臭氧胁迫冬小麦叶片高光谱特征和叶绿素含量估算

为无损、快速监测臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量，建立叶绿素含量与光谱指标的定量关系，基于自由式臭氧浓度增加系统平台观测了臭氧浓度升高下拔节期、开花期及灌浆期冬小麦叶片的叶绿素含量和光谱特征。通过线性回归、人工神经网络(ANN)以及偏最小二乘回归(PLSR)模型对臭氧胁迫下叶片高光谱特征进行了叶绿素含量的估算。结果表明：臭氧胁迫冬小麦叶片的光谱曲线特征出现绿峰“红移”和红边位置“蓝移”现象。相比于拔节期和开花期，小麦叶片在灌浆期受到臭氧的影响更大。臭氧胁迫下叶绿素含量与部分光谱特征参数及遥感植被指数存在显著相关关系，所有模型均取得了较高的估算精度(R²>0.8),其中以光谱特征参数为建模参量的偏最小二乘回归模型精度最高。该方法可用于臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量的估测，动态监测作物的臭氧胁迫。     

三种栽培模式下不同基因型冬小麦旗叶衰老代谢比较

为了探索冬小麦在不同栽培模式下功能叶片衰老代谢的生理机制,以cp02(213)、cp99(1)和陕农512为材料,比较研究了常规栽培、覆草栽培、地膜覆盖3种栽培模式下小麦旗叶衰老代谢特性.结果表明,覆草栽培叶面积、旗叶功能期、叶绿素含量、叶片保护酶活性(SOD、POD、CAT)显著高于常规栽培,膜脂过氧化程度较低,叶片衰老速度缓慢,代谢强度旺盛,有利于籽粒灌浆和光合产物的积累.灌浆前期,地膜覆盖叶面积、旗叶功能期、叶绿素含量、叶片保护性酶活性(SOD、POD、CAT)显著高于常规栽培,膜脂过氧化程度低于常规栽培;灌浆后期,叶绿素含量急剧下降,叶片衰老速度加快,膜脂过氧化程度加剧.参试品种(系)中陕农512叶片衰老速度缓慢,保绿性好.     

冷型小麦旗叶衰老和活性氧代谢特性研究

以典型的冷型小麦和暖型小麦为试验材料,研究了同一环境背景下不同温度型小麦开花后的旗叶衰老和活性氧代谢特性。结果表明,与暖型小麦相比,冷型小麦籽料灌浆期旗叶叶绿素和可溶性蛋白质含量下降缓慢、含量高,整个业粒形成和灌浆期ＭＤＡ积累速度慢、含量低,籽粒灌浆期防御活性氧伤害的关键性保护酶（ＳＯＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ）活性下隆幅度小,灌浆中后期活性水平高。由此认为,小麦旗叶衰老和活性氧代谢特性与其温度型的归属关     

土耳其斯坦叶螨为害棉叶的生理变化及光谱特征分析

对土耳其斯坦叶螨Tetranychusturkestani(VgarovetNikolski)为害程度不同(0,1,2,3,4级)的棉叶进行光谱测试,并按螨害级数测定光谱测试后棉叶的叶绿素和类胡萝卜素含量。结果表明随着螨害的逐渐加重,棉叶的叶绿素含量逐渐下降,类胡萝卜素含量逐渐上升。光谱测试结果在可见光区,绿峰两侧波段的光谱反射率随螨害加重逐渐增大,差异明显;在近红外区,748~863nm波段的光谱反射率随螨害加重逐渐减小,差异极显著。同时,利用一阶微分求取不同螨害级数棉叶的红边并计算红边参数,通过分析发现,棉花受叶螨危害后单叶光谱的红边发生明显的蓝移现象,红边振幅、红边振幅与最小振幅的比值以及红边峰值面积的值随着螨害加重逐渐减小,结果认为红边能很好地反映棉叶受棉叶螨危害的程度。     

橡胶树叶片高光谱特征分析

从光谱曲线特征和光谱变换特征分析橡胶树(Hevea brasiliensis)叶片反射曲线特征.结果表明,蓝边、红边、黄边位置特征分别出现于525 nm、725 nm、550 nm波段附近,红谷位置特征变化较大,并提取了红边积分面积等重要光谱变量特征.叶片氮含量与反射光谱的相关分析表明橡胶树叶片氮素敏感波段为700～1300 nm,其中730 nm处相关性最好,达到0.8422的极显著水平,以730 nm处的反射率与叶片氮含量建立线性模型,其复相关系数R2达到0.7094.     

