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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

日期: 2020-09-01
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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

【摘要】最近研究发现,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)的最大速率)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Vcmax25Jmax25)。ChlLeafVcmax25Jmax25高度相关(R2分别为0.890.87),优于NLeafR2分别为0.800.85)。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aCarLeaf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ChlLeafCarLeafXanLeaf)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′ N119°1′ E)进行的,该站点是2015年由南京大学国际地球系统科学研究所(ESSINJU)成立的。


【叶片光谱反射率测量】

2016.8.25-11.11,利用ASD FieldSpec3光谱仪每周一次于8:0010:0012:0014:0016:00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】

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2016年生长季水稻中ChlLeafCarLeaf(红点)和XanLeaf(黄色十字)的相关性(a),CarLeafChlLeaf比率(b)以及XanLeafChlLeaf比率(c)的季节性变化。

ASD | 从光化学植被指数和叶片色素估算叶片光合能力

叶片(a)叶绿素a含量(ChlaLeafμg cm−2),(b)叶绿素b含量(ChlbLeafμg cm−2),(cChlLeafμg cm−2)与Nareag 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。

ASD | 从光化学植被指数和叶片色素估算叶片光合能力

2016.8.25-11.02中午(1200左右)测得的水稻叶片光谱反射率的平均值,±1标准差,最小值和最大值(a)。全波段(b)和可见光波段(c)叶片光谱反射率与光合能力(Vcmax25Jmax25)之间的相关系数。

ASD | 从光化学植被指数和叶片色素估算叶片光合能力

2016年生长季成熟(中部)叶片Vcmax25μmol m−2s−1)与aChlLeafμg cm−2),bNmassg g−1),cNareag m−2),dCarLeafμg cm−2),eXanLeafμg cm−2)之间的关系和Jmax25fChlLeafμg cm−2),gNmassg g−1),hNareag m−2),iCarLeafμg cm−2),jXanLeafμg cm−2)之间的关系。

ASD | 从光化学植被指数和叶片色素估算叶片光合能力

2016年水稻地植物中部叶片Vcmax25aPRILeaf,noonbChlaLeaf *CarLeafcPRILeaf, noon* XanLeafdPRILeaf, noon* CarLeafePRILeaf, noon* ChlLeaffPRILeaf,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(Vcmax25Jmax25),NLeaf,叶片光合色素(即ChlLeafCarLeafXanLeaf)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ChlLeafVcmax25Jmax25高度相关(R2分别为0.890.87),优于NLeafR2分别为0.800.85)。
2)将PRILeaf, noon与叶片色素(即ChlLeafCarLeafXanLeaf)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Vcmax25R2=0.9644)有着很强的相关性。
3Vcmax25PRI,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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