植物叶子的光学特性

下仅影响可见光谱段叶子的光学特性。 （2）引起叶子坏死，叶子坏死部分的反射率可与 衰老叶子的反射率相比较。 （3）产生另外色素，使叶子在光谱不同部分的反 射率增加或减小。 （4）由于叶子的蒸腾率不会改变叶子的光学特性， 但会改变叶子的辐射温度，故在红 外波段可以检测作物的病害。
+ 对一年生植物在某一时间内，开花能明显地改变
当光的入射角小 于总的反射角时， 在细胞壁处也是 有反射的，但这 是次要的。而且 也受通过细胞含 水量的不均匀的 散射。折射指数 的任何改变引起 光的折射（细胞 壁－原生质，叶 绿体细胞壁）， 这些不同的现象 在光漫射中起重 要作用。
+
在可见光－近红外－中红外谱段，表皮对叶子反 射的贡献通常是忽略的，所考虑的主要因子是叶子内 部组织对入射光的散射，时常在考虑入射通量时，把 叶面法向表皮的镜面反射忽略，作为朗伯面处理。但 是对于大的入射角，镜面反射是不能忽略的，因而叶 子的反射决定于入射辐射的入射角和由于漫反射与镜 面反射结合的角变化；另外，漫反射是随光谱变化的， 且取决于叶子内部结构，它的色素和含水量。同时由 表皮引起的镜面反射不仅与光谱有关，并且是部分极 化的。在可见光和近红外谱段，镜面反射辐射部分是 相同的，而在可见光反射辐射的漫辐射分量是低的， 近红外是高的。
+ （二）近红外谱段（700－1300nm）在这个谱段，
叶子的色素和细胞壁的纤维素是透明的，故叶子 吸收小于10%，入射到叶子的辐射不是被反射就 是被透过。反射率达到红外区的约50％，主要决 定于叶子结构的剖面；反射率随细胞的大小，细 胞壁的取向，它内部的不均匀性而增大。
+ （三）中红外区（1300－2500 nm）如图10.4，在
1300－2500 nm 谱段 ，叶子光的吸收主要是由叶 子中水的含量引起的，叶子中的水量越多，其吸 收越强，主要吸收带位于1450nm、1950nm 和 2500nm。在这些谱带中，叶子的反射率最小，除 此之外，叶子中水的吸收对叶子光学特性起重要 作用。叶子反射率随叶子含水量而变。
+
植物叶子是由细胞组成的。按Willstatter 和 Stoll 理论，叶子的光漫射是由于当光的入射角等 于或大于反射角时，在空气与细胞界面上出现。 细胞的折射指数大约为1.5，总的反射角为41.8， 在这种情况下，光的漫射是由于细胞壁随机分布 和大量的空气和细胞界面的多孔叶质造成的。栅 栏组织的栅所起的作用是小的。
+ （四） 肥料（养分）亏损对反射率的影响
+ （五）病害对反射率的影响 + （六）植物其它部分（除叶子外）的光谱特性
+
叶子的内部结构强烈地影响着近红外反射光谱， 它取决于细胞层的数目，细胞大小，多孔叶质的 相对厚度。因此双子叶植物比同样厚度的单叶植 物有更高的反射率，因为双子叶植物有更多的多 孔叶质。同样，旱作植物的叶子有很高的近红外 反射率，在叶子的光学特性方面还表现为叶子的 不对称，较低一侧的反射率 一般要比较高一侧的 反射率高。
+ 叶脉：叶片的维管束系统为叶脉，叶脉为叶肉提
供养分、水分及光学作用的原料，同时将光合作 用的产物送至其它部位；也起着骨架的作用，构 建叶子的结构，支撑叶子的形状。绿色植物叶子 的叶绿素吸收光，进行光合作用。图10.2 给出叶 绿素的吸收特性，它具有叶绿素A和叶绿素B两个 吸收带，吸收中心分别处于0.45 和0.67微米两个 强的吸收中心,大部分主要影响叶绿素含量和叶子的剖 面结构，故反射率与作物的养分明显有关。缺绿 病和氮缺乏是普遍现象。缺绿病主要影响可见光 谱区叶子反射率，氮的缺乏改变了整个反射光谱。 可见光反射率增加（由于叶绿素含量减小）和近， 中红外反射率减小（由于细胞层数减少）。
+ （1）改变叶子色素含量（黄色素），在这种情况 + + + +
+ 叶绿素A、B 吸收带
+
作物或森林植被的光学特性主要取决于叶子 和下垫面土地的光学特性。作物单片叶子的光学 特性。所有植物叶子的反射光谱都是类似的，不 同的只是不同谱的反射率的大小，植物反射光谱 分为三个谱段。
+ （一）可见光谱段（400－700 nm）在这一谱段，
