杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较

为探究杨树与栓皮栎光合光能利用率(LUE_p)和荧光光能利用率(LUE_f)关系的日内变化及种间差异,从光能分配的角度进一步深入理解日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)的关系,以典型落叶阔叶林树种杨树(Populus alba×Populus gllandulosa)和栓皮栎(Quercus variabilis BI.)幼苗为对象,在相同土壤水分和养分条件下,观测研究不同树种SIF、净光合速率(P_n)与LUE_p/LUE_f对光合有效辐射(PAR)响应的异同。结果表明：(1)SIF受PAR驱动,二者呈显著正相关关系,杨树和栓皮栎线性拟合决定系数(R²)分别为0.965和0.973,且杨树具有更高的LUE_f;P_n随PAR的增加逐渐饱和,杨树光饱和点明显高于栓皮栎,分别为998.59和674μmol CO₂·m^-2·s^-1。(2)杨树和栓皮栎...     

利用日光诱导叶绿素荧光监测水稻叶片叶绿素含量

快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要.该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导叶绿素荧光(Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)指数和植...     

基于日光诱导叶绿素荧光探测植被光合对气象干旱的响应

干旱是世界范围内最常见、最复杂的气象灾害,一定程度上会削弱陆地生态系统的碳汇功能。开展植被对干旱响应的研究并选择敏感的干旱探测因子,有助于掌握干旱对植被的影响规律、理解植被对干旱胁迫的响应过程和机理。本研究以日光诱导叶绿素荧光（SIF）数据和标准化降水蒸散发指数（SPEI）为基础,利用最大相关系数法分析中国区域内2000-2018年生长季植被光合对气象干旱的响应,比较不同干旱梯度、不同植被对干旱响应的敏感性以及SPEI响应时间尺度的变化特征。结果表明：（1）SIF与SPEI具有很好的相关性,显著正相关的面积达到75.05%,主要分布在东北、西南和青藏高原地区,且大部分地区对SPEI的响应时间尺度以中短期为主。（2）SIF在春季对SPEI显著相关的区域占比最少,夏季达到最高,秋季又略有下降。对干旱响应的时间尺度在春季以短期为主,而夏季响应时间尺度长的区域较春季有所增加。（3）半干旱区对干旱的敏感性最强,干旱区最弱,不同气候区对干旱的响应时间尺度均以短期为主。（4）研究所选植被类型均能较早地对干旱做出响应,其中,草地对干旱最敏感,林地和农田相对较弱,阔叶林比针叶林对干旱更敏感。研究结果表明...     

基于日光诱导叶绿素荧光的柑橘黄龙病原位诊断

柑橘黄龙病（Huanglongbing, HLB）是柑橘生产中的毁灭性病害,柑橘植株遭到黄龙病菌侵染后光合能力发生变化而后表现出相应的黄化症状。及早实现HLB的原位快速诊断是防控HLB的重要手段。为探究黄龙病菌侵染柑橘叶片的光合响应机制并实现HLB的原位诊断,该研究分析了健康（Healthy）、未显症HLB（asymptomatic HLB, aHLB）、显症HLB（symptomatic HLB, sHLB）以及黄斑病（Macular,症状与黄龙病相似）柑橘叶片的光合参数与光合色素含量差异。利用光谱技术与日光诱导叶绿素荧光（Sun-induced Chlorophyll Fluorescence, SIF）技术分析了4种类型柑橘叶片的反射率光谱与SIF光谱差异。采用竞争自适应重加权采样（Competitive Adaptive Reweighted Sampling, CARS）算法结合反射率光谱筛选出特征波段,采用SIF光谱的峰值位置（687和741 nm）构建了上行（Upward, Up）和下行（Downward, Dw）SIF产量指数（Up687, Up741, Dw687, Dw741, Up687/741, Dw687/741）。进一步分别利用特征波段的反射率和SIF产量指数,结合K最邻近（K-nearest Neighbor, KNN）分类算法构建了柑橘黄龙病的诊断模型。结果表明,黄龙病菌的侵染使柑橘叶片的光合作用明显减弱,在未显症时期已经表现出来,证明了SIF技术在诊断早期HLB的优势。基于特征波段反射率的KNN模型对未显症HLB和显症HLB的诊断精度为72.7%和75.6%,健康叶片和黄斑病叶片分别为82.2%和64.1%,而基于687和741 nm波长处的上行比值SIF产量指数Up687/741构建的KNN模型对未显症HLB和显症HLB的诊断精度为84.8%和91.1%,健康和黄斑病叶片分别为88.9%和82.1%,均优于反射率光谱模型。结果证明了SIF技术用于诊断柑橘HLB的潜力,为实现柑橘HLB的田间原位、快速、早期诊断提供了可能。     

