氮素水平对不同土壤质地杨树叶片光谱特性和光合能力的影响

摘要

107杨（Populus×euramericana cv.“74/76”）具有速生、质优、抗病等特点，已成为北方地区最主要的速生丰产林树种。
　　本研究以一年生107杨幼苗为研究对象，利用美国ASD(Analytical SpectralDevice)公司生产的Field-Spec Pro便携式光谱仪，测量和计算107杨叶片SPAD值、叶片氮素含量的光谱反射率，揭示叶片光谱特征与SPAD值、叶片氮素含量之间的相关关系，基于植被指数建立估算SPAD值和叶片氮素含量的模型，为利用高光谱分辨率遥感技术进行植物的生长监测和光合量生产估测提供理论依据;采用Li-6400便携式光合仪的LED红蓝光源测定不同氮素条件下107杨光响应过程，研究107杨在不同氮素条件下光响应曲线特征参数的变化规律，揭示其光合作用特性与土壤氮素水平的定量关系，主要研究结果如下:
　　(1)107杨高光谱反射曲线呈现典型的植物光谱特征，无论是壤土还是沙土其一阶导数光谱随着施氮量的增加在380～760nm的可见光范围内也相对升高，尤其在720-740nm的红边核心区域产生了向长波方向移动的变化趋势。其中，壤土条件下红边区域向长波方向移动的幅度大于沙土，说明在壤土条件N1(4g)水平可以更好地指示107杨生长发育状况。
　　(2)不同氮素水平条件下，壤土和沙土各施肥处理净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）均随着光照强度的增加而上升，且三者之间呈正相关关系;胞间CO2浓度(Ci)则随着光照强度的增加呈下降的趋势，与净光合速率呈负相关关系。此外，壤土条件下107杨叶片各氮素处理的光合能力均优于沙土。
　　(3)基于高光谱信息所建立的107杨叶片SPAD值、叶片氮素含量的预测模型，均以二次多项式预测效果最好，模型反演精度较高。
　　综上所述，光谱、光合技术可以作为快速、无损、准确监测107杨施肥后叶绿素、氮素状况的效好方法，为107杨高效、高产、生态的合理施肥提供理论依据。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 国内外研究现状

1．1．1 叶绿索和氮素对植物生长的重要性

1．1．2 高光谱遥感技术的发展过程及应用前景

1．1．3 遥感反演植物生理生态特征的国内外研究

1．2 研究内容

1．2．1 不同氮素水平对107杨叶片的光谱响应

1．2．2 不同氮素水平对107杨叶片的光合响应

1．2．3 107杨叶片生理生态特征光谱指数提取与建模

2 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 盆栽实验设计

2．3 研究方法

2．3．1 数据的采集测定

2．3．2 数据处理

3 结果与分析

3．1 氮素水平对不同土壤质地107杨叶片光谱特征的影响

3．1．1 107杨高光谱反射曲线

3．1．2 107杨叶片一阶导数光谱响应特征

3．1．3 107杨“红边”特征的变化

3．2 氮素水平对不同土壤质地107杨叶片光合能力的影响

3．2．1 107杨净光合速率的光响应

3．2．2 107杨蒸腾作用的光响应

3．2．3 107杨叶片气孔导度和胞间CO2浓度的光响应

3．3 107杨叶片SPAD值高光谱的反演

3．3．1 光谱植被指数与SPAD值的相关性分析

3．3．2 基于植被指数的叶绿素反演模型的建立及精度评价

3．4 107杨叶片氮素含量高光谱的反演

3．4．1 光谱植被指数与叶片氮素含量的相关性分析

3．4．2 基于植被指数的叶片氮素反演模型的建立及精度评价

4 讨论

5 结论

5．1 氮素水平对不同土壤质地107杨叶片的光谱响应

5．2 氮素水平对不同土壤质地107杨叶片的光合响应

5．3 107杨叶片SPAD值、叶片氮素含量的高光谱反演

参考文献

在读期间发表论文

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致谢