第8香韩2 光满学y点花腊分新 Vo2a2.98g458 不同氮、钾施肥处理对小麦光能利用率和 光化学植被指数(PRD关系的影响 吴朝阳2，牛铮1，汤泉，2，黄文江 1.中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室，北京100101 2中国科学院研究生院，北京100039 3国家农业信总化工程技术研究中心，北京100097 摘要光化学植被指数PRI(photochemical reflectance index)为估算植被的光能利用率LUE(light use eff cieney)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对PRI和LUE之间关系的影响，这些 因素包括水分含量、CO,浓度等等。文章选择了不问氨、钾施肥量处理的小麦，测量其LUE和PRL,分析不 同肥料处理对二者关系的影响。实验表明，氯、钾施肥量的增加将提高冠层光谱的P1值和叶片内部叶绿素 的含量，在此基础上提高小麦的LUE,对于不同氮、钾处理的小麦，PI和LUE之间都获得了很好的相关 关系，总的相关系数R分别是0.7104和Q8534.随着氮、钾肥量的增加，PR1和LUE之间的相关性也在 增加.对1,2,3份的氮施肥量，相关系数R分别是06020,06404和0.8014：钾施肥量为1,2,3份时 R2分别为03791,06404和06769。因此，PRI不仅能够获可靠精度的LUE,并且为监测小麦的肥料状 况提供了一种间接方法，这将为田间管理和精细农业提供了必要的参考信息。 关键词光化学植被指数PR1:光能利用率LU:氨肥：钾肥：精细农业 中图分类号TP79 文就标识码：AD01:103964/i.issn1000-0593(2009)02-0455-04 力关注于各种干扰因素对建立PRI和LUE关系的影响，这 引 言 些因素包括叶片水分 化碳浓度等4，。利用PR 来估算 JE的可行性己经得 研究者的认可，但是对 LUE是估算净初级生产力NPP(Net primary 不同干扰因素造成的影响仍然有待更加深入地研究。本文从 的一不关造的变化有着重要的意义川。科经犹的 量。获 取可靠精度自 不同的氮、钾施肥量着手，研究不同肥料水平对PI和LUE 科学家建立了很 的影响，将对精细农业的研究和施配量处理有着积极的 多植被指数VI(vegetation index))米研究植被的各种生化组 义。 分以监测植物的生长状况1。光化学植被指数PRI(photo- chemical reflectance index)的定义为531和570nm处反射率 1实验和方法 的归一化植被指数.这两个波段位置的反射率受到叶黄 质循环的影响并和叶片的LUE密切相关。因此PR为估算 11研究区概况 叶片的LUE提供了一种有效的方法。当入射光强超过光合 研究区位于国家农业信息化工程技术研究中心的小汤山 作用能够使用的能量时，就会引起叶黄质从环氧化状态转变 因家精细农业实验基地(40210.6'N.11626.3'E)。本次实 为脱环氧化状态来做失热量以保护光合器官，列因而导致 验选择的材料是冬小麦(Triticum aestivum L.),是我国主要 LUE的变化 的力作物之 。为了研究不同氮、钾施肥情况对PRI和LUE 很多研究探时了PR和LE的关系这些研究明 的影响，本文选择了不同施肥状况的小麦共5个样品，氮肥 PRI和AE 个基于荧光的指数，可以用来反映光合作 钾肥施肥量分别是 份和3 2代表当地推荐施 用PS的利用效率)以及 1E在叶片冠及 ,1份为推 半，3份为推荐量 1地面测量数 5詹 观尺度上都能建立很好的相关关系。目前，更多的研究精 收稿日期：20071-02，修订日期：200802-08 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(2007CB714406)资助 作者简介：吴朝阳，1982年生，中国科学院逼感应用研究所博士研究生 email hefery 163.com 1994-2010China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 2 9卷 ,第2期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 Vol1 29 ,No12 ,pp4552458 2 0 0 9 年 2 月 Spectroscopy and Spectral Analysis February , 2009 不同氮、钾施肥处理对小麦光能利用率和 光化学植被指数( PRI) 关系的影响 吴朝阳1 , 2 , 牛 铮1 , 汤 泉1 , 2 , 黄文江3 11 中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室 , 北京 100101 21 中国科学院研究生院 , 北京 100039 31 国家农业信息化工程技术研究中心 , 北京 100097 摘 要 光化学植被指数 PRI(photochemical reflectance index) 为估算植被的光能利用率 LU E(light use effi2 ciency)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对 PRI 和 L U E 之间关系的影响 , 这些 因素包括水分含量、CO2 浓度等等。