水稻、玉米、棉花的高光谱及其红边特征比较

 测定了水稻、玉米、棉花 3种作物共 6个品种的冠层和主茎叶片不同生育期高光谱反射率及其对应叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量 ,分析了它们的高光谱及其红边特征和红边参数与叶面积指数、地上生物量、鲜叶重及叶片色素含量的相关性。结果表明 :(1) 3种作物冠层高光谱反射率大小与其生育期有关。冠层和叶片光谱反射率最大值比较结果是 ,冠层光谱 :棉花 >玉米 >水稻 ;叶片光谱 :水稻 >棉花 >玉米。 (2 ) 3种作物冠层光谱的红边都具有“双峰”现象。红边幅值Dλr 和红边面积Sr 均呈增大、减少的变化规律 ,但红边     

白天和夜间增温对水稻光合作用的影响

用国稻6号和武运粳7号2个水稻品种进行水稻全生育期白天增温、夜间增温和全天增温试验,并于水稻灌浆初期进行光合作用参数日变化测定.结果表明:上午10:00 2个水稻品种光合速率和气孔导度均表现为全天增温处理的最高,其次为对照,再次为白天增温处理的,最低为夜间增温处理的.各处理间差异极显著(P＜0.01);武运粳7号中午12:00前后出现了光合"午休"现象.     

宁夏引黄灌区水稻冠层高光谱特征研究

以不同施氮量试验小区为依托,对各生育期水稻(Oryza sativa L.)冠层光谱反射率及一阶微分光谱进行分析。结果表明,水稻冠层光谱随生育期的变化规律与其生长发育变化特征相对应;不同施氮条件下水稻冠层光谱反射率随施氮量增加在可见光波段降低、近红外波段升高,其中550~600 nm和800~900nm处差异明显,是诊断氮素的特征波段;红边位置(λr)和红边斜率(Dr)在孕穗期前均随着氮素水平的提高而增加,齐穗期后λr出现蓝移现象,Dr减小;将特征波长的比值指数、λr和Dr与叶片氮积累量进行相关性分析,结果显示,800 nm和550 nm的反射率之比(R800 nm/R550 nm)与叶片氮积累量的相关性较好,其相关系数为0.864,λr和Dr与叶片氮积累量的相关系数分别为0.814、0.908。说明合适的光谱变量可以诊断水稻氮素状况,进而为合理施肥提供参考。     

基于冠层光谱红边参数和植被指数的 冬小麦水分胁迫监测

基于冬小麦不同水分胁迫试验,采用便携式光谱仪测定冬小麦抽穗期、开花期和灌浆期受不同水分胁迫处理的冠层光谱反射率,分析不同水分处理下冬小麦冠层光谱特性,并对植被指数、红边参数与冠层叶片含水率和土壤含水率进行相关性分析,构建各生育期叶片含水率和土壤含水率的最佳监测模型,实现对冠层叶片含水率以及土壤含水率的监测评估。结果显示,在整个生育期,冬小麦的冠层光谱反射率在可见光范围呈现绿峰红谷,尤其在旺盛生长时期,随着水分胁迫程度加深,绿峰红谷逐渐变得不明显,红谷抬升幅度增大;相反,在近红外波段范围内水分胁迫主要使得反射率表现为明显下降;冬小麦红边参数随生长进程呈蓝移现象,灌浆期受胁迫程度越重的红边参数越低;植被指数(EVI、NDVI、SAVI、WI)在开花期之后具有不同程度的下降趋势,至灌浆期有大幅度减小,且随受胁迫程度加深植被指数下降幅度增大;植被指数和红边位置、红边面积在灌浆期与叶片含水率和土壤含水率有显著相关,其中植被水分指数WI、归一化植被指数NDVI和红边位置λ_(red)相关性较佳,其建立的叶片含水率和土壤含水率估算模型效果较好,决定系数r~2均大于0.84,平均相对误差(MRE)≤0.207。综合分析认为,冠层反射光谱特征和植被指数与冬小麦冠层叶片含水率和土壤含水率相关性良好,可利用高光谱遥感参数对冬小麦的水分状况进行快速、准确监测。     

不同生育期水稻光谱反射率的变化规律

不同生育期水稻(Oriza sativa L.)冠层光谱反射率随着营养条件的变化而发生波动,掌握其变化规律,对快速诊断水稻养分亏缺,指导水稻施肥具有重要意义.以水稻合美占和粤晶丝苗2号品种为试验材料,以0.027、0.018、0.009和0kg/m24个施氮水平进行田间小区试验,对不同关键生育期水稻冠层光谱反射率的变化规律进行了研究.结果表明:水稻抽穗前,冠层的比值植被指数(Ratio vegetation index,RVI)(810,720)逐渐增大,到孕穗期达到最大值;水稻抽穗后,冠层的RVI(810,720)值逐渐减小,至收获期降至最低值.水稻RVI(810,720)与氮肥水平正相关,...     