调制叶绿素荧光动力学参数及其计量关系的意义和公理化讨论

叶绿素荧光动力学在农业科学中广泛应用,其动力学参量及其应用计量关系的公理化研究在方法学上尤为重要,然而国内这方面的研究工作相对滞后。为此,本文尝试从其本质、意义及其正确的使用条件等方面对调制叶绿素荧光仪的测量参量进行阐述,并对应用中的相关计量公式从公理化的角度进行了演释推导。     

基于文献计量分析的生态系统恢复力研究进展

该文基于VOSviewer和Histcite文献计量方法,以CNKI数据库和Web of science核心合集中生态系统恢复力研究文献为对象,通过对文献数量、高频关键词的分析,总结国内外恢复力研究的脉络和内容演变。研究发现:1)生态系统恢复力研究领域发表的文章数量总体上呈上升趋势,文献主要来源于美国;2)国际恢复力研究经历了从基础理论到政策管理及技术应用,各个方向存在相互的引证关系,分析研究热点的时序演化发现,2000年前,以恢复力的内涵和基础理论为研究重点;2001-2010年间,珊瑚礁的测度模型及提升路径成为热点;近10 a来,恢复力研究领域进一步扩大,研究方法更加多样化;3)与其他国家相比,中国的恢复力研究起步较晚,侧重于应用基础研究,集中于恢复力的工程措施、调查监测手段以及影响因素的探讨。     

低温胁迫及恢复对番茄快速叶绿素荧光诱导动力学特征的影响

以番茄品种“中蔬4号”为试材,设置对照（人工气候室,温度变化范围18～28℃,600μmolm−2s−1,光周期12h,CK）和低温（人工气候箱,8℃,200μmolm−2s−1,光周期12h,CL）两个处理,低温处理4d后将番茄幼苗移入对照环境下恢复4d,观测叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线在低温处理及恢复期的变化,以探讨低温胁迫和随后恢复对番茄叶片光系统II（PSII）反应中心和受体侧的影响。结果表明：低温胁迫降低了番茄叶片PSII光化学效率和光合性能,导致低温光抑制的发生。低温胁迫导致番茄叶片单位面积有活性的反应中心数目（RC/CS）及其开放程度（Ψo）下降,从而降低了叶片单位面积对光能的吸收（ABS/CS）、捕获（TRo/CS）和进行电子传递（ETo/CS）能力,减少了电子传递到电子传递链中超过QA−电子受体的概率（φEo）,阻碍了光合电子传递的进行;与此同时,低温首先诱导了PSII可逆失活和热耗散增强以减少对过剩光能的吸收、传递与积累,随后促进了PSII受体侧电子传递体PQ库容量（Sm）增大以防御PSII过量激发压积累。本实验中低温主要抑制了番茄叶片PSII活性,而对PSI影响相对较小。恢复期天线色素对光能的吸收和PSII反应中心对光能的捕获能力较电子传递更易于恢复,并且恢复初期强光反而会加重光抑制程度。     