文章选择了不同氮、钾施肥量处理的小麦 , 测量其 LU E 和 PRI , 分析不 同肥料处理对二者关系的影响。实验表明 , 氮、钾施肥量的增加将提高冠层光谱的 PRI 值和叶片内部叶绿素 的含量 , 在此基础上提高小麦的 LU E。对于不同氮、钾处理的小麦 , PRI 和 LU E 之间都获得了很好的相关 关系 , 总的相关系数 R 2 分别是 01710 4 和 01853 4。随着氮、钾肥量的增加 , PRI 和 LU E 之间的相关性也在 增加。对 1 , 2 , 3 份的氮施肥量 , 相关系数 R 2 分别是 01602 0 , 01640 4 和 01801 4 ; 钾施肥量为 1 , 2 , 3 份时 , R 2 分别为 01379 1 , 01640 4 和 01676 9。因此 , PRI 不仅能够获可靠精度的 LU E , 并且为监测小麦的肥料状 况提供了一种间接方法 , 这将为田间管理和精细农业提供了必要的参考信息。 关键词 光化学植被指数 PRI; 光能利用率(LU E) ; 氮肥 ; 钾肥 ; 精细农业 中图分类号 : TP79 文献标识码 : A DOI: 1013964/ j1issn1100020593 (2009) 0220455204 收稿日期 : 2007211202 , 修订日期 : 2008202208 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目(2007CB714406) 资助 作者简介 : 吴朝阳 , 1982 年生 , 中国科学院遥感应用研究所博士研究生 e2mail : hefery @1631com 引 言 L U E 是估算净初级生产力 NPP(Net primary productivi2 ty)的一个关键变量。获取可靠精度的 LU E 对研究能量的分 布以及全球环境的变化有着重要的意义[1 ] 。科学家建立了很 多植被指数 VI(vegetation index) 来研究植被的各种生化组 分以监测植物的生长状况[224 ] 。光化学植被指数 PRI(photo2 chemical reflectance index) 的定义为 531 和 570 nm 处反射率 的归一化植被指数[527 ] 。这两个波段位置的反射率受到叶黄 质循环的影响并和叶片的 LU E 密切相关。因此 PRI 为估算 叶片的 LU E 提供了一种有效的方法。当入射光强超过光合 作用能够使用的能量时 , 就会引起叶黄质从环氧化状态转变 为脱环氧化状态来散失热量以保护光合器官[8 , 9 ] , 因而导致 LU E 的变化。 很多研究探讨了 PRI 和 LU E 的关系 , 这些研究表明 PRI 和ΔF/ Fm′(一个基于荧光的指数 , 可以用来反映光合作 用 PS Ⅱ的利用效率[10 ] ) 以及 LU E 在叶片[11 ] 、冠层[12 ]以及景 观尺度[13 ]上都能建立很好的相关关系。目前 , 更多的研究精 力关注于各种干扰因素对建立 PRI 和 LU E 关系的影响 , 这 些因素包括叶片水分含量、二氧化碳浓度等[14 , 15 ] 。利用 PRI 来估算 LU E 的可行性已经得到了研究者的认可 , 但是对于 不同干扰因素造成的影响仍然有待更加深入地研究。本文从 不同的氮、钾施肥量着手 , 研究不同肥料水平对 PRI 和 LU E 的影响 , 将对精细农业的研究和施肥量处理有着积极的意 义。 1 实验和方法 111 研究区概况 研究区位于国家农业信息化工程技术研究中心的小汤山 国家精细农业实验基地(40°1016′N , 116°2613′E) 。本次实 验选择的材料是冬小麦( Triticum aestivum L1) , 是我国主要 的农作物之一。为了研究不同氮、钾施肥情况对 PRI 和 LU E 的影响 , 本文选择了不同施肥状况的小麦共 5 个样品 , 氮肥、 钾肥施肥量分别是 1 份、2 份和 3 份。2 代表当地推荐施肥 量 , 1 份为推荐量一半 , 3 份为推荐量 115 倍。 112 地面测量数据
56 光谱学与光谱分析 第29卷 实验时间为2007年5月16日，小麦处于生长旺盛期 CO:mo'PPFD附近浮动，对于2份的氮肥量，LUE稍有 天气晴朗，选择这一实验时间的原因在于长期的氨、钾施肥 提高.主要在0011-0012molC02mo11PpD之间.对 量处理对小麦的生理形响最为明显。 于3份的氮肥量，LUE提高到a013 mol CO2molPpFD 反射率数据获取使用的是ASD便携式光谐仪(FS 最大值为0014108 ER2500ASD.USA)波长范围从3802500nm采样间 量的 增加能够提高叶片的LUE,进 可以增 隔为1nm,视场角25°，垂直测量，距离冠层约1m.