氮素胁迫下寒地玉米高光谱特征研究

利用高光谱近地遥感技术,采集不同氮素水平下的不同生育期的寒地玉米冠层高光谱图像,采用ENVI软件提取玉米冠层的光谱反射率。结果表明,不同氮素水平下寒地玉米冠层反射率存在较大差异,玉米“红边”具有双峰现象,红边位置呈“红移”现象;根据玉米冠层高光谱反射率以及红边位置峰值可定性区分严重缺氮、正常施氮和过量施氮。     

不同氮素营养水平的水稻冠层光谱红边参数及其应用研究

通过对不同氮素营养水平水稻冠层光谱特性的田间试验研究，发现红边位移现象：在孕穗期之前，红边随施氮量增加向长波方向“红移”；孕穗期后“红移”现象基本消失，而发生“蓝移”。红边参数(红边、红边振幅、红边振幅与最小振幅的比值、红边峰值面积)与上层叶片的叶绿素含量、LAI、累积施氮量有着密切的关系，而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素、蛋白氮和非蛋白氮之间的相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简便方法。     

不同施肥条件下水稻冠层光谱特征与叶绿素含量的相关性

通过田间小区试验,分析不同施肥条件下水稻不同生育期冠层反射光谱和叶绿素含量(SPAD)的变化特征,利用数学统计方法分析高光谱植被指数与叶绿素含量的相关性。结果表明,水稻冠层光谱反射率,从拔节期到抽穗期,在可见光波段很低且差异不明显,在近红外波段逐渐提高;从抽穗期到乳熟期,在可见光波段逐渐提高,在近红外波段逐渐降低。不同施肥条件下水稻冠层光谱差异明显,尤其在近红外波段表现特别明显,随施肥水平的提高,光谱反射率明显提高。水稻叶绿素含量随施氮水平的提高而逐渐增加。随生物质炭水平的提高,水稻叶绿素含量逐渐增加,当生物质炭超过一定值时,叶绿素含量反而降低。整个生育期,除乳熟期施氮肥0kg/hm2(N0)处理外,其他处理的PSSRa、PSSRb与叶绿素含量呈显著相关。拔节期,施生物质炭为9 000kg/hm2(C3)处理的mSR705和mND705与叶绿素含量呈显著负相关,其他处理为显著正相关。     

氮肥水平对多花黑麦草叶绿素及高光谱反射特征的影响

叶绿素含量是评价牧草群体长势、估测产量和确定最佳施肥量的重要指标.对不同氮肥水平下多花黑麦草(特高)叶绿素含量及冠层反射光谱特征进行了测试与分析,并研究了高光谱参数红边位置与叶绿素含量的相关性.结果表明:在分蘖期和拔节期施用氮肥(尿素)达到300kg/hm2时,能够显著提高多花黑麦草叶绿素含量;显著降低可见光和近红外区域冠层光谱反射率;并且使红边位置(λr)向长波方向移动.多花黑麦草冠层叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a+b与红边位置之间均存在极显著相关性(P＜0.01).利用高光谱参数红边位置可以更加快速、准确地对多花黑麦草冠层叶绿素含量进行估测并筛选适宜施肥量.     

