柑桔水分豐缺的光譜和莖流響應(yīng)模型研究.pdf

1、水是生物體的重要組成部分，水分是控制植物光合作用和生物量的主要因素之一，因此在植物生命活動(dòng)中有著不可取代的重要作用。干旱是全球主要自然災(zāi)害之一，干旱對(duì)柑桔產(chǎn)量和品質(zhì)造成的損失及影響在所有非生物脅迫中占極重要地位。在柑桔樹受到干旱脅迫以前，如何實(shí)時(shí)、無損地對(duì)柑桔植株水分狀況和干旱逆境做出判斷，對(duì)于防旱減災(zāi)既有重要的理論價(jià)值，又具有重要的生產(chǎn)指導(dǎo)意義和應(yīng)用前景。 國(guó)內(nèi)外有關(guān)作物干旱脅迫診斷技術(shù)的研究近年發(fā)展較快。光譜法監(jiān)測(cè)評(píng)估作物水

2、分狀況的相關(guān)研究已經(jīng)涉及小麥、水稻、棉花、葡萄等作物，但涉及柑桔及其主栽品種的研究較少。樹干液流監(jiān)測(cè)是近年應(yīng)運(yùn)而生的又一項(xiàng)新技術(shù)，但在果樹方面的研究報(bào)道不多，尤其是對(duì)莖流的發(fā)生規(guī)律和影響因素還缺乏系統(tǒng)了解，限制了這一技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。 本研究以柑桔葉片及植株為研究對(duì)象，以系列實(shí)驗(yàn)室和田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代遙感信息、生長(zhǎng)分析等手段，采用相關(guān)分析、線性與非線性分析和逐步回歸等數(shù)據(jù)挖掘方法，首次探討了重慶地區(qū)不同水分

3、脅迫條件下柑桔葉片和冠層的光譜響應(yīng)特征及其回歸關(guān)系。研究了環(huán)境因子對(duì)樹體液流的影響，初步建立起柑桔植株水分診斷技術(shù)體系。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： 1．以8年生枳橙砧福本臍橙為試材，在模擬干旱脅迫環(huán)境下分析了福本臍橙(Citrussinensis(L)cv． Fukomoto navel orang)葉片失水動(dòng)態(tài)及其光譜反射率變化，篩選出柑桔葉片水分脅迫特征光譜。用歸一化技術(shù)對(duì)柑桔葉片特征光譜吸收峰深度和面積進(jìn)行定量描述和計(jì)算，建

4、立了葉片相對(duì)含水量與1400 nm特征光譜吸收峰深度和面積之間的線性回歸關(guān)系。結(jié)果表明，在水分脅迫過程中葉片光譜反射率顯著增強(qiáng)；1195-1442 nm波段的光譜反射率與葉片RWC的相關(guān)性達(dá)到了較高水平，1400 nm反射光譜為柑桔葉片干旱逆境診斷的特征光譜；葉片RWC與特征光譜反射率呈極顯著負(fù)相關(guān)，RWC=-0.5965x+82.3833，決定系數(shù)為0.842；與特征光譜吸收峰深度的回歸模型為RWC=0.3879x-53.2324，決

5、定系數(shù)為0.894；與特征光譜吸收峰面積面積的回歸模型為RWC=0.0026x+54.2000，決定系數(shù)達(dá)0.902。試驗(yàn)結(jié)果為基于光譜探測(cè)技術(shù)的柑桔旱情預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)診斷奠定了基礎(chǔ)。 2．對(duì)盆栽枳橙砧特洛維塔甜橙進(jìn)行梯度控水處理后，對(duì)試材進(jìn)行了葉片葉綠素含量(SPAD)值、相對(duì)含水量(RWC)和土壤相對(duì)含水量(RWC)的測(cè)定，同時(shí)用便攜式光譜儀采集了控水植株冠層325-1075 nm的反射光譜。對(duì)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，水分脅迫處理時(shí)

6、間與土壤及葉片相對(duì)含水量下降幅度呈顯著線性正相關(guān)，葉片失水速率大于土壤；干旱脅迫對(duì)植株冠層光譜反射率的影響呈隨干旱程度的加重，光譜反射率提高的趨勢(shì)，尤其是與葉綠素關(guān)系密切的光譜反射峰550 nm波長(zhǎng)附近的光譜反射率顯著增強(qiáng)。采用偏最小二乘法進(jìn)行建模分析，獲得520 nm光譜反射率與葉片含水量和葉綠素含量的預(yù)測(cè)模型，950 nm光譜反射率和冠層水分含量的建模預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.884。提出了不同程度干旱脅迫的光譜比值指數(shù)R(51

7、5，520)和R(915，920)。為實(shí)現(xiàn)田間旱情快速無損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了可能。 3．選取8年生露地栽培的枳橙(Carrizo citrange)砧福本臍橙(Citrus sinensis(L)cv．Fukomoto navel orange)健康植株，安裝TDP莖流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并在同一果園安裝自動(dòng)氣象觀察系統(tǒng)。獲取數(shù)日的太陽輻射、空氣濕度等氣象參數(shù)和莖流的數(shù)據(jù)。結(jié)果分析顯示，柑桔莖流日變化和連日變化同太陽輻射強(qiáng)度具有較好的相關(guān)