与泰农18相比,济南17的旗叶叶绿素含量较高,光系统II (PSII)活性较强,同时抗氧化酶活性下降较慢,膜脂过氧化程度低,使叶片功能免受破坏,保证了光合作用的进行。75%光照条件下(S1)的小麦抗氧化酶具有较高活性,叶片膜脂化程度低,抗逆性较强,旗叶P_n高值持续期长,有利于光合产物的积累。多穗型品种比大穗型品种更能适应黄淮麦区小麦生育后期光照不足的生产条件。     

基于吸收、透射和反射光谱预测水稻叶绿素含量研究

选择基于吸收率和透射率的叶绿素含量定量反演波段组合,构建叶绿素含量光谱估测模型寻找基于吸收、透射和反射光谱预测叶绿素含量的波段。以3个水稻品种临稻11,圣稻13和阳光200为材料,进行田间实验。比较水稻叶片吸收、反射及透射光谱曲线和一阶导数光谱曲线,发现440、480、630nm和681nm为叶绿素吸收峰的实际发生波段位置,其中630nm波段处的叶片光谱吸收率(A)、透射率(T)和反射率(R)之间相关性最好。比较三者之间的相关性,吸收率与透射率的相关性最强。630nm波段处的叶片光谱吸收率、透射率和反射率与叶绿素含量之间的相关性均达到极显著水平。回归分析表明基于440、480nm和681nm3个波段光谱吸收率线性模型,440、480nm和630nm3个波段光谱透射率线性模型估测叶绿素a含量,480、630nm和681nm3个波段光谱透射率线性模型估测叶绿素b含量,与单独使用630nm光谱变量估测叶绿素含量比较,在4个生育期估测精度均有显著提高,其中以叶绿素a和叶绿素总量的估测效果最好。     

基于近红外波段玉米叶绿素含量最佳预测模型研究

为了进一步探究近红外波段玉米光谱反射率与其叶绿素含量之间的关系,笔者采用线性和非线性法对玉米叶绿素含量与近红外波段光谱反射率及植被指数之间的关系进行分析,建立叶绿素含量最佳预测模型。结果表明：在近红外波段,光谱反射率与玉米叶绿素含量的相关性较大;叶绿素含量与RVI(R1001/R760)、RSI(R765/R720)、NDVI(R990-R760)/(R760+R990)、NDSI(R813-R763)/(R813+R763)、CCI(D794/D763)等植被指数均达极显著相关,其中与NDVI的相关性最大,为0.91。基于近红外波段的植被指数建立玉米叶绿素含量预测模型中,采用RVI、RSI、NDVI、NDSI所建的二次多项式模型其决定系数R2均高达0.75以上。采用990、760nm处的归一化植被指数NDVI建立的二次多项式为玉米叶绿素含量最佳预测模型,其具有最大决定系数(R2=0.855),较小RMSE(2.433)和RE%(0.61%),为利用高光谱信息反映玉米生长状况的叶绿素信息提供了基础。     

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。     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合功能的影响

为探讨高大气CO₂浓度下植物光合作用适应现象的光合能量转化和分配的氮素响应及其对C₃植物光合功能的影响,本试验对盆栽小麦进行2个大气CO₂浓度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦光合气体交换参数、叶绿素荧光参数和叶绿素含量等指标,研究施氮对高大气CO₂浓度下小麦叶片光合功能的影响。结果表明,大气CO₂浓度升高后,低氮处理小麦叶片光合速率发生明显的适应性下调,光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)下降;但高氮叶片则无明显的光合作用适应现象发生。高大气CO₂浓度下低氮叶片光化学速率、PSII线性电子传递速率(J_F)、光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU下降,并随生育时期推进其下降趋势更为明显,但高氮叶片的上述参数无显著变化;小麦叶片J_C/J_F、V_C/J_C和V₀ /V_C随氮素水平和大气CO₂浓度的变化无显著变化,表明施氮能提高光合机构对光合能量的传递速率,但对光合能量的分配方向无明显影响。施氮提高小麦叶片氮素和叶绿素含量,并且使高大气CO₂浓度下光合氮素利用效率(NUE)明显增加。大气CO₂浓度升高后,施氮增强光合机构的光合能量运转速率,同化力提高,无明显的光合作用适应现象;由于氮素水平与大气CO₂浓度对小麦叶片的光合能量利用存在明显的交互作用,而且高大气CO₂浓度下施氮使得小麦叶片NUE增加、正常大气CO₂浓度下降低,证明高大气CO₂浓度下施氮对光合作用具有直接的影响。     

