干旱胁迫下雷竹叶片叶绿素的高光谱响应特征及含量估算
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｈ ｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｅｓｔｉｍ ａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｙｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｌｅａｖｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎｍｅｉ ，ＰＡＮ Ｑｉｎｇｍｅｉ ，ＸＩＥ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｓｏｎｇ ，ＭＥＮＧ Ｐｉｎｇ ，
１ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎ ｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１４００，Ｃｈｉｎａ ２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏ ｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９１，Ｃｈｉｎａ
干 旱胁 迫 下 雷竹 叶片 叶 绿 素 的 高 光 谱 响应 特 征 及 含 量 估 算
张 玮 ，王 鑫梅 ，潘 庆 梅 ，谢 锦 忠 ，张 劲松 ，孟 平 ＇
１中国林业科学研究 院亚热带林业研究所 ，杭州 ３１ １４００ ２中国林业科学研究 院林业研究所 ，北京 １０００９１
摘要 ：植物 叶片的反射光谱特征与叶绿素含量密切 相关 。以重要 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 干旱胁迫条件下冠层 叶片反射光谱 的响应 特征 ，分析 了叶片 叶绿 素含量 与不 同波 段光 谱 反射率一 阶微分值 以及光谱特征参数 之间的相关关系 ，并 以雷竹 叶绿素含量 敏感波 段及构建 的植被 指数与 叶绿素含量 进行 了拟合 。结果表 明，重度缺水处理后雷竹 叶片 叶绿 素含 量显著降低 ，在可 见光 区叶片光谱 反射率 随叶绿素 含量 的降低而增加 ， 以波长 ４９３、６３９、６９３、７５６ ｎｍ等处 的光 谱反射率一阶微分值 与叶绿素含量 的相关 性较 高。雷竹 叶片 叶绿素含 量与光 谱特 征参 数如绿峰反射率 、红谷反射率 、蓝边 面积 、绿峰 面积 之间的相关性较 高 。与 已有 的植被 指数相 比基于雷竹 叶绿素 含量敏感 波段 修正后 的植被指数与 叶绿 素含量相 关性 优于原植被指数 。基 于反射率一阶微分值构建 的多元 回归方程 以及修正 的绿 色归一化 植被指数 （ｍＧＮＤＶＩ）构建的 回归方程拟合效果较好 ，为雷竹 叶绿 素含量 的较优估 算方 程。研究 结果可 以为雷 竹 叶绿 素含 量 的 快速无损测定 以及季节性 干旱 条件下雷竹林 的科学经 营及 灾后评估提供依据 。 关键词 ：雷竹 ；冠层 叶片 ；干旱胁迫 ；叶绿素 ；反射光谱
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｌａｎｔ ｌｅａｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｌｅａｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ（ＬＣＣ）．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｕｄｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ
ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｌｅａｆ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｐ ｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｔｈ ２ ａ ｐｏｔｔｅｄ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＬＣＣ ａｎｄ ｆｉｒｓｔ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ＬＣＣ ｗａｓ ｂｕｉｌｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒ ｕ ｍ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ＬＣＣ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ＬＣＣ ｉｎ Ｐ．ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｌｅａｖｅｓ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｕｎｄｅｒ ｓｅｖｅｒｅ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ， ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｏｆ ｌｅａｖｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＬＣＣ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＬＣＣ ａｎｄ ｆｉｒｓｔ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ａｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ４９３ ｎｍ ，６３９ ｎｍ ，６９３ ｎｍ ａｎｄ ７５６ ｎｍ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｉ ｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＬＣＣ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｇｒ ｅｅｎ ｐｅａｋ ｒｅｆ ｌｅｃｔａｎｃｅ，ｒｅｄ ｖａ ｌｌｅｙ ｒｅｆ ｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｂｌｕｅ ｅｄｇｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ｐｅａｋ ａｒｅａ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆ ｉｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ＬＣＣ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ．
第 ３８卷 第 １８期 ２０１８年 ９月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣ０ＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．１８ Ｓｅｐ．，２０１８
Ｄ Ｏ Ｉ：来自百度文库１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１８０３３００６６９
张玮 ，王鑫梅 ，潘庆梅 ，谢锦忠 ，张劲松 ，孟平 ．干旱胁迫下雷竹叶片叶绿素的高光谱响应特征及含量估算．生态学报 ，２０１８，３８（１８）：６６７７—６６８４． Ｚｈａｎｇ Ｗ ，Ｗａｎｇ Ｘ Ｍ ，Ｐａｎ Ｑ Ｍ ，Ｘｉｅ Ｊ Ｚ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｓ，Ｍｅｎｇ Ｐ．Ｈｙｐｅｒｓｐｅｅｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＰｈｙＵｏｓｔａｃｈｙｓ ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｌｅａｖｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１８，３８（１８）：６６７７－６６８４．
１ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎ ｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＳｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１１４００，Ｃｈｉｎａ ２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏ ｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９１，Ｃｈｉｎａ
干 旱胁 迫 下 雷竹 叶片 叶 绿 素 的 高 光 谱 响应 特 征 及 含 量 估 算
张 玮 ，王 鑫梅 ，潘 庆 梅 ，谢 锦 忠 ，张 劲松 ，孟 平 ＇
１中国林业科学研究 院亚热带林业研究所 ，杭州 ３１ １４００ ２中国林业科学研究 院林业研究所 ，北京 １０００９１
摘要 ：植物 叶片的反射光谱特征与叶绿素含量密切 相关 。以重要 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 干旱胁迫条件下冠层 叶片反射光谱 的响应 特征 ，分析 了叶片 叶绿 素含量 与不 同波 段光 谱 反射率一 阶微分值 以及光谱特征参数 之间的相关关系 ，并 以雷竹 叶绿素含量 敏感波 段及构建 的植被 指数与 叶绿素含量 进行 了拟合 。结果表 明，重度缺水处理后雷竹 叶片 叶绿 素含 量显著降低 ，在可 见光 区叶片光谱 反射率 随叶绿素 含量 的降低而增加 ， 以波长 ４９３、６３９、６９３、７５６ ｎｍ等处 的光 谱反射率一阶微分值 与叶绿素含量 的相关 性较 高。雷竹 叶片 叶绿素含 量与光 谱特 征参 数如绿峰反射率 、红谷反射率 、蓝边 面积 、绿峰 面积 之间的相关性较 高 。与 已有 的植被 指数相 比基于雷竹 叶绿素 含量敏感 波段 修正后 的植被指数与 叶绿 素含量相 关性 优于原植被指数 。基 于反射率一阶微分值构建 的多元 回归方程 以及修正 的绿 色归一化 植被指数 （ｍＧＮＤＶＩ）构建的 回归方程拟合效果较好 ，为雷竹 叶绿 素含量 的较优估 算方 程。研究 结果可 以为雷 竹 叶绿 素含 量 的 快速无损测定 以及季节性 干旱 条件下雷竹林 的科学经 营及 灾后评估提供依据 。 关键词 ：雷竹 ；冠层 叶片 ；干旱胁迫 ；叶绿素 ；反射光谱
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｌａｎｔ ｌｅａｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｌｅａｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ（ＬＣＣ）．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｕｄｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ
ｔｈｅ ｃａｎｏｐｙ ｌｅａｆ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｐ ｌｌｏｓｔａｃｈｙｓ ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｔｈ ２ ａ ｐｏｔｔｅｄ ｐｌａｎｔｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＬＣＣ ａｎｄ ｆｉｒｓｔ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ＬＣＣ ｗａｓ ｂｕｉｌｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒ ｕ ｍ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ＬＣＣ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｈｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ＬＣＣ ｉｎ Ｐ．ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｌｅａｖｅｓ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｕｎｄｅｒ ｓｅｖｅｒｅ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ， ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｏｆ ｌｅａｖｅｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＬＣＣ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＬＣＣ ａｎｄ ｆｉｒｓｔ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ａｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ４９３ ｎｍ ，６３９ ｎｍ ，６９３ ｎｍ ａｎｄ ７５６ ｎｍ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｉ ｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＬＣＣ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｇｒ ｅｅｎ ｐｅａｋ ｒｅｆ ｌｅｃｔａｎｃｅ，ｒｅｄ ｖａ ｌｌｅｙ ｒｅｆ ｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｂｌｕｅ ｅｄｇｅ ａｒｅａ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ｐｅａｋ ａｒｅａ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｃｏｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆ ｉｅｄ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ＬＣＣ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ．
第 ３８卷 第 １８期 ２０１８年 ９月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣ０ＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．１８ Ｓｅｐ．，２０１８
Ｄ Ｏ Ｉ：来自百度文库１０．５８４６／ｓｔｘｂ２０１８０３３００６６９
张玮 ，王鑫梅 ，潘庆梅 ，谢锦忠 ，张劲松 ，孟平 ．干旱胁迫下雷竹叶片叶绿素的高光谱响应特征及含量估算．生态学报 ，２０１８，３８（１８）：６６７７—６６８４． Ｚｈａｎｇ Ｗ ，Ｗａｎｇ Ｘ Ｍ ，Ｐａｎ Ｑ Ｍ ，Ｘｉｅ Ｊ Ｚ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｓ，Ｍｅｎｇ Ｐ．Ｈｙｐｅｒｓｐｅｅｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ＰｈｙＵｏｓｔａｃｈｙｓ ｖｉｏｌａｓｃｅｎｓ ｌｅａｖｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１８，３８（１８）：６６７７－６６８４．