小麦叶片色素含量的高光谱监测

连续两年采用不同小麦品种在不同施氮水平下进行大田试验,建立了小麦叶片色素含量的光谱定量监测模型.结果表明,叶片色素含量随着施氮水平的增加而提高,品种间存在差异,叶绿素(Chl) a+b相对含量随生育时期的变化较Chl b和类胡萝卜素(Car)更为明显.群体叶片色素含量的敏感波段主要存在于可见光区,其中,红边区域表现显著.红边位置参数REP_LE和REP_IG与叶绿素关系较为密切,REP_LE的表现较好.以REP_LE为变量对Chl a、Chl b和Chl a+b进行方程拟合,决定系数R²分别为0.835、0.841和0.840;对Car含量进行方程拟合,其R²显著下降,且光谱参数间差异较小.经独立数据的检验表明,红边位置的估算结果较好,以REP_IG为变量对Chl b进行预测,模型测试的R²和RE分别为0.632和18.2%;以REP_LE为变量对Chl a、Chl a+b和Car含量进行预测,R²分别为0.805、0.744和0.588,RE分别为9.0%、9.7%和14.6%.表明红边位置与叶片色素含量关系密切且表现稳定,利用REP_LE可以对小麦叶片Chl a和Chl a+b含量进行可靠的监测.     

水分胁迫对冬小麦光合特性及产量的影响

对不同水分条件下小麦叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数及光合速率的变化进行了研究．结果表明,随着胁迫的加剧．其叶绿素含量降低,且叶绿素a的含量下降比叶绿素b的含量要快。住不同水分条件下,叶片叶绿素含量及光合速率随生育进程的变化趋势基本一致．拔节期到抽穗期迅速上升,灌浆期后迅速下降,且叶绿素含量与光合速率呈显著的正相关。在水分胁迫下旗叶的T12值减少．旗叶光系统Ⅱ(PSⅡ)原初光能转化效率(Fv／Fm)和潜在活性(Fv／Fo)降低．胁迫程度越大其值降低幅度越大,轻度胁迫与对照相比其值降低幅度小。而重度胁迫其值急剧下降,这些值的降低,导致了光合作用的潜在活力降低,影响了光合电子的传递和CO2同化的正常进行,最终导致产量降低。     

叶部激素变化与小麦的整体衰老

旗叶中的叶绿素含量在抽穗—开花期达其最大值 ,然后迅速下降 ;丙二醛的含量逐渐上升 ;SOD活性逐渐下降。脱落酸的含量在灌浆的初期逐渐升高 ,中期达其最高值 ;玉米素在开花期达其峰值后迅速下降 ,旗叶的衰老与叶片中二激素间的浓度变化、平衡有关 ;根系活力在拔节—孕穗期达其高峰值 ,以后逐渐下降 ;根系活力在生育中、后期的下降与叶片中玉米素的下降、脱落酸的上升有直接关系 ,根系的早衰可能是引发小麦地上部衰老的重要原因之一。     

亚热带典型常绿阔叶树种叶片叶绿素含量与其高光谱特征间的关系

叶绿素在植物的生理生态过程中非常重要.利用高光谱数据,揭示光谱反射率上特征光谱与叶绿素含量间的关系将有助于理解叶绿素光谱反射特征的规律.选取了6种亚热带常绿阔叶树种,抽取一定数量的叶片样品,分别测量了叶片的光谱反射率及其叶绿素含量,并建立了光谱反射率曲线上的红边位置附近的光谱反射率和叶绿素总量间的回归模型.结果显示:对所研究的树种而言,红边位置处一窄波长范围内的平均光谱反射率与叶绿素总量间的相关性普遍较高,回归效果显著.从高光谱遥感的角度结合植物的生理生态特点分析了其机理.建立的有关红边位置处的光谱反射率与叶绿素总量间的回归模型普遍具有较高的拟合度,其应用前景较好.     

不同年代小麦品种旗叶的光合特性及抗氧化酶活性研究

以不同时期在黄淮冬麦区推广并具有一定代表性的5个小麦品种碧蚂1号、丰产3号、小偃6号、小偃54和小偃81为材料,研究了品种更替过程中小麦旗叶的光合特性以及抗氧化酶活性的变化.结果表明,各小麦品种旗叶净光合速率均于开花后10 d左右达到最大值后下降,并在开花灌浆期有显著差异,且近期品种始终高于早期品种.随着灌浆进程推进,各小麦品种旗叶叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、抗氧化酶活性呈现出与净光合速率基本一致的变化趋势(其中过氧化氢酶活性为下降趋势),而丙二醛含量持续升高,但近期小麦品种始终低于早期品种且差异达到极显著水平(P<0.01).研究发现,近期育成小麦品种的旗叶在生育后期具有相对较高的光合速率,可能与其叶绿素和可溶性蛋白含量下降速率较缓、抗氧化酶活性较高、膜脂过氧化程度较轻有关.     