应用SPAD-502进行小麦氮素营养诊断的初步研究

试验研究分析了小麦在不同氮素水平下氮素和叶绿素计值(SPAD,SoilandPlantAnalyzer Development)的叶位分布特点,以及小麦叶片氮素含量和SPAD值的相关性,探讨应用SPAD-502进行小麦氮素营养诊断的理论依据。通过沙培试验,利用叶绿素仪SPAD-502测定了不同氮素水平小麦(新春11号)在不同生育时期(分蘖期、拔节期)叶片的SPAD值、叶绿素含量及植株全氮含量,在此基础上分析了小麦叶片的SPAD值与植株叶绿素含量、全氮含量的关系,目的在于为SPAD快速诊断施肥法在小麦等作物上的应用提供理论依据。结果表明:叶绿素与小麦不同叶位叶片SPAD值含量呈显著正相关;全氮含量与小麦叶片SPAD值呈正相关,因此,可以用SPAD值估算全氮含量,从而为小麦氮素营养状况提供诊断,但是全氮含量与不同叶位SPAD值的关系表现不一致。     

不同品种小麦灌浆期旗叶光合特性及光合基因表达对臭氧浓度升高的响应

利用开放式臭氧(O₃)浓度升高平台,以不同小麦品种(烟农19和扬麦16)为供试作物,研究了O₃浓度升高条件下不同品种灌浆期叶片光合特性和光合基因表达的差异。结果表明,与对照处理相比,O₃浓度升高处理达75d导致小麦灌浆期叶片光合响应参数表观量子效率、最大净光合速率和叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量下降,使得小麦灌浆期叶片总可溶性糖、蔗糖、果糖、葡萄糖含量增加。通过荧光定量PCR测定发现, O₃浓度升高还引起小麦叶片叶绿体编码基因psaA、psbA和rbcL基因表达下调。不同小麦品种光合生理指标和叶绿体基因表达水平的变化幅度不同,烟农19的响应幅度均大于扬麦16。该研究结果可为O₃污染环境下不同小麦品种光合响应差异机制和小麦耐性品种的选育提供理论依据。     

调控土壤pH值对柠檬幼树光合特性和叶绿素含量的影响

为研究柠檬幼树对土壤pH值胁迫的光合生理响应,扩大柠檬种植范围,确定其适生的土壤酸度范围。以1 年生柠檬幼树为试验材料,用盐酸和生石灰溶液浇淋盆栽柠檬土壤,以调节土壤pH值,测定柠檬叶片的光合参数和叶绿素含量。结果表明：土壤酸度对柠檬幼树净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、叶绿素a、b 和叶绿素含量和类胡萝卜素含量有显著影响(P<0.05)。胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率在pH 7~8 最高。同时,在此处理下叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素在pH 7~8含量较高。适合柠檬‘云柠1号’栽培的土壤pH 7~8,而过酸或过碱都不利于柠檬光合作用。     

基于水稻冠层光谱特征构建粳型水稻籽粒蛋白质含量预测模型

水稻籽粒蛋白质含量是评价稻米品质的主要指标之一。本文以不同施氮水平下的4年田间试验为基础,系统分析了水稻成熟籽粒蛋白质含量与不同时期冠层反射光谱的相关性。结果显示,籽粒蛋白质含量与可见光波段(460~710 nm) 反射率呈负相关,与近红外波段(760~1 220 nm) 反射率呈正相关,其中孕穗期冠层单波段反射率与成熟籽粒蛋白质含量的相关性最高,在16个波段中以760 nm波段反射率与籽粒蛋白质含量的拟合效果最好,复相关系数达0.795。进一步分析比值植被指数、差值植被指数、归一化植被指数和红边参数等光谱参数与成熟籽粒蛋白质含量的相关性,运用线性逐步回归分析方法对相关拟合较好的16个参数进行筛选,建立了水稻成熟籽粒蛋白质含量（GPC）监测模型,GPC=－0.15× DVI(1 500, 950) + 3.00。利用不同年份不同品种及不同施氮水平下的观测数据对模型进行检验,预测值和实测值的精确度为0.56~0.86,准确度为0.85~1.18,根均方差（RMSE）为3.51%~19.91%,表明模型预测值与实测值之间符合度较高,对水稻成熟籽粒蛋白质含量具有较好的预测性。