【摘 要】
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水分胁迫是一种常见的植被胁迫状态,在以往基于植被指数的植被水分胁迫监测研究中,鲜少有关于植被水分胁迫早期探测的研究。水分胁迫是影响植物光合作用的最主要环境因素之一,而叶绿素荧光（Solar-Induced chlorophyll Fluorescence,SIF）被认为是探测植被光合功能受植物生理状态及环境条件影响的敏感“探针”,基于叶绿素荧光在植物的胁迫状况及光合功能状态的早期诊断方面具有巨大潜
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水分胁迫是一种常见的植被胁迫状态,在以往基于植被指数的植被水分胁迫监测研究中,鲜少有关于植被水分胁迫早期探测的研究。水分胁迫是影响植物光合作用的最主要环境因素之一,而叶绿素荧光（Solar-Induced chlorophyll Fluorescence,SIF）被认为是探测植被光合功能受植物生理状态及环境条件影响的敏感“探针”,基于叶绿素荧光在植物的胁迫状况及光合功能状态的早期诊断方面具有巨大潜力。本文基于2017-2018年于河北省辛集市马兰农场进行的冬小麦水分胁迫连续日变化观测试验,结合获取的冬小麦反射光谱、生理生化参数、荧光动力学参数和荧光光谱等数据,探索协同反射率与叶绿素荧光对冬小麦水分胁迫早期诊断的可行性。全文主要工作及研究结论如下:（1）水分胁迫不同阶段冬小麦反射光谱和生理生化响应特征分析。在水分胁迫后期阶段,相较于正常生长冬小麦,水分胁迫冬小麦叶面积指数、叶绿素含量和叶片相对含水量大幅度减少(ΔLAI胁迫后期=4.59,ΔSPAD胁迫后期=41.6,ΔRWC胁迫后期=20.2%),水分胁迫冬小麦冠层反射光谱在有效光合辐射波段（400～750 nm）和水分吸收区（1420～1470nm）的反射率差异性较大(Δ胁迫后期=0.0678);而在水分胁迫早期阶段,正常生长与水分胁迫冬小麦生理生化参数(ΔLAI胁迫早期=2.91,ΔSPAD胁迫早期=4.54,ΔRWC胁迫早期=1.97%)和光谱特征波段反射率(Δ胁迫早期=0.0236)的差异性较小;仅使用基于反射光谱指数的模型不能可靠地进行早期水分胁迫监测,但是可以提供良好的冠层结构以及叶绿素含量等信息。（2）水分胁迫早期阶段SIF光谱、荧光动力学参数及其相关性分析。荧光动力学参数ΦPSII（光系统II的实际光能转换效率）和Fv/Fm（光系统II的最大光能转换效率）可以对冬小麦水分早期胁迫进行监测,但是数据本身测量效率低下;荧光光谱特征波段（SIF光谱的左峰f685和SIF光谱的右峰f760）与荧光动力学参数ΦPSII和Fv/Fm有高相关性,可以作为建立水分早期胁迫监测模型的基础。（3）SCOPE模型模拟试验对影响荧光产生的输入变量进行全局敏感性分析。叶绿素a+b含量（Cab）和叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）对荧光产生的贡献率为86.1%,可以作为优化水分早期胁迫监测模型的理论依据。（4）冬小麦水分早期胁迫诊断模型的建立与评价。选择与叶片相对含水量相关性最高的f757/f688和PRI570/f688为基础监测光谱指数,在此基础上综合利用反射率与SIF信息的各自优势,通过考虑Cab和LAI等生物物理参数对作物光谱的贡献,采用NDVIdev减弱冠层结构、色素含量对SIF的影响来优化模型,协同冬小麦冠层反射率与SIF信息构建和优选了用于冬小麦水分早期胁迫诊断的光谱指数:f757/(f688·NDVIdev)和PRI570/(f688·NDVIdev),构建并验证了最终冬小麦水分早期胁迫诊断模型。
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