不同灌溉量夏玉米叶绿素含量的高光谱特征及其反演

植物叶绿素含量直接影响其光合作用，并与植物的光谱特征密切相关。以夏玉米为研究对象，采用人工控水方法研究了夏玉米七叶期不同灌溉量下冠层叶绿素含量特征及其与光谱特征之间的关系。结果表明：灌溉量越少，夏玉米叶片叶绿素含量越低，冠层光谱反射率越高，绿峰位置"红移"，而红边位置"蓝移"。叶绿素含量与光谱特征参数、植被光谱指数之间存在极显著相关关系，据此建立了冠层叶绿素含量高光谱估算模型，且基于植被指数模型较基于单一光谱特征参数模型模拟效果更好。研究结果可为夏玉米叶绿素含量的快速无损测定以及夏玉米干旱监测提供依据。     

淹水胁迫下棉花叶片高光谱特征及叶绿素含量估算模型

为即时监测淹水胁迫下棉花功能叶叶绿素含量,确立叶绿素含量与单叶光谱特征参数的定量关系,本文以遮雨棚内蕾期淹水胁迫下的盆栽棉花为研究对象,淹水后每 3 d对棉花叶片进行测定、取样,综合分析叶绿素含量与高光谱特征参数的相关性,并构建和验证叶绿素含量的估算模型.结果表明: 随着淹水胁迫程度的加重,叶片叶绿素含量下降;叶片原始光谱反射率、一阶微分光谱反射率分别在580、697 nm波段附近与叶绿素含量呈显著负相关;利用差值指数和归一化指数建立的估算模型优于单波段线性模型,其中以植被指数(DR₆₉₇-DR₇₃₈)/(DR₆₉₇+DR₇₃₈)为自变量建立的模型棉花单叶叶绿素含量估算值与实测值拟合度最好,拟合系数为0.814,可用于淹水胁迫下棉花单叶叶绿素含量的估测.     

基于光谱指数的植物叶片叶绿素含量的估算模型

叶绿素是光合作用能力和植被发育阶段的指示器,是监测湿地植被生长健康状况的重要指标之一;高光谱遥感技术可以为植物叶绿素含量的定量化诊断提供简便有效、非破坏性的数据采集和处理方法。为保证被探测叶片面积相同,消除背景反射、叶片表面弯曲造成的光谱波动及叶片内部变异造成的影响,研究采用Field Spec 3光谱仪加载手持叶夹式叶片光谱探测器,测定野鸭湖湿地典型植物的叶片高光谱反射率数据,同时通过分光光度计室内测定相应叶片的叶绿素含量。采用相关性及单变量线性拟合分析技术,建立二者的关系模型,包括叶绿素含量与"三边"参数的相关模型以及比值光谱指数(SR)模型和归一化差值光谱指数(ND)模型,并采用交叉检验中的3K-CV方法对估算模型进行模型精度检验。结果表明:植物叶片叶绿素含量与"三边"参数大多都呈极显著相关,相关系数最大达到0.867;计算光谱反射率组成的比值(SR)和归一化(ND)光谱指数与叶绿素含量的决定系数,总体相关性比较高,较好的波段组合均为550—700nm与700—1400nm以及550—700nm与1600—1900nm,与叶绿素含量相关性最好的指数分别是SR(565nm,740nm)和ND(565nm,735nm)。并通过选取相关性最佳的光谱特征参数,分别基于"三边"参数和ND模型指数构建了植物叶片叶绿素含量的估算模型。其中,基于红边位置(WP_r)光谱特征参数和ND(565nm,735nm)光谱指数建立的叶绿素含量估算模型,取得了较好的测试效果,检验拟合方程的决定系数(R2)都达到0.8以上,估算模型分别为y=0.113x-78.74,y=5.5762x+4.4828。通过3K-CV方法进行测试和检验,植物叶绿素含量估算模型均取得了较为理想的预测精度,预测精度的分别为93.9%及90.7%。高光谱遥感技术对植被进行微弱光谱差异的定量分析,在植被遥感研究与应用中表现出强大优势,为植物叶绿素含量诊断中的实际应用提供了重要的理论依据和技术支持。     

Fluorescence and reflectance characteristics of manganese deficient soybean leaves: Effects of leaf age and choice of leaflet

Leaf reflectance and fluorescence characteristics of soybean (Glycine max cv Bragg) are influenced strongly by Mn availability. This report evaluates the effects of leaflet choice, leaf age, and leaf nodal position on several spectral characteristics. Leaves were obtained from soybeans grown hydroponically under controlled environmental conditions with wide differences in Mn supply. The ratio of constant yield fluorescence (F_o) to variable yield fluorescence (F_v), the ratios of reflectance at 750 nm to 550 nm and that at 650 nm to 550 nm, the position of the "red edge" near 700 nm, and an index of leaf "yellowness" were measured periodically. Increasing leaf age caused increases in the "red edge" and in both reflectance ratios. Leaf "yellowness" and the fluorescence ratio F_o/F_v decreased with leaf age and increased with leaf nodal position, primarily in Mn deficient leaves. Effects arising from leaf choice were smaller than those caused by Mn deficiency.     