农作物LAI和生物量的高光谱法测定

通过田间小区试验,测定了水稻、玉米、棉花3种共6个品种作物冠层不同生育期的高光谱反射率及对应叶面积指数和地上生物量,分析了其高光谱变量和红边参数与叶面积指数、地上生物量及叶重量的相关性。结果表明:13种作物冠层高光谱反射率与其生育期有关,其反射率最大值的比较结果是棉花>玉米>水稻。23种作物的叶面积指数、叶鲜重、叶干重与其冠层光谱变量ρ990/ρ550,ρ800/ρ550,ρ750/ρ550,ρ800/ρ680及冠层红边参数λr,Dλr之间均极显著相关,但地上鲜生物量和地上干生物量与上述光谱变量和红边参数之间相关性较差,说明可通过高光谱遥感方法估测水稻、玉米、棉花的叶面积指数、地上鲜生物量、叶鲜重和叶干重。     

SO2对水稻生理指标和光谱特征的影响

通过田间开顶式小区熏气试验,研究了SO2急性伤害对水稻叶绿素含量、叶液pH值、叶片含硫量和冠层光谱反射率及其相关性的影响,为遥感监测SO2污染环境下水稻长势提供基础研究.结果表明,随SO2 熏气浓度的增大,叶绿素含量呈减少趋势,叶片含硫量呈增加趋势.叶液pH值相应地降低,光谱反射率曲线在绿光和红光波段、蓝光和绿光波段之间的吸收谷有变平的趋势.选取冠层光谱叶绿素反射峰(550 nm±10 nm反射率)和近红外波段770 nm±10nm反射率(反映叶片结构)与叶片含硫量、叶绿素含量和叶液pH值进行的相关分析表明,(550±10)nm(770±10)nm冠层光谱反射率与叶片含硫量呈负相关,与叶液pH值、叶绿素总量均呈正相关.     

硅对镉胁迫下水稻幼苗不同叶位叶片叶绿素含量的影响

通过溶液培养,研究不同硅浓度(0、30、80、130、180 mg.L-1SiO2)对镉(4.0 mg.L-1Cd2+)胁迫下水稻幼苗不同叶位叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量的影响。结果表明:30¹30 mg.L-1SiO2可提高对镉胁迫下水稻幼苗倒5、倒4叶位叶片3种色素含量,且130 mg.L-1SiO2均达到最佳效果,其中倒5叶位叶片3种色素含量分别较单独镉胁迫下提高189.47%、38.66%和75.93%,而倒4叶位叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量在130 mg.L-1SiO2分别为单独镉胁迫下的161.15%、166.23%和177.61%,但较高浓度(>130mg.L-1SiO2)时水稻幼苗倒5、倒4叶位叶片叶绿素含量却呈现下降趋势;水稻幼苗倒3叶位叶片3种色素含量均随着SiO2浓度的增加而呈上升趋势,当SiO2浓度为180 mg.L-1时,3种色素含量达到最高(2.5239、0.8120、3.3359 mg.g-1.FW);而硅对镉胁迫下水稻幼苗倒3、倒2、倒1叶位叶片3种色素含量影响较小,未及倒5、倒4等下位叶的影响显著。     

叶绿素含量降低对水稻叶片光抑制与光合电子传递的影响

【目的】水稻突变体叶片叶绿素含量显著低于其野生型,但其光合电子传递效率与净光合值显著高于对照,文章旨在阐明其生理学机理并探讨其在高光效育种中的潜在应用价值。【方法】通过人工气候室的盆栽试验设置高光强(光照强度为700—800μmol·m~(-2)·s~(-1))与低光强(光照强度约为100—200μmol·m~(-2)·s~(-1))2个处理,并结合大田试验,观测突变体与野生型的叶绿素荧光、超氧阴离子含量、丙二醛含量、SOD酶活性、叶绿体超微结构、叶片荧光显微结构与冠层温度。【结果】突变体材料叶绿素含量显著低于其野生型,并且光照强度对其叶绿素含量的效应也不相同。随着光照强度的增强,突变体叶片叶绿素含量增加60%,而野生型品种叶片叶绿素含量却降低20%以上。光反应曲线表明,突变体光合值显著高于野生型,尤其在1 000μmol·m~(-2)·s~(-1)光照下,低光强与高光强处理中低叶绿素含量突变体光合值分别比野生型高9.4%和46.5%。叶绿素荧光数据也表明,水稻突变体的电子传递速率(ETR)、光系统Ⅱ的量子产量(ΦPSⅡ)、光化学淬灭(q P)、光下最大光化学效率(F′v/F′m)显著高于其野生型。在高光强处理下,野生型材料中的应激活性氧超氧阴离子与丙二醛(MDA)含量受到光抑制。叶绿体超微结构与荧光显微结构表明,野生型材料叶绿体受到一定程度的损伤,且其维管束间距离显著大于突变体,其维管束面积小于突变体,不利于水分在叶片中的传输。田间冠层热力学图像表明中午高温、高光照条件下,突变体冠层温度显著低于其野生型。综合以上结果,野生型叶片叶绿素含量高,在高光强下会导致过量光吸收,光系统Ⅱ电子传递效率下降,超氧阴离子与丙二醛累计,导致叶绿素结构与功能的破坏,因此,其光合值显著低于突变体材料。同时过量光吸收会导致叶片与冠层温度上升,不利于冠层群体光合。【结论】在未来高光效育种中选育叶绿素含量适当降低的品种,有助于避免高光强下叶片的过量光吸收,从而缓解活性氧的产生与光抑制,并有利于降低冠层温度从而缓解水稻群体光合"午休"现象。     

