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ASD | 从光化学植被指数和叶片色素估算叶片光合能力

近研究发现,在混合落叶阔叶林中,相比于叶片氮含量,叶绿素含量可以更好地指示叶片的光合能力。叶片光合能力与叶绿素含量之间关系的一个关键概念就是光合成分(即光收集,光化学和生化成分)的协调调节。为了检验该假设,作者在生长季测量了水稻地叶片氮含量(nleaf),叶片光合色素(即叶绿素(chlleaf),类胡萝卜素(carleaf)和叶黄素(xanleaf))以及叶片光合能力(即1,5-二磷酸核酮糖(rubp)在25℃被羧化(vcmax25)和再生(jmax25)的大速率)的季节性变化。同时还调查了nleaf,叶片光合色素,晴天中午的叶片光化学植被指数(prileaf,noon)的有效性及其可能的组合,以估算水稻地的叶片光合能力(即vcmax25和jmax25)。chlleaf与vcmax25和jmax25高度相关(r2分别为0.89和0.87),优于nleaf(r2分别为0.80和0.85)。prileaf,noon与叶片色素的产物也与vcmax25高度相关(r2=0.95-0.96)。而且叶绿素a和carleaf的产物可以很好地替代vcmax25。总而言之,该研究支持了以前的发现,即叶绿素含量与vcmax25的相关性比叶氮含量更好。而且,将prileaf,noon与叶片色素(即chlleaf,carleaf和xanleaf)结合起来,为估算叶片光合能力(即vcmax25)提供了另一种方法。这些发现支持了光合组分协调调节的假说,且有助于利用遥感数据估算叶片的光合能力。
【样地描述】
样地调查是在江苏省句容市(31°9′ n,119°1′ e)进行的,该站点是2015年由南京大学地球系统科学研究所(essi,nju)成立的。
【叶片光谱反射率测量】
在2016.8.25-11.11,利用asd fieldspec3光谱仪每周一次于8:00,10:00,12:00,14:00和16:00测量3个代表性植物的3个叶片样品(顶部,中部和底部)的光谱反射率(350-2500 nm)。
【结果】
2016年生长季水稻中chlleaf与carleaf(红点)和xanleaf(黄色十字)的相关性(a),carleaf与chlleaf比率(b)以及xanleaf与chlleaf比率(c)的季节性变化。
叶片(a)叶绿素a含量(chlaleaf,μg cm?2),(b)叶绿素b含量(chlbleaf,μg cm?2),(c)chlleaf(μg cm?2)与narea(g m?2)之间的关系以及(d)叶绿素-氮与narea比率(chl-n: narea)的季节性变化。
2016.8.25-11.02中午(12:00左右)测得的水稻叶片光谱反射率的平均值,±1标准差,小值和大值(a)。全波段(b)和可见光波段(c)叶片光谱反射率与光合能力(vcmax25和jmax25)之间的相关系数。
2016年生长季成熟(中部)叶片vcmax25(μmol m?2s?1)与a)chlleaf(μg cm?2),b)nmass(g g?1),c)narea(g m?2),d)carleaf(μg cm?2),e)xanleaf(μg cm?2)之间的关系和jmax25与f)chlleaf(μg cm?2),g)nmass(g g?1),h)narea(g m?2),i)carleaf(μg cm?2),j)xanleaf(μg cm?2)之间的关系。
2016年水稻地植物中部叶片vcmax25与a)prileaf,noon;b)chlaleaf *carleaf;c)prileaf, noon* xanleaf;d)prileaf, noon* carleaf;e)prileaf, noon* chlleaf;f)prileaf,noon*(chlleaf +carleaf)之间的关系。
【结论】作者于2016年生长季测量了水稻地叶片光合能力(vcmax25和jmax25),nleaf,叶片光合色素(即chlleaf,carleaf和xanleaf)以及叶片光谱反射率。主要结论如下:
(1)该研究支持前人的发现,在水稻地中chlleaf与vcmax25和jmax25高度相关(r2分别为0.89和0.87),优于nleaf(r2分别为0.80和0.85)。
(2)将prileaf, noon与叶片色素(即chlleaf,carleaf和xanleaf)结合起来,为估算叶片光合能力(即vcmax25)提供了另一种方法。本研究中,与单独利用叶片色素含量或prileaf,noon相比,这些组合与vcmax25的相关性更好。prileaf, noon*(chlleaf+ carleaf)与vcmax25(r2=0.9644)有着很强的相关性。
(3)vcmax25与pri,叶片光合色素或其组合的相关性支持了光合成分(包括光收集,光化学和生化成分)协调调节的假设。
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