实验中 ,另外 使用的参考板为99%的朗伯体白板(Lab 每个采样点量0 每种样本选取】 叶片 的 量分别为43.8， 取平均值作为 38,44 射率计算以 消除偶然误羞，PRI的获取方法如()式 倒 别为496,506和51.1·叶绿 的含量增加，因而可以更多地进行光合作用，提高光合作用 别 31和 的利用效率 2L.2氨施肥量对PRI的影响 携式的气体分析系统(LCOR,lne,Lincoln,Nebraska, PR1植被指数主要由531和570nm处的反射率构成 USA)。 氯施肥量对PRI的影响就是对这两个波段位置处反射率的 LUE的计算方法如(2)式 乡明，531nm处的反射率只受到叶绿素含量的影时，而570 LUE -Pn/PPFD (2) m处的反射率除受叶绿素影响之外，还竖到胡萝卜素的影 其中，Pn表示净CO,的固定速率，PPFD(incident pho 响，因此测量了这两个波段之间反射率的相对苏值，叶绿素 紫p加oa如代表冠层载获的先合有效 含量越高，PR1值诚大，从图2可以看出随若氨施肥量增加 PRI值增加，尽管有个别采样点例外，这一研究结果和G 通常叶片叶绿素含量的获取用标准比色法)，尽管这 mon等1997年的分析是一致的. 一方法精度很高，但是有两个缺点，首先是需要花费很长的 时间。其次是这一方法破坏了叶片，使得以后其他的分析无 法进行。因此本文中选取了一种快速测量叶绿素相对含量的 方法。使用的是便携式的叶绿素仪SPAD502(Minolta Cor poration.New Jersey.USA). 0.020 2结果和分析 0.030+ 2346678910 施肥量 是 ,是每个活细胞的组成部分 Fig 2 Efect of different nitrogen levels on canopy PRI 套是 素的组成 含物 次，氮素 22钾施肥量对LUE和PRI的影 影响是十分明显的。在本文的实验中，不同氨施肥量小麦的 221钾施肥量对小麦LUE的影响 钾元素是植物体内的另一种重要元素。对不同钾施肥量 LUE情况如图1， 小麦样本的LUE分析结果表明，随着钾肥量的增加，LUE 明显增加.如图3所示。对1份的钾肥.LUE在001mo 0.01 C02mo1PpFD左右，最小值为Q00763molC0mo PPD,当钾肥提高一倍时，LUE增加到QO11 mol CO 0.08 molPPFD附近 ,最大值为0012967mlC0:mo PPFD,对3份的钾肥，LUE在Q013 nol Co,mol·PPFD 0.004 浮动，最大值达到0.016582 mol CO2mol1PPFD. 对不同钾施肥量的小麦叶绿素分析表明，钾肥量的提高 215680 使得叶片内部的叶绿素含量增加，进而提高了光合作用的效 mple leaf 率，对1份、2份和3份的钾施肥量，叶片倒一叶的叶绿素含 Fig 1 LUE for different nitrogen levels 量分别为43,44.1,45.7.叶片倒二叶的叶绿素含量分别为 1:N,2:Nz3:N 0306和521 从图中可以看出，总体而言，小麦叶片的LUE随着N 222流肥量对小麦PR的影 施肥量的增加而提高。对于1份的施肥量，LUE在01 整体而言，在氯元素充足的情况下，钾肥量的不同对小 1994-2010 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
实验时间为 2007 年 5 月 16 日 , 小麦处于生长旺盛期 , 天气晴朗 , 选择这一实验时间的原因在于长期的氮、钾施肥 量处理对小麦的生理影响最为明显。 反射率数据获取使用的是 ASD 便携式光谱仪 ( FS2 FR2500 , ASD , USA) , 波长范围从 380～2 500 nm , 采样间 隔为 1 nm , 视场角 25°, 垂直测量 , 距离冠层约 1 m。实验中 使用的参考板 为 99 % 的 朗 伯 体白 板 (Labsphere , Inc1 , North Sutton , New Hamp shire , USA) 。每种样本选取了 10 个均匀分布采样点 , 每个采样点测量 10 次 , 取平均值作为反 射率计算以消除偶然误差。PRI 的获取方法如(1)式 PRI = ( R531 - R570 ) / ( R531 + R570 ) (1) 其中 R531和 R570分别表示 531 和 570 nm 处的反射率。 净光合速率和外界辐射强度的测量使用的是 L I26400 便 携式的气体分析系统 (L I2COR , Inc1 , Lincoln , Nebraska , USA) 。 L U E 的计算方法如(2)式 LU E = Pn/ PPFD (2) 其中 , Pn 表示净 CO2的固定速率 , PPFD (incident pho2 tosynthetic photon flux density) 代表冠层截获的光合有效辐 射。 通常叶片叶绿素含量的获取用标准比色法[16 ] 。尽管这 一方法精度很高 , 但是有两个缺点 , 首先是需要花费很长的 时间。其次是这一方法破坏了叶片 , 使得以后其他的分析无 法进行。因此本文中选取了一种快速测量叶绿素相对含量的 方法。使用的是便携式的叶绿素仪 SPAD2502 (Minolta Cor2 poration , New J ersey , USA) 。 