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。     

陇中黄土高原春小麦光谱反射特征

通过田间小区试验,测定了3个春小麦品种(高原602、陇春8139和定西24)在不同生育期和不同种植密度的光谱反射率及对应叶面积指数(LAI)和地上生物量,分析了其光谱反射的一般特征和红边参数特征以及光谱变量与LAI和地上生物量的相关性.结果表明:在整个波段内,春小麦冠层光谱表现为高原602＞陇春8139＞定西24,其叶片光谱表现为定西24＞陇春8139＞高原602;春小麦冠层光谱在可见光波段和中红外波段成熟期明显大于孕穗期,而叶片光谱在近红外波段孕穗期明显大于成熟期;随着种植密度的提高,在近红外波段冠层和叶片的光谱反射率逐渐增加;冠层光谱的红边均具有"双峰"现象,从孕穗期到成熟期,冠层红边位置呈现"蓝移"现象;LAI和地上生物量与冠层光谱变量之间存在较好的相关性.     

施氮量和栽培模式对旱地冬小麦旗叶衰老及其活性氧代谢的影响

以冬小麦小偃22为试验材料,研究3种栽培模式(常规栽培、覆草栽培、地膜覆盖)和3种施氮水平(施纯氮0、120和240 kg/hm2)下旗叶衰老与活性氧代谢特性.结果表明,与常规栽培(CK)相比较,覆草栽培条件下叶绿素含量始终较高(P<0.05),叶片衰老速度缓慢,代谢强度旺盛,有利于籽粒灌浆和光合产物的积累,产量显著增加(P<0.05).在灌浆前期,地膜覆盖条件下叶片叶绿素含量增加(P<0.05),叶片保护性酶活性(POD、CAT)提高,膜脂过氧化程度低;但在灌浆后期,叶绿素含量急剧下降,叶片衰老速度加快,膜脂过氧化程度加剧,产量仍显著增加(P<0.05).施用氮肥在一定范围内可提高旗叶叶绿素含量和保护性酶活性(POD、CAT),降低膜脂过氧化程度;施氮量为120 kg/hm2时,冬小麦旗叶叶绿素含量最高,叶片衰老迟缓,代谢强度降低缓慢,膜脂过氧化程度低,有利于小麦后期生长和籽粒灌浆,在3种栽培模式下产量均最高.     

不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与植株含水率的定量关系

研究了不同土壤水氮条件下水稻 (Oryzasativa) 冠层光谱反射特征和植株水分状况的量化关系。结果表明, 水稻冠层近红外光谱反射率随土壤含水量的降低而降低, 短波红外光谱反射率随土壤含水量的降低而升高。相同土壤水分条件下, 高氮水稻的冠层含水率高于低氮水稻的冠层含水率 ;同一水分条件下, 高氮处理的可见光区和短波红外波段光谱反射率低于低氮处理, 近红外波段光谱反射率高于低氮处理。发现拔节后比值植被指数 (R810 /R460 ) 与水稻叶片含水率和植株含水率呈极显著的线性相关, 模型的检验误差 (RootmeansquareError, RMSE) 分别为 0.93和 1.5 0。表明比值植被指数R810 /R460 可以较好地监测不同生育期水稻叶片和植株含水率。     

Nondestructive estimation of anthocyanins and chlorophylls in anthocyanic leaves

The anthocyanin and chlorophyll contents in leaves provide valuable information about the physiological status of plants. Thus, there is a need for accurate, efficient, and practical methodologies to estimate these biochemical parameters of vegetation. In this study, we tested the performance and accuracy of several nondestructive, reflectance-based techniques for estimating anthocyanin and chlorophyll contents in leaves of four unrelated species, European hazel (Corylus avellana), Siberian dogwood (Cornus alba =Swida alba), Norway maple (Acer platanoides), and Virginia creeper (Parthenocissus quinquefolia), with widely variable pigment content and composition. An anthocyanin reflectance index, which uses reflectances in the green and red edge spectral bands, and a modified anthocyanin reflectance index, employing, in addition, the near-infrared (NIR) band, were able to accurately estimate leaf anthocyanin for all species taken together with no reparameterization of algorithms. Total chlorophyll content was accurately estimated by a red edge chlorophyll index that uses spectral bands in the red edge and the NIR. These approaches can be used to estimate anthocyanin and chlorophyll nondestructively and allow the development of simple handheld field instrumentation.