基于文献计量分析的土壤微生物入侵研究现状及发展趋势

随着农业经济发展,人类及其他动植物等的活动为外源微生物在食物链、环境介质中传播创造了条件,造成外源微生物频繁流动并对土壤生态系统产生扰动,进而引发微生物入侵。为了解国内外微生物入侵相关研究进展,本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite对Web of Science核心合集数据库中微生物入侵领域的主要研究热点及其变化趋势等进行计量分析。结果表明：微生物入侵相关研究文献数量逐年上升,受到的关注度越来越高;美国、中国、德国、印度、澳大利亚等国家在该领域发文量居前列,且具有较紧密的国际学术合作网络;高通量测序与宏基因组为核心的微生物测定分析技术的快速发展,使得微生物入侵成为研究热点,当前的研究文献集中于根际促生菌作用机制、根际微生物群与植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促进植物生长以及修复污染土壤等,但病原微生物入侵土壤可造成作物减产、质量下降,甚至可经食物链传播而威胁人类及其他动物的健康,因此微生物入侵的影响与入侵菌株性质紧密相关。未来研究趋势主要集中于入侵微生物与特异性土著微生物的相互作用关系、植物病原微生物的防控机制与技术应用等方面,以期为土壤健康与绿色农业生产提供理论依据。     

激光诱导叶绿素荧光强度与激光强度关系

为满足激光诱导叶绿素荧光无损检测技术的发展需要,该文利用反射式激光诱导叶绿素荧光光谱分析技术对黄瓜活体叶片的叶绿素荧光强度与激发光强度关系进行试验研究。通过中心波长为473和660 nm 2种激发光的4种激发强度（2.50、5.00、7.50、10.00 mW）对具有不同生理信息（叶绿素含量、叶片含水率）的黄瓜活体叶片进行荧光激发,并利用MATLAB软件对685 nm和732 nm两个峰位的荧光强度进行分析。结果显示：各峰位荧光强度与激发光强度成极显著线性关系;叶片叶绿素含量对荧光强度与激光强度关系影响显著,各峰位荧光变化梯度与叶绿素含量具有较好的线性关系,但叶片含水率却影响不大;以此研究为基础,建立了具有叶绿素含量参数的荧光强度与激发光强度关系数学模型,模型相对预测误差小于0.2%,可靠性好,能较真实准确地反映荧光强度与激发光强度的关系。     

基于CiteSpace的土壤质量遥感研究文献计量分析

为了解当前土壤质量遥感研究前沿和进展,采用文献计量学方法探究近20年该领域研究现状和热点。利用CiteSpace文献计量软件,分析Web of Science核心合集数据库中2002～2021年土壤质量遥感研究领域的1240篇有效文献,以“soil quality、Remote sensing、RS”为主题词,从发文量时间、发文国家、发文机构、关键词突现、关键词聚类分析及文献共被引聚类等角度可视化分析。结果表明：2017～2021年土壤质量遥感研究文献发文量快速增长;发文量最多的国家是美国、中国、德国、荷兰、印度;研究方向主要有生态环境学科、遥感、地质学、成像学和照相技术、农业、水资源。通过分析关键词（共现密度、突现、共被引）图谱可推断未来土壤质量遥感研究热点包括：全球土壤水分动态数据集将成为监测土壤质量的重要数据来源;研究土壤侵蚀、盐渍化、有机碳等监测土壤退化程度;遥感与传感技术、地理信息系统的交叉融合。未来土壤质量遥感研究将更注重与多学科交融合作,进一步向全球尺度、高精度方向扩展。     

土壤干旱及复水对侧柏叶绿素荧光参数的影响

为了研究不同程度土壤干旱及旱后复水对侧柏幼苗叶绿素荧光参数的影响,以盆栽1年生侧柏幼苗为试验材料,设置4个水分梯度[土壤相对含水量(RSWC)为:40%,52.16%,70%,87.84%],以充分供水(RSWC为100%)为对照,经干旱胁迫60 d后复水,测定了复水前及复水后2,24,48,72 h叶绿素荧光参数。结果显示:随着土壤干旱胁迫程度的加剧,侧柏幼苗PSⅡ的最大光化学量子产量Fv/Fm、相对光合电子传递速率ETR和实际光化学量子产量Yield总体上呈现下降的趋势,而非光化学淬灭系数NPQ则呈现上升的趋势,其中土壤相对含水量为40%的重度胁迫Fv/Fm,ETR和Yield分别比对照下降1.1%,4.5%,4.9%,而NPQ比对照增加22.6%。复水后叶绿素荧光都得到了恢复,在复水24 h除70%的处理其他处理Fv/Fm达到最大,其中重度胁迫40%的处理比对照上升3.1%。在复水48 h各胁迫处理Yield,ETR达到了最大值,40%的重度胁迫分别比对照上升1.0%,1.2%。由此可知,干旱胁迫尤其是重度胁迫,虽然对侧柏幼苗PSⅡ有一定的破坏,对光合作用有一定程度的影响,但复水后各指标都得到了相应的恢复。     

