东北东部主要阔叶树种叶绿素与SPAD值模型及影响因素

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:thskaoyan
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叶绿素是森林生态学研究中极为基础,也是至关重要的生理参数。实时准确快捷地获取叶绿素含量及其变化信息,对森林生态系统结构功能动态管理及保护具有重要意义。本实验以东北东部山区蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.ex Turcz.)、五角槭(Acer mono Maxim)、春榆(Ulmus japonica (Rehd.) Sarg.)、水曲柳(Fraxinus mandshurica Rupr.)、胡桃楸(Juglans mandshurica Maxim.)、黄菠萝(Phellodendron amurense Rupr.)、白桦(Betula platyphylla Suk.)和紫椴(Tilia amurensis Rupr)8个阔叶树种为研究材料,分别于2014年春季、夏季、秋季三个时间段进行实验,以二甲基亚砜(DMSO)提取叶绿素、类胡萝卜素含量,以SPAD-502叶绿素仪测定SPAD值。研究不同季节叶片叶绿素、类胡萝卜素、SPAD值及叶性状的特征;探讨两种不同计量单位表示的叶绿素、类胡萝卜素含量与SPAD值最优关系模型;分析SPAD值测定时间及叶性状对预测叶绿素含量精确度的影响。主要结论如下:(1)8个阔叶树种叶绿素a (Chla)、叶绿素b (Chlb)、叶绿素总量(Chltot)、类胡萝卜素(Car)及SPAD最高值均出现在夏季,春季或秋季最低;而叶绿素a比叶绿素b(a/b)最高值出现在夏季或春季,秋季最低。各树种比叶质量(LMA)(除胡桃楸)和叶厚(LT)(除白桦)最高值也出现在夏季;叶密度(LD)最高值出现在夏季或秋季,春季最低,而叶片含水量(LMC)恰好与其相反,最高值出现在春季,夏、秋季无显著差异或夏季显著高于秋季。叶绿素、类胡萝卜素、SPAD值及叶性状树种间的差异因季节不同而异。(2)各树种在不同季节及三个季节合并SPAD值与不同单位(单位面积、单位质量)表示的Chhot、Chla、Chlb、Car具显著相关性的分别占99%、99%、95.5%、94%,其中SPAD与Chltot、Chla、Chlb最优模型主要为幂函数,分别占77%、61%、53%,其次是二次函数及指数函数,偶尔出现对数函数。而与Car最优模型48.5%为二次函数,29.5%为幂函数,22%为指数函数。8个树种同一季节合并及8个树种三个季节合并SPAD值与不同单位叶绿素、类胡萝卜素均具极显著相关性,其中与叶绿素最优模型均为幂函数(除夏季SPAD-Chla);与Car多为二次函数。由此,东北东部8个阔叶树种SPAD与叶绿素含量的最优关系模型主要为幂函数,与Car主要为二次函数。(3)8个树种单位面积Chla、Chlb、Chltot与SPAD值模型R2均显著高于相应的单位质量叶绿素含量与SPAD模型,但两种单位表示的Car与SPAD值模型R2无显著差异。不同单位各光合色素与SPAD值关系模型R2的排序均为SPAD-Chltot>SPAD-Chla>SPAD-Chlb>PAD-Car 。各树种单位面积Chltot与SPAD模型R2幂函数均大于Homographic函数,但相差较小(0-0.1),两种模型军方均方根误差(RMSE)比较结果不统一,但相差也较小(0~0.54)(除白桦)。介于此,Homographic函数也可以作为东北东部8个阔叶树种叶绿素的预测模型。(4) SPAD日变化最大值出现在12:00—18:00占75%,最小值近90%出现在4:00—6:00,变化率在2~17%之间;SPAD最小值低估叶绿素含量误差达10~20%,其他时间段误差在±9%内(除了蒙古栎春季)。建议东北东部地区进行SPAD测定最好避开4:00—6:00。各树种三个季节合并叶片SPAD与比叶质量、含水量分别成正相关、负相关(水曲柳除外),与光合有效辐射相关性因树种及测定时期而异。叶性状对单位面积Chltot与SPAD模型贡献均较小(1%~7%);而LT、LMA对单位质量Chltot与SPAD模型的贡献较大(2~22%), LMC、LD贡献较小(1%~41%)。因此,用单位面积表示叶绿素含量拟合模型或预测叶绿素含量更为精准。
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