叶子的反射率很低，小于15%，而叶子透过率也 很低，入射到叶子的太阳辐射的主要部分被叶子 的色素（如象叶绿素、叶黄素、类胡萝卜素、花 青甘）吸收、对叶子吸收起主要作用的是叶绿素 吸收（对较高的色素 吸收为 6 5%）。 + 在可见光谱段，叶子两个吸收带中心位于蓝 （4500nm）和红（ 670nm）色谱段，由于这个原 因在绿色谱段 550nm附近处（黄－绿区域）有一 个最大的反射峰，由于叶子色素在绿波段的反射， 叶子表现为绿色。
+ 叶肉组织：呈现栅栏组织和海绵组织，基本上是
由彼此稍为紧密相连的柱状或球状细胞组成，通 常为一层细胞，也有2~3层细胞；栅栏组织内细胞 间隙较狭小，海绵组织内的细胞间隙较大，外与 气孔相通，实行呼吸时的气体交换。在叶中的水 份、叶绿素、胡萝卜素、叶黄素、叶红素、蛋白 质等都在这里；叶绿素表现为长度约4~6 m、直 径约1~2 m 的管状叶绿体，它选择性地吸收光进 行光合作用，叶绿体在栅栏组织内约含八成，在 海绵组织内只含二成左右。
其反射率，例如，油菜花或太阳花显现强的黄色 反射；春天牧场草开的花也可以改变它的反射率。 在森林地区，树的光学特性不仅决定于叶子的光 学特性，也决定于树杆和果实。树的反射率与叶 子的反射率是很不同的，从可见光到中红外逐渐 增加，树枝不显示有叶绿素吸收，其可见光反射 率比叶子的要高；在近红外，树皮的反射率比叶 子的低，但在中红外是高的。
如左图， 不同湿度 裸地土壤 的反射光 谱的例子。
+ 可以看到从可见光到中红外谱段，反射率逐渐增
大，水的吸收带也表现为如叶子一样的反射光谱， 可以看到土壤湿度影响整个反射光谱。对任何波 长，土壤度增加，反射率减小。
+
栅的薄壁组织有较大的叶绿体密度，而且存 有毛的叶，某些叶子较低一侧或毛绒叶子的两侧， 在可见光和中红外波段反射率增加，但对近红外 反射率有较少的影响。对纤维素组成干的短毛， 在可见光是白的，近红外是透明的，中红外有较 高的反射率。
+
叶子光学特性的改变主要发生在植物幼小期和 成熟衰老期，周年生植物或落叶树叶的大部分时 间保持常定的光学特性，它是以叶绿体含量为时 间的函数。
+ 蜡层（外表层）：这是指叶子表面有一层很薄的
蜡，所以称为蜡层，它对太阳辐射基本是透明的， 只有1 ~ 3% 的辐射被反射，蜡层的反射是单向反 射，也就是镜面反射。 + 表皮层：一般叶子具有两个表面，即上表皮层和 下表皮层，在表皮层内布满有许多气孔，它是水 份蒸腾和呼吸的主要器官，与外界的光、水汽、 CO2 和 能量交换的重要通道，气孔以一定间隔分 布于表皮，或对平行脉的叶子呈纵向排列，气孔 的总面积不到叶面积的1%。
汇报人:乐涛 学号:20141223312
+
遥感植被是建立在电磁辐射与植被和下垫面 土壤相互作用的基础上的，这种作用取决于植被 的光学特性，而其不仅决定于植被本身的状况， 且与太阳高度角、观测方向、大气条件等外部状 况及土壤颜色、作物行向、植被形等内部条件有 关。由于植物主要由水和叶绿素构成，所以决定 植物的光学特性主要取决于叶子内含有的叶绿素 和水份所决定。
+ 图上反射辐射的极化分布型式是随波长和入射光方向
而变，显然：（1）在近红外波段，叶子的反射可以 看作朗伯漫射；（2）而在可见光波段，入射角倾斜 越大，叶子反射的方向性越强；（3）波长大于 850nm、叶子反射的方向性已不明显。
+ （一） 叶子的内部结构与其反射光谱 + （二）叶令对反射率的影响 + （三） 叶子中含水量对反射率的影响
+ 在正常状况下，叶内部的水汽压大于外部的大气
压，因此，水汽通过叶孔从植物叶子内部向外输 送；而对于CO2而言，外部大气的CO2大于叶子内 部，通过叶子气孔从外部向叶内输送。
+ 如果叶子缺水，植物叶孔就要缩小，以减小水汽
的外流，而气孔的缩小，使CO2进入叶内受阻， 导致光合作用减缓或停止。叶面表层的气孔数目 约为每平方厘米达几千到几万个。
+
在近红外波段，当叶子枯萎和内部结构变化时， 仅反射率发生改变：在中红外波段，随叶子枯死， 叶子反射率增加。但应注意到，当叶子呈黄色时， 含水量的减小相对滞后。
+
叶子中水的含量不仅直接影响中红外波段的反 射率，而且也直接影响可见光和近红外波段的反 射率，这是因为叶水含量影响到细胞的肿胀，因 而叶子含水量的减小使整个波段叶子的反射率增 加，不过中红外波段比其它波段增加要大得多， 这是由实验室件得出的结果。