大豆鼓粒期叶片荧光参数与叶绿素含量的关系

叶绿素含量是研究大豆光合作用的重要生理指标,对大豆产量和品质具有重要影响,因此,进行叶绿素含量和光合功能的同步分析具有重要意义。本研究以鼓粒期大豆叶片为研究对象,对63个样本的叶绿素含量和荧光参数进行相关分析,建立回归模型,并用28个样本验证集进行验证及评价。结果表明,可变荧光与初始荧光比(F_v/F_o)、最大光化学效率(φ_PO)、初始时间点活性反应中心捕获的单个激子驱动除QA外的电子传递的效率(ψ_EO)、初始时间点用于电子传递的量子产额(φ_EO)、t=t_FM时单位面积内电子传递的量子产额(ET_O/CS_M)、性能指数(PI_ABS)、J点相对可变荧光(V_J)7个荧光参数与叶绿素含量相关性较好,相关系数分别为0.78、0.76、0.75、0.80、0.82、0.77、-0.75。回归模型方程为y=-0.138x₁+ 2.154x₂+0.002x₃+0.077x₄+0.076(R²=0.694)(x₁、x₂、x₃、x₄和y分别为F_v/F_o、φ_PO、ET_O/CS_M、 PI_ABS和叶绿素含量),验证模型决定系数(R²)=0.805 8,均方根误差(RMSE)=0.293 4,预测残差(RPD)=1.773 8,该模型具有较好的预测效果,可以丰富非生物逆境胁迫下无损监测大豆叶绿素估算方法。回归和通径分析发现,ET_O/CS_M对叶绿素含量直接作用最大,φ_PO次之,F_v/F_o对叶绿素含量起直接负作用,PI_ABS直接作用最小,直接通径系数分别为0.706、0.382、-0.303、0.078。本研究实现了大豆叶绿素含量与光合功能的同步分析,明确了荧光参数对叶绿素含量的影响效应,可为调节栽培措施,实现大豆高产提供理论基础。     

头花蓼光合特性及叶绿素荧光对林下光照生境变化的响应

为探索头花蓼(Polygonum capitatum)对林下光照环境变化的适应性,研究了种植于针阔混交林下的林窗(FG,Forest gap)、林荫(FC,Forest canopy)、林窗-林荫过渡区(FT,Forest transition zone)3种光照生境下的头花蓼光合特性和叶绿素荧光参数,并分析了其对光强变化的响应。结果表明:3种生境的头花蓼表观量子效率(AQY)以FG(0.028)和FC(0.023)较高,FT(0.019)最低。各生境间的光补偿点相差不大(35.00~66.77μmol/(m~2·s)),植株的光饱和点表现为FG生境(808.45μmol/(m~2·s))远小于FT(1 201.43μmol/(m~2·s))和FC(1 780.42μmol/(m~2·s)),最大净光合速率表现为FG(6.24μmol/(m~2·s))低于FT(8.86μmol/(m~2·s))和FC(13.72μmol/(m~2·s)),暗呼吸速率为FG(1.97μmol/(m~2·s))高于FT(0.80μmol/(m~2·s))和FC(1.67μmol/(m~2·s))。FC生境的头花蓼叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光化学效率(Fv/Fm,0.803)和潜在光化学(Fv/F0,4.08)均高于FG(0.801,0.402)和FT(0.785,3.65)。林下头花蓼PSⅡ光化学效率(φPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)随光强增加而下降,但电子传递速率(ETR)和非光化学淬灭(NPQ)则随光强增加而增大。林下头花蓼通过降低暗呼吸速率、提高净合速率和光化学效率等途径来适应林下弱光环境,同时在强光下以降低qP和增加NPQ途径来避免强光损伤,具有较强的光照适应性。     

