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ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

日期: 2020-09-01
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ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

【摘要】最近研究發(fā)現(xiàn),在混合落葉闊葉林中,相比于葉片氮含量,葉綠素含量可以更好地指示葉片的光合能力。葉片光合能力與葉綠素含量之間關(guān)系的一個(gè)關(guān)鍵概念就是光合成分(即光收集,光化學(xué)和生化成分)的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。為了檢驗(yàn)該假設(shè),作者在生長(zhǎng)季測(cè)量了水稻地葉片氮含量(NLeaf),葉片光合色素(即葉綠素(ChlLeaf),類(lèi)胡蘿卜素(CarLeaf)和葉黃素(XanLeaf))以及葉片光合能力(即1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)在25℃被羧化(Vcmax25)和再生(Jmax25)的最大速率)的季節(jié)性變化。同時(shí)還調(diào)查了NLeaf,葉片光合色素,晴天中午的葉片光化學(xué)植被指數(shù)(PRILeaf,noon)的有效性及其可能的組合,以估算水稻地的葉片光合能力(即Vcmax25Jmax25)。ChlLeafVcmax25Jmax25高度相關(guān)(R2分別為0.890.87),優(yōu)于NLeafR2分別為0.800.85)。PRILeaf,noon與葉片色素的產(chǎn)物也與Vcmax25高度相關(guān)(R2=0.95-0.96)。而且葉綠素aCarLeaf的產(chǎn)物可以很好地替代Vcmax25??偠灾?,該研究支持了以前的發(fā)現(xiàn),即葉綠素含量與Vcmax25的相關(guān)性比葉氮含量更好。而且,將PRILeaf,noon與葉片色素(即ChlLeaf,CarLeafXanLeaf)結(jié)合起來(lái),為估算葉片光合能力(即Vcmax25)提供了另一種方法。這些發(fā)現(xiàn)支持了光合組分協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)的假說(shuō),且有助于利用遙感數(shù)據(jù)估算葉片的光合能力。


【樣地描述】

樣地調(diào)查是在江蘇省句容市(31°9′ N119°1′ E)進(jìn)行的,該站點(diǎn)是2015年由南京大學(xué)國(guó)際地球系統(tǒng)科學(xué)研究所(ESSINJU)成立的。


【葉片光譜反射率測(cè)量】

2016.8.25-11.11,利用ASD FieldSpec3光譜儀每周一次于8:00,10:00,12:00,14:0016:00測(cè)量3個(gè)代表性植物的3個(gè)葉片樣品(頂部,中部和底部)的光譜反射率(350-2500 nm)。


【結(jié)果】

ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

2016年生長(zhǎng)季水稻中ChlLeafCarLeaf(紅點(diǎn))和XanLeaf(黃色十字)的相關(guān)性(a),CarLeafChlLeaf比率(b)以及XanLeafChlLeaf比率(c)的季節(jié)性變化。

ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

葉片(a)葉綠素a含量(ChlaLeafμg cm?2),(b)葉綠素b含量(ChlbLeaf,μg cm?2),(cChlLeafμg cm?2)與Nareag m?2)之間的關(guān)系以及(d)葉綠素-氮與Narea比率(Chl-N:?Narea)的季節(jié)性變化。

ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

2016.8.25-11.02中午(1200左右)測(cè)得的水稻葉片光譜反射率的平均值,±1標(biāo)準(zhǔn)差,最小值和最大值(a)。全波段(b)和可見(jiàn)光波段(c)葉片光譜反射率與光合能力(Vcmax25Jmax25)之間的相關(guān)系數(shù)。

ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

2016年生長(zhǎng)季成熟(中部)葉片Vcmax25μmol m?2s?1)與aChlLeafμg cm?2),bNmassg g?1),cNareag m?2),dCarLeafμg cm?2),eXanLeafμg cm?2)之間的關(guān)系和Jmax25fChlLeafμg cm?2),gNmassg g?1),hNareag m?2),iCarLeafμg cm?2),jXanLeafμg cm?2)之間的關(guān)系。

ASD | 從光化學(xué)植被指數(shù)和葉片色素估算葉片光合能力

2016年水稻地植物中部葉片Vcmax25aPRILeaf,noon;bChlaLeaf?*CarLeaf;cPRILeaf,?noon* XanLeaf;dPRILeaf, noon* CarLeaf;ePRILeaf,?noon* ChlLeaf;fPRILeaf,noon*ChlLeaf?+CarLeaf)之間的關(guān)系。


【結(jié)論】作者于2016年生長(zhǎng)季測(cè)量了水稻地葉片光合能力(Vcmax25Jmax25),NLeaf,葉片光合色素(即ChlLeaf,CarLeafXanLeaf)以及葉片光譜反射率。主要結(jié)論如下:


1)該研究支持前人的發(fā)現(xiàn),在水稻地中ChlLeafVcmax25Jmax25高度相關(guān)(R2分別為0.890.87),優(yōu)于NLeafR2分別為0.800.85)。
2)將PRILeaf, noon與葉片色素(即ChlLeaf,CarLeafXanLeaf)結(jié)合起來(lái),為估算葉片光合能力(即Vcmax25)提供了另一種方法。本研究中,與單獨(dú)利用葉片色素含量或PRILeaf,noon相比,這些組合與Vcmax25的相關(guān)性更好。PRILeaf,?noon*ChlLeaf+ CarLeaf)與Vcmax25R2=0.9644)有著很強(qiáng)的相關(guān)性。
3Vcmax25PRI,葉片光合色素或其組合的相關(guān)性支持了光合成分(包括光收集,光化學(xué)和生化成分)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)的假設(shè)。

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