2 结果和分析 211 氮施肥量对 L UE和 PRI的影响 21111 氮施肥量对 LU E 的影响 氮是植物生长的必需养分 , 是每个活细胞的组成部分。 植物需要大量氮 , 首先氮素是叶绿素的组成成分 , 叶绿素 a 和叶绿素 b 都是含氮化合物。其次 , 氮素对植物生长发育的 影响是十分明显的。在本文的实验中 , 不同氮施肥量小麦的 LU E 情况如图 1。 Fig11 L UE for different nitrogen levels 1 : N3 ; 2 : N2 ; 3 : N1 从图中可以看出 , 总体而言 , 小麦叶片的 LU E 随着 N 施肥量的增加而提高。对于 1 份的施肥量 , LU E 在 0101 mol CO2 mol - 1 PPFD 附近浮动 , 对于 2 份的氮肥量 , LU E 稍有 提高 , 主要在 01011～01012 mol CO2 mol - 1 PPFD 之间 , 对 于 3 份的氮肥量 , LU E 提高到 01013 mol CO2 mol - 1 PPFD 左右 , 最大值为 01014 108 mol CO2 mol - 1 PPFD。由此说明 , 氮施肥量的增加能够提高叶片的 LU E , 进而可以增强光合 作用 , 获得更多的有机物。另外 , 实验中也对不同氮施肥小 麦样本的叶绿素进行了测量 , 对 1 份、2 份和 3 份的氮施肥 量 , 叶片倒一叶的叶绿素含量分别为 4318 , 4318 , 4415 , 叶 片倒二叶的叶绿素含量分别为 4916 , 5016 和 5111。叶绿素 的实测结果也表明氮施肥料的增加使得小麦叶片内部叶绿素 的含量增加 , 因而可以更多地进行光合作用 , 提高光合作用 的利用效率。 21112 氮施肥量对 PRI 的影响 PRI 植被指数主要由 531 和 570 nm 处的反射率构成 , 氮施肥量对 PRI 的影响就是对这两个波段位置处反射率的 影响。531 nm 处的反射率只受到叶绿素含量的影响 , 而 570 nm 处的反射率除受叶绿素影响之外 , 还受到胡萝卜素的影 响 , 因此测量了这两个波段之间反射率的相对差值。叶绿素 含量越高 , PRI 值越大。从图 2 可以看出随着氮施肥量增加 , PRI 值增加 , 尽管有个别采样点例外 , 这一研究结果和 Ga2 mon 等[11 ] 1997 年的分析是一致的。 Fig12 Effect of different nitrogen levels on canopy PRI 212 钾施肥量对 L UE和 PRI的影响 21211 钾施肥量对小麦 LU E 的影响 钾元素是植物体内的另一种重要元素。对不同钾施肥量 小麦样本的 LU E 分析结果表明 , 随着钾肥量的增加 , LU E 明显增加 , 如图 3 所示。对 1 份的钾肥 , LU E 在 0101 mol CO2 mol - 1 PPFD 左右 , 最小值为 01007 63 mol CO2 mol - 1 PPFD , 当钾肥提高一倍时 , LU E 增加到 01011 mol CO2 mol - 1 PPFD 附近 , 最大 值 为 01012 967 mol CO2 mol - 1 PPFD , 对 3 份的钾肥 , LU E 在 01013 mol CO2 mol - 1 PPFD 浮动 , 最大值达到 01016 582 mol CO2 mol - 1 PPFD。 对不同钾施肥量的小麦叶绿素分析表明 , 钾肥量的提高 使得叶片内部的叶绿素含量增加 , 进而提高了光合作用的效 率 , 对 1 份、2 份和 3 份的钾施肥量 , 叶片倒一叶的叶绿素含 量分别为 43 , 4411 , 4517 , 叶片倒二叶的叶绿素含量分别为 5013 , 5016 和 5211。 21212 钾施肥量对小麦 PRI 的影响 整体而言 , 在氮元素充足的情况下 , 钾肥量的不同对小 456 光谱学与光谱分析 第 29 卷
第2期 光谱学与光谱分析 457 麦冠层光谱的影响差异不大，但是当531和570nm结合时 1:N:2:N:3:N 这种差异会比较明显。从图4可以看出，随着钾施肥量的增 方面，氮施肥量会对LUE产生影响；另一方而，PR1可以 加，冠层PI的值增加，其作用原理和氨元素类似，同样是 用来估算LUE,并且能够探测到氮元素对小麦的胁迫状况， 由于叶绿素含量的增加造成的对531和570nm处反射率的 为研究小麦生长状况提供了一种方法。 影响。 232钾施肥量对PRI和LUE关系的影响 相比于氨施肥量对PRI和LUE关系的影响，钾施肥量 0.016 要明显一点。从图6中可以看出，对于1,2,3份的钾肥，利 用PRI估算LUE的精度有了明显的提高，R2分别为Q379 1,0.6404和Q6769,然而对所有的采样点，PRI和LUE 0.00t 之间的相关性很高，R达到了Q8534,说明PR1为估算不 0.004 同钾施肥量小麦的光能利用提供了可靠的方法. 0 01234567810 Sample leaf =067%# -0.010 Fig3 Effect of different kalium levels on LUE 1:K1,2:K23:K3 -0.020 物， 0004 02 Q016 0.01 Fig 6 PRI and LUE for 1:k2: -0.03 12345678910 以上的分析说明PI可以作为LUE的一个估算方法 并且对于不问的氮、钾施肥处理有着不同的响应方式，因 Sample leaf 此，PRI为不同施肥处理的小麦LUE估算提供了一种可行 Fig4 Effect of different kalium levels on canopy PRI 的方案。