脱硫石膏改良盐碱土对水稻叶绿素荧光特性的影响

为揭示脱硫石膏改良盐碱土对水稻叶绿素荧光特性的影响,以水稻品种吉特605为试验材料,以不采用任何改良技术为对照(CK),设计4种脱硫石膏改良盐碱土技术集成模式,分别在水稻出苗期、分蘖期、孕穗期和灌浆期连续2年监测土壤电导率(EC)和pH值,测定水稻叶片叶绿素荧光参数和叶绿素含量,分析4种集成模式的改良效果。结果表明,随着处理时间的延长,与CK相比,各技术集成模式下土壤EC和pH值均极显著降低,水稻叶片叶绿素荧光参数Y、ETR、F_m、F_v/m等均显著增加(P<0.05),F_o呈下降趋势。除F_o、qP与叶绿素相对含量(SPAD)和叶片叶绿素含量(LCC)之间无显著相关性外(P>0.05),其他叶绿素荧光参数与SPAD和LCC之间均呈极显著正相关(P<0.01),其中NPQ与LCC之间相关系数最大,为0.771。各技术集成模式下qP的2年均值在4个生育时期均无显著差异(P>0.05),模式D和E下SPAD的2年均值均显著高于CK,模式E下LCC的2年均值也较CK显著升高。在各生育时期,各技术集成模式下叶绿素荧光诱导动力学曲线均表现出相同的变化趋势,但曲线中各特征点出现的时间不同,峰值也不同;随着技术集成模式的优化,斜率逐渐增大,各个特征点的相对可变荧光强度值均呈递增趋势。通过主成分分析,在水稻出苗期、分蘖期、孕穗期和灌浆期均提取到2个主成分,累积贡献率分别为96.285%、93.491%、91.285%和95.104%。利用隶属函数与权重对4种技术集成模式进行综合评价,获得了可综合评价改良效果的D值,排名依次为E>D>C>B>CK,说明模式E,即脱硫石膏22.5 t·hm^-2+改良剂7.5 t·hm^-2+有机肥30.0 t·hm^-2+黄沙30.0 t·hm^-2改良盐碱土的效果最佳。在此基础上,结合合理的灌排措施可有效缓解盐碱土对水稻幼苗的伤害,明显提高水稻叶片的叶绿素含量和光合电子传递效率,减轻盐碱胁迫对水稻生长过程中PSII系统的损伤。本研究结果为脱硫石膏改良盐碱土种植水稻提供了理论依据和技术保障。     