Inversion of Biochemical Parameters by Selection of Proper Vegetation Index in Winter Wheat

Recent studies have demonstrated the application of vegetation indices from canopy reflected spectrum for inversion of chlorophyll concentration.Some indices are both response to variations of vegetation and environmental factors.Canopy chlorophyll concentration,an indicator of photosynthesis activity,is related to nitrogen concentration in green vegetation and serves as an indicator of the crop response to soil nitrogen fertilizer application.The combination of normalized difference vegetation index (NDVI) and photochemical reflectance index (PRI) can reduce the effect of leaf area index (LAI) and soil background.The canopy chlorophyll inversion index (CCII) was proved to be sensitive to chlorophyll concentration and very resistant to the other variations.This paper introduced the ratio of TCARI/OSAVI to make accurate predictions of winter wheat chlorophyll concentration under different cultivars.It indicated that canopy chlorophyll concentration could be evaluated by some combined vegetation indices.     

抽穗开花期高温对水稻剑叶理化特性的影响

 【目的】探明水稻功能叶在高温胁迫下的生理反应及适应机理。【方法】在人工气候室对两个耐热性不同的水稻品系进行高温处理（8:00～17:00，37℃，17:00～8:00，30℃）,研究高温胁迫对水稻剑叶叶绿素含量、光合特性、热稳定蛋白和膜透性等理化特性的影响。【结果】高温胁迫下，水稻剑叶叶绿素含量和叶绿素a/b值下降，胁迫后恢复期间稍有回升，耐热品系996叶绿素含量高于热敏感品系4628。高温使剑叶净光合速率和气孔导度下降，细胞间CO2浓度上升，与热敏感品系4628相比，耐热品系996在高温胁迫下能保持较高的光合特性；高温使水稻剑叶中可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量和游离脯氨酸含量下降，热稳定蛋白含量上升；热敏感品系4628剑叶中丙二醛含量和膜透性在高温胁迫下增幅大于耐热品系996。【结论】高温胁迫下水稻剑叶中能保持较高的光合特性及叶绿素含量、可溶性糖、可溶性蛋白质、游离脯氨酸和热稳定蛋白含量以及较低的膜透性和MDA含量，是耐高温品种的生理基础。     

水稻齐穗期冠层温度分异及其相关特性的研究

在晴昼有水层、晴昼无水层和夜间有水层等不同条件下,通过对水稻不同品种(系)齐穗期茎、叶表面温度和气孔、最终产量等性状的观测,研究了水稻冠层温度的分异及其相关特性。结果表明:不同基因型品种存在着较为明显的温度分异现象,在不同天气和土壤水分状态下,水稻冠温均表现为差异显著的3种类型—暖温型、冷温型和中间型。在晴昼有水层条件下,暖温型与冷温型冠温相差幅度为0.1～2.3℃;在晴昼无水层情况下,冠温相差幅度为0～6.7℃,在夜间有水层条件下,冠温相差幅度为0～1.4℃。总体上看,有水层的冠温普遍低于无水层的冠温,夜间的冠温均低于白昼的冠温。与冷温型水稻相比,暖温型水稻的气孔长度和气孔宽度较大,而气孔密度较小,蒸腾速率较低,中间型水稻介于两者之间。暖温型材料产量高于冷温型材料,但没达到显著差异,且各产量构成因素差异没有明显规律。冷温型水稻糙米率、精米率和直链淀粉含量较高,垩白度和垩白率较低,碾米品质和外观品质较优,但其他稻米品质差异没有明显规律性。     