具体的估算表达式信息如表1，其中国归表达式均 1:K1,2,K2,3:Ks 为线性，a表示斜率，b表示截距。 23氮、钾施肥量对PI和LUE相关关系的影响 23.1氨施肥量对PRI和LUE关系的影响 different nitrogen and kalium fertiliration levels 图5反映的是不同的氮施肥量对PRI和LUE之间关系 样本 R总) 的影响，从图中可以看出，对所有观测值，PRI可以作为 LUE估算的一个方法，R=Q7104.考虑到不同氮施肥量 1.1428 ·00343 06020 对PRI和LUE关系的影响时，随着氮施肥量的提高，PRI 38843 .a0635 0.7104 08014 和LUE的相关性也在提高。当氮施肥量分别是1,2,3份 .00364 037 时，2分别是0.6040,06404和08014.这一分析结果 -a042 40l 0.8534 表明， 01 3结论 -0.010 利用遥感方法可以快速、短周期、大面积、无接触的探 测植被的生长状况，通过特定波段（如531和570nm)的反射 -0.020 率组成的植被指数来获取植被的LUE能够弥补以往经验模 式的不足.本文主要研究了不同氮、钾施肥处理条件下，PRI 0.03 0.004 000g a012 0016 和LUE关系的影响。 LUE(molCO,molPPFD) 研究结果表明，随着氯、钾施肥量的增加，小麦的LUE 和对应的PI都明显增加，主要原因在于叶片内部叶绿素的 Fig 5 Relationship between PRIand LUE for different nitrogen levels 增加，一方面提高了光合作用的效率，另一方面增加了531 和570nm处反射率之间的差异。因而PR1为估算不同氮 1994-2010 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
麦冠层光谱的影响差异不大 , 但是当 531 和 570 nm 结合时 , 这种差异会比较明显。从图 4 可以看出 , 随着钾施肥量的增 加 , 冠层 PRI 的值增加 , 其作用原理和氮元素类似 , 同样是 由于叶绿素含量的增加造成的对 531 和 570 nm 处反射率的 影响。 213 氮、钾施肥量对 PRI和 L UE相关关系的影响 21311 氮施肥量对 PRI 和 LU E 关系的影响 图 5 反映的是不同的氮施肥量对 PRI 和 LU E 之间关系 的影响。从图中可以看出 , 对所有观测值 , PRI 可以作为 LU E 估算的一个方法 , R 2 = 01710 4。考虑到不同氮施肥量 对 PRI 和 LU E 关系的影响时 , 随着氮施肥量的提高 , PRI 和 LU E 的相关性也在提高。当氮施肥量分别是 1 , 2 , 3 份 时 , R 2 分别是 01604 0 , 01640 4 和 01801 4。这一分析结果 表明 , Fig15 Relationship between PRI and L UE for different nitrogen levels 1 : N1 ; 2 : N2 ; 3 : N1 一方面 , 氮施肥量会对 LU E 产生影响 ; 另一方面 , PRI 可以 用来估算 LU E , 并且能够探测到氮元素对小麦的胁迫状况 , 为研究小麦生长状况提供了一种方法。 21312 钾施肥量对 PRI 和 LU E 关系的影响 相比于氮施肥量对 PRI 和 LU E 关系的影响 , 钾施肥量 要明显一点。从图 6 中可以看出 , 对于 1 , 2 , 3 份的钾肥 , 利 用 PRI 估算 LU E 的精度有了明显的提高 , R 2 分别为 01379 1 , 01640 4 和 01676 9。然而对所有的采样点 , PRI 和 LU E 之间的相关性很高 , R 2 达到了 01853 4 , 说明 PRI 为估算不 同钾施肥量小麦的光能利用提供了可靠的方法。 Fig16 Relationship between PRI and LUE for different kalium levels 1 : K1 ; 2 : K2 ; 3 : K3 以上的分析说明 PRI 可以作为 LU E 的一个估算方法 , 并且对于不同的氮、钾施肥处理有着不同的响应方式。因 此 , PRI 为不同施肥处理的小麦 L U E 估算提供了一种可行 的方案。具体的估算表达式信息如表 1 , 其中回归表达式均 为线性 , a 表示斜率 , b表示截距。 