低磷胁迫下加硅对玉米苗期硅、磷营养及叶绿素荧光参数的影响

为研究硅对低磷胁迫下玉米苗期硅、磷吸收积累和叶绿素荧光参数的影响,采用砂培方式模拟低磷胁迫环境,以玉米品种正红2号和正红115为供试材料,设置3个磷浓度:重度低磷胁迫P1(0.01mmol/L)、中度低磷胁迫P2(0.1 mmol/L)和正常磷浓度P3(1 mmol/L),设置3个硅浓度:Si1(0 mmol/L)、Si2(0.75mmol/L)和Si3(1.5mmol/L),定苗培养28d,测定植株顶部往下第1全展叶叶绿素荧光参数、植株干物质重、硅和磷素含量和积累量。结果表明:(1)磷浓度从P3降低至P2和P1,2个玉米品种平均,单株干物质积累量、硅积累量、磷积累量分别下降34.73%,39.26%,29.10%,33.01%,81.81%,87.63%;同时降低叶片PSⅡ反应中心开放程度、减弱光能捕获和光能转换能力、降低电子传递效率,导致植株叶片热耗散能力明显增强。(2)硅浓度从Si1增加至Si2和Si3,2个玉米品种平均,单株干物质积累量、硅积累量、磷积累量分别提高21.54%,36.05%,120.08%,236.65%,39.81%,69.17%;同时增加叶片PSⅡ反应中心开放程度,提高光能捕获和光能转换效率,增加电子传递效率,加速利用过剩激发能。(3)玉米植株硅积累量和磷积累量呈显著正相关,并且Fv/Fm(XE)、Fv′/Fm′(XE′)、Fq′/Fm′(φPSⅡ)、ETR与植株硅积累量和磷积累量也呈显著正相关。(4)在P3和P2处理中,与Si1相比,Si2和Si3能明显提高正红2号和正红115植株硅、磷素积累量,提高叶片对光能的捕获、转化和传递效率,提高植株的干物质积累量;在重度低磷胁迫P1处理中施硅对玉米幼苗硅、磷营养和叶绿素荧光参数的改善作用十分微弱。综上所述,在非严重低磷胁迫条件下,外源加硅可以增强玉米对硅、磷的吸收和积累,提高叶片光合物质生产能力,加速消耗过剩的激发能,减轻光抑制。     

基于文献计量分析的近30年国内外土壤侵蚀研究进展

通过文献计量学可视化分析方法客观评价土壤侵蚀研究发展进程,了解国内外土壤侵蚀研究发展前沿,从而推动我国土壤侵蚀研究的发展。采用CiteSpace软件和文献计量学方法,以Web of Science数据库核心合集和中国知网(CNKI)数据库核心期刊为数据源,分析了近30年国内外土壤侵蚀研究的发展历程。研究发现国际土壤侵蚀研究在1992—2000年间以土壤侵蚀与土地生产力关系及评价方法的研究为重点,进而发展为注重气候变化与侵蚀的相互影响、土壤侵蚀量的精确估算以及大尺度宏观侵蚀研究;而我国土壤侵蚀研究受国家政策导向明显,在1992—2000年间是以经济效益为重点的土壤侵蚀治理研究;逐渐发展为结合GIS和遥感,以生态建设和可持续发展为核心的问题导向研究;近十年来,土壤侵蚀研究以RUSLE等模型研究为主,更注重土地利用、坡度等影响因素和土壤侵蚀关系的研究。最后,通过对比分析近30年国内外土壤侵蚀研究的热点和前沿,提出我国土壤侵蚀研究今后的发展方向。     

不同施肥水平下多效唑对马铃薯光合及叶绿素荧光参数的影响

为探明适宜马铃薯生长的最佳施肥量和多效唑处理,在大田条件下,以晋薯16号为试材,SV有机无机复合肥设0、300、600、900、1 200、1 500kg·hm~(-2)6个水平,多效唑设清水对照,现蕾期喷施1次,现蕾期和初花期各喷施1次,现蕾期、初花期和盛花期各喷施1次4个处理,二因素随机区组设计,探究肥料与多效唑互作对马铃薯叶片光合及叶绿素荧光特性的影响。结果表明,与对照相比,不同施肥水平和不同生育时期喷施不同次数多效唑以及二者互作均提高了马铃薯叶片的叶绿素总量(Chla+b)、类胡萝卜素(Car),净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、暗适应下最大荧光(Fm)、暗适应下PSII的最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII潜在活性(Fv/Fo)、光适应下PSII实际光化学效率(Y(II))、PSII相对电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q P)、光能利用率(LUE)及块茎干物质含量和产量;降低了胞间CO2浓度(Ci)和暗适应下最小荧光(Fo)。由此可知,增施有机无机复合肥和叶面喷施多效唑能显著改善马铃薯叶片的光合性能。综合各项指标的方差分析表明,二者的最佳组合为施肥水平1 200 kg·hm~(-2)、在现蕾期和初花期各喷施1次多效唑,该处理下有较高的光合荧光参数,可获得较高的光能利用率,促使马铃薯将捕获的光能更有效地用于光合作用,最终提高马铃薯产量。本研究为指导大田马铃薯生产提供了重要的理论依据。