不同氮肥水平对水稻冠层小气候和群体健康的影响（摘要）

[目的]研究不同N肥水平对水稻冠层小气候和群体健康的影响,为研究水稻群体的生产潜力和构建水稻健康群体提供依据。[方法]田间裂区设计,4次重复,以N肥为主区,品种为副区。所有小区均施P、K、Zn,分别为30、40、10 kg/hm^2。N肥设4个水平：N1（不施）、N2（75 kg/hm^2）、N3（145 kg/hm^2）、N4（215 kg/hm^2）,分基肥（插秧前1 d）、分蘖中期（MT）、幼穗分化期（PI）、抽穗期（FL）4次施入于MT、PI、FL、FL14（抽穗开花后第14天）4个生长时期在各小区取样,每次每小区取样12蔸,洗净带回室内,测量叶面积、株高,数计茎蘖数,然后去根,分摘茎鞘、叶片和穗,于70℃烘干7 d,分别称干物重。叶面积测定采用Licro-3100叶面积仪,每小区样品测量2 000 cm^2,然后用比叶重法计算叶面积和群体叶面积指数（LAI）。最后,利用Sunscan冠层分析系统研究不同施N条件下形成的水稻群体结构性状对水稻冠层温度、相对湿度和透光率及纹枯病的影响。[结果]群体叶面积指数、株高和茎蘖数对冠层增湿、降温和遮光有极显著效应。冠层昼温、冠层昼湿与LAI和茎蘖数以及透光率与茎蘖数和株高均存在极显著回归关系。在齐穗开花期,单位叶面积指数的冠层昼温下降效应和昼湿增加效应至少分别为0.87℃和2.5%;1 m^2增加100株茎蘖可使冠层昼温至少下降1.23℃,昼湿至少增加3.3%;每10cm株高和1 m^2 100株茎蘖的遮光效应分别为9.3%和7.8%。若固定群体透光率和冠层昼温不变,冠层昼湿每增加10%,齐穗期纹枯病病情指数将提高3.5%;同理,在不考虑性状间协同作用的情况下,群体透光率每减少10%,冠层昼温每降低1℃,齐穗期纹枯病病情指数将分别提高1.5%和2.1%。[结论]冠层昼温降低、冠层昼湿增加和透光率减少导致纹枯病病情指数极显著升高,由高N大群体生成的昼夜变幅小而稳定的冠层小气候将导致水稻群体健康状况的恶化,适度控制群体的空间发展是建立水稻健康群体的重要基础。     

不同氮肥水平对水稻冠层小气候和群体健康的影响

[目的]研究不同N肥水平对水稻冠层小气候和群体健康的影响,为研究水稻群体的生产潜力和构建水稻健康群体提供依据。[方法]利用Sunscan冠层分析系统研究不同施N条件下形成的水稻群体结构性状对水稻冠层温度、相对湿度和透光率及纹枯病的影响。[结果]群体叶面积指数、株高和茎蘖数对冠层增湿、降温和遮光有极显著效应。冠层昼温、冠层昼湿与LAI和茎蘖数,透光率与茎蘖数和株高均存在极显著的回归关系。在齐穗开花期,单位叶面积指数的冠层昼温下降效应和昼湿增加效应至少分别为0.87℃和2.5%;1 m2增加100株茎蘖可使冠层昼温至少下降1.23℃,昼湿至少增加3.3%;每10 cm株高和1 m2100株茎蘖的遮光效应分别为9.3%和7.8%。[结论]冠层昼温降低、冠层昼湿增加和透光率减少导致纹枯病病情指数极显著升高,由高N大群体生成的昼夜变幅小而稳定的冠层小气候将导致水稻群体健康状况的恶化,适度控制群体的空间发展是建立水稻健康群体的重要基础。     

无菌条件下钾对水稻吸收铅的影响

研究了无菌条件下不同浓度铅对水稻生长的影响,以及低铅环境下钾对水稻吸收铅的影响。结果表明：水稻株高、根长、干物重和叶绿素含量等均随铅浓度升高而下降,而过氧化物酶（POD）活性随铅浓度增加先升高后降低,植株体内铅含量随铅浓度升高而增加。在基质铅浓度为100mg/L时加入钾后,水稻株高、根长、干物重、叶绿素含量等均随钾浓度增加而增加,而POD活性随钾浓度增加而降低,植株体内铅含量随钾浓度增加而降低,在钾浓度为200mg/L达到最低。说明在含低浓度铅的基质中,钾能提高水稻对铅的抗性,同时减少水稻对铅的吸收和累积。