Table 1 Regression coefficients between PRI and L UE for different nitrogen and kalium fertilization levels 样本 a b R 2 R 2 (总) N1 K2 N2 K2 N3 K2 11142 8 21176 4 31884 3 - 01034 3 - 01042 0 - 01063 5 01602 0 01640 4 01801 4 01710 4 N2 K1 N2 K2 N2 K3 11680 1 21176 4 11384 8 - 01036 4 - 01042 0 - 01032 5 01379 1 01640 4 016 769 01853 4 3 结 论 利用遥感方法可以快速、短周期、大面积、无接触的探 测植被的生长状况 , 通过特定波段(如 531 和 570 nm)的反射 率组成的植被指数来获取植被的 LU E 能够弥补以往经验模 式的不足。本文主要研究了不同氮、钾施肥处理条件下 , PRI 和 LU E 关系的影响。 研究结果表明 , 随着氮、钾施肥量的增加 , 小麦的 LU E 和对应的 PRI 都明显增加 , 主要原因在于叶片内部叶绿素的 增加 , 一方面提高了光合作用的效率 , 另一方面增加了 531 和 570 nm 处反射率之间的差异。因而 PRI 为估算不同氮、 第 2 期 光谱学与光谱分析 457
458 光谱学与光诺分析 第29卷 钾施肥处理的小麦LUE提供了一种可行的方法，总体的RQ6020,06404和08014：钾施肥量1,2,3份时，R分 分别为Q7014和08534，当氨、钾施肥量增加，PR1估算 别为03791.0.6404和06769. LUE的精度在提高.氮施肥量为1,2,3份时，R2分别为 考文献 27(3):514 [3】LI Yue,DING Hai-shu,HUANGLan,ctal(李岳，丁海明，黄岚，等).Spectrosopy and Spectra Analysis(光谐学与光诸分折). 2005,25(3):377 5 5,195 5:28 E To shend」RG.IEEE T and Remote Sensing.6():1228. 91 of Fnvi cat,192,41a):35 I 1 DemmisAdams B Adams B Trends in Plant Science 1994 1:21 [91 Den igAdams B.Galmore A M.Adams WW.FASEB Journal.199.10:403. [10]Mehthy M.J.Agric.Engng.Res.2000.75:107. 11 ano L S.0 logia,1997,12:492 2 a J,Pinaol J,et al ,1997,18:2863 ng.200 of Remote Sensing.206.27:5109 [16]Arnon D 1.Plant Physiology,1949,24:1 Effects of N,K Fertilization on the Relationship bet ween Photosynthetic Light Use Efficiency and Photochemical Reflectance Index PRD WU Chaoryang'2.NIU Zheng',TANG Quan'2.HUANG Werrjiang' The State Key Laborato of Remote Sensing Science Institute of Remote Sensing Applications Chinese Academy of jing 100101.China y of Sciences,Beijing 3.National Engineering Re ese n Center fo logy in Agriculture,Beijing Abstraet PRI (Phtochemical reflectance index)has provided a fast and reliable method for estimating photosynthetic lightus efficiency across species.Increasing efforts have been paid to explore the effects of such disturb ces as water content and co concentration on the relationship between PRI and LUE.In the prese nt pape mve type with diferent kalium fertilization were selected to study the influence of varied fertilization levels on the relationship between PRI and LU The results proved that leaf chlorophyll contents as well as canopy PRIincreased with the increase in nitrogen and kalium fertili ation.For all the nitrogen and kalium fertilization of wheat,the