不同水分状态下雷竹生理生化及其叶片反射光谱特征

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:f415931981
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我国南方夏秋季高温干旱气象条件对竹类植物的生长极其不利,缺水影响植株的生理生化过程,降低其光合生产能力,进而影响竹林产出,竹林水分状况的快速判别对于竹林水肥精准管理具有重要参考价值。本研究以我国南方重要的笋用竹种雷竹(Phyllostachys violascens)为研究对象,采用盆栽及控水试验方法研究了2年生雷竹在不同水分状态下叶片含水量,叶绿素、渗透调节物含量,膜脂过氧化水平,抗氧化酶活性和根系活力等的变化规律,以期选出雷竹不同水分状态的指示指标。通过研究雷竹冠层叶片在不同水分及叶绿素条件下反射光谱特征,探究反射光谱对水分和叶绿素敏感的波段,并以光谱指数构建等方法对雷竹水分及叶绿素含量进行了估算及验证。主要研究结果如下:(1)叶片相对含水量(RWC)是反映雷竹叶片水分含量的指示指标,不同缺水处理(对照为田间持水量的85%以上,轻度缺水处理为60-80%,中度缺水处理为40-60%,重度缺水处理为20-40%)的雷竹叶片相对含水量与不缺水处理相比均呈降低趋势,但不同程度缺水及缺水时间对雷竹水分含量影响程度不同,轻度缺水处理的雷竹叶片RWC与对照相比差异不显著;中度缺水处理的雷竹叶片RWC在缺水处理的21天后降低到79%以下;重度缺水处理的雷竹叶片RWC从处理第1天开始即显著低于对照,处理第21天后降低至67%以下。(2)各缺水处理雷竹叶片膜脂过氧化水平随缺水处理时间的延长呈现出先升高再降低的变化趋势。缺水处理第14天,各缺水处理叶片的膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量均达到最大,轻度、中度和重度缺水处理叶片MDA含量分别较对照升高22.8%(差异不显著)、17.7%(差异不显著)和38.2%(差异显著);叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性在不同缺水处理间变化规律不同,缺水处理第7天时叶片SOD、POD和CAT活性与MDA含量呈负相关,但只有叶片CAT活性与RWC呈显著的正相关关系。(3)与对照相比,不同程度缺水处理的雷竹叶片游离脯氨酸(Pro)含量有累积趋势,随缺水程度提高Pro含量峰值时间提早;中度缺水处理14天时,雷竹叶片Pro含量较对照显著升高57.9%,在缺水处理的中后期,各水分处理雷竹叶片Pro含量均显著高于对照。不同程度缺水处理加剧了叶片可溶性糖和淀粉含量波动;中度和重度缺水处理第14天雷竹根系活力均显著低于对照及轻度缺水处理,重度缺水处理雷竹根系活力在第28天显著低于其他处理;但叶片RWC与可溶性糖含量相关性不显著,与淀粉呈极显著的正相关关系,与游离脯氨酸含量呈显著的负相关关系。(4)轻度、中度和重度缺水处理的雷竹叶片叶绿素含量平均较对照分别降低16.4%、10.3%和36.5%;中度及重度缺水处理21天后叶片叶绿素含量显著降低;叶片RWC与叶绿素a含量、叶绿素b含量以及叶绿素总量总体呈正相关关系,在缺水21-28天相关性达显著。(5)雷竹叶片含水量与其光谱反射率在近红外区呈负相关关系;光谱反射率敏感性分析表明,在1400-1600 nm、1800-2000 nm波段附近,光谱反射率对叶片水分变化敏感,冠层叶片反射光谱的水分敏感波段在同属竹种(石竹、五月季竹)之间具有相似性;不同光谱指数与叶片水分指标的相关性分析及回归方程拟合结果表明,改进的归一化光谱指数m NDVI(740,1450)与叶片相对含水量指标具有较高的相关性,其与叶片相对含水量y的拟合方程(y=1.1486x2+1.9763x+0.1002)精度较其他光谱指数更高,均方根误差和平均相对误差优于其他光谱指数,可以为雷竹叶片水分含量的无损测定提供参考。(6)在可见光区雷竹冠层叶片光谱反射率随叶绿素含量的升高而降低,以波长493nm、639 nm、693 nm、756 nm等处的光谱反射率及其一阶微分值与叶绿素含量的相关性较高。光谱特征参数如绿峰反射率、红谷反射率、蓝边面积、绿峰面积与雷竹及参比竹种(石竹、五月季竹)叶片叶绿素含量与相关性较高,随着叶绿素含量的增加,叶片反射光谱的红边位置向红边方向移动。同属的石竹、五月季竹反射光谱变化规律与雷竹类似。与已有的光谱指数相比基于雷竹叶绿素含量敏感波段修正后的光谱指数与叶绿素含量的相关性优于原光谱指数。基于波长493 nm、639 nm、693 nm、756 nm一阶微分光谱值(DRi)构建的雷竹叶绿素含量y的多元回归方程(y=3.36-1518.2DR493+46.4DR693+72.8DR639+1199.1DR756)以及修正的绿色归一化植被指数(m GNDVI)构建的回归方程(y=6.3866x0.8829)为雷竹叶绿素含量的较优估算方程。
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