regression coefficients R are 0.710 4 and 0 853 4 respectively When considering different levels of fertilization.the regression coefficientsare6020640 4 and8014 for three types of nitrogen fertilization,and 0.379 1,0.640 4 and 0 676 9 for kalium fertilization.Therefore,PRI not only can be a reliable im dicator of LUE but also can reflect the fertilization situation of wheat with different precisions of LUE assessment which can pro vide important reference for management and precision agriculture. Keywords Photochemical reflectance index (PRI):Light use efficiency (LUE):Nitrogen:Kalium:Precision agriculture (Received Nov.2.2007:accepted Feb.8.2008 1994-2010 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
钾施肥处理的小麦 LU E 提供了一种可行的方法 , 总体的 R 2 分别为 01701 4 和 01853 4。当氮、钾施肥量增加 , PRI 估算 LU E 的精度在提高。氮施肥量为 1 , 2 , 3 份时 , R 2 分别为 01602 0 , 01640 4 和 01801 4 ; 钾施肥量 1 , 2 , 3 份时 , R 2 分 别为 01379 1 , 01640 4 和 01676 9。 参 考 文 献 [ 1 ] Adams J M , Faure H , Faure2Denard L. Nature , 1990 , 348 : 711. [ 2 ] JI Hai2yan , WAN G Peng2xin , YAN Tai2lai(吉海彦 , 王鹏新 , 严泰来) . Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析) , 2007 , 27 (3) : 514. [ 3 ] LI Yue , DIN G Hai2shu , HUAN G Lan , et al (李 岳 , 丁海曙 , 黄 岚 , 等) . Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析) , 2005 , 25 (3) : 377. [ 4 ] WAN G Cheng2long , MA Guo2xin , FAN Duo2wang , et al (王成龙 , 马国欣 , 范多旺 , 等) . Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与 光谱分析) , 2005 , 25 (8) : 1262. [ 5 ] Gamon J A , Field C B , Goulden M L. Ecological Applications , 1995 , 5 : 28. [ 6 ] J ustice C O , Vermote E , Townshend J R G. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing , 1998 , 36 (4) : 1228. [ 7 ] Gamon J A , Peňuelas J , Field C B. Remote Sensing of Environment , 1992 , 41 (4) : 35. [ 8 ] Demmig2Adams B , Adams B. Trends in Plant Science , 1994 , 1 : 21. [ 9 ] Demmig2Adams B , Gilmore A M , Adams W W. FASEB Journal , 1996 , 10 : 403. [ 10 ] Meht hy M. J. Agric. Engng. Res. , 2000 , 75 : 107. [ 11 ] Gamon J A , Serrano L , Surfus J S. Oecologia , 1997 , 112 : 492. [ 12 ] Peňuelas J , Llusia J , Pinaol J , et al. International Journal of Remote Sensing , 1997 , 18 : 2863. [ 13 ] Peňuelas J , Inoue Y. International Journal of Remote Sensing , 2000 , 21 : 3353. [ 14 ] Guo J M , Trotter C M. International Journal of Remote Sensing , 2006 , 27 : 4677. [ 15 ] Inoue Y , Peňuelas J. International Journal of Remote Sensing , 2006 , 27 : 5109. [ 16 ] Arnon D I. Plant Physiology , 1949 , 24 : 1. Effects of N, K Fertilization on the Relationship between Photosynthetic Light Use Efficiency and Photochemical Reflectance Index ( PRI) WU Chao2yang 1 , 2 , NIU Zheng 1 , TAN G Quan 1 , 2 , HUAN G Wen2jiang 3 1. The State Key Laboratory of Remote Sensing Science , Institute of Remote Sensing Applications , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100101 , China 2. Graduate School of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100039 , China 3. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture , Beijing 100097 , China Abstract PRI ( Photochemical reflectance index) has provided a fast and reliable method for estimating photosynthetic light use efficiency across species. Increasing efforts have been paid to explore the effects of such disturbances as water content and CO2 concentration on the relationship between PRI and LU E. In the present paper , five types of wheat with different nitrogen and kalium fertilization were selected to study the influence of varied fertilization levels on the relationship between PRI and LU E. The results proved that leaf chlorophyll contents as well as canopy PRI increased with the increase in nitrogen and kalium fertili2 zation. For all the nitrogen and kalium fertilization of wheat , the regression coefficients R 2 are 01710 4 and 01853 4 respectively. When considering different levels of fertilization , the regression coefficients R 2 are 01602 0 , 01640 4 and 01801 4 for three types of nitrogen fertilization , and 01379 1 , 01640 4 and 01676 9 for kalium fertilization. Therefore , PRI not only can be a reliable in2 dicator of LU E but also can reflect the fertilization situation of wheat with different precisions of LU E assessment which can pro2 vide important reference for management and precision agriculture. Keywords Photochemical reflectance index ( PRI) ; Light use efficiency (LU E) ; Nitrogen ; Kalium ; Precision agriculture (Received Nov. 2 , 2007 ; accepted Feb. 8 , 2008) 458 光谱学与光谱分析 第 29 卷