SunScan冠层分析仪在水稻叶面积指数测量中的应用

由 以 上 各 式 可 知，ＥＬＡＤＰ 在 ＳｕｎＳｃａｎ 测 量 ＬＡＩ
过程中是一个重要参数。在 ＬＡＩ 测量中 Ｃａｍｐｂｅｌｌ公
司提出的模型精确 反 映 了 冠 层 结 构，但 现 实 中 的 一 些

因素会限制模型使 用，如 假 想 的 简 化 模 型 与 真 实 冠 层
结构并不相符，或 者 对 冠 层 ＥＬＡＤＰ 数 值 进 行 估 计 时
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ＥＬＡＤＰ 值进行率定，完善了 ＳｕｎＳｃａｎ使用 说 明 书 中 ＥＬＡＤＰ 的 参 考 值，并 为 使 用 ＳｕｎＳｃａｎ 测 量 水 稻 ＬＡＩ 提供了依据。
１ 材 料 与 方 法
１．１ 试 验 区 概 况
试验于２０１４年７—１０月在江西省灌溉试验中心站（１１６°００′Ｅ，２８°２６′Ｎ，平均海拔 ２２ ｍ）进行，属鄱阳湖
摘 要：为了研究 ＥＬＡＤＰ 对 ＳｕｎＳｃａｎ测量 ＬＡＩ 的影响规律，在 江 西 省 灌 溉 试 验 中 心 站 针 对 晚 稻 开 展 试 验 研 究 ， 试验设３种施氮水平：Ｎ０（０ｋｇ／ｈｍ２）、Ｎ１（１３５ｋｇ／ｈｍ２）、Ｎ２（１８０ｋｇ／ｈｍ２）。 对 比 分 析 ＳｕｎＳｃａｎ间 接 测 量 水 稻 ＬＡＩ 与比叶重法实测水稻ＬＡＩ，对 ＥＬＡＤＰ 进行率定，并分 析 其 变 化 规 律。 结 果 表 明，从 移 栽 到 抽 穗 开 花 期，不 同 施 氮 水平下，ＥＬＡＤＰ 值在０．５左右变化；Ｎ２施氮水平下，乳 熟 期 ＥＬＡＤＰ 为 １．２、黄 熟 期 为 １．７；Ｎ１ 施 氮 水 平 下，乳 熟 期 ＥＬＡＤＰ 为１．２，黄熟期 ＥＬＡＤＰ 大于４，没有得到具 体 值；Ｎ０ 施 氮 水 平 下，乳 熟 期 和 黄 熟 期 ＥＬＡＤＰ 均 大 于 ４， 也没有得到具体值。综合分析表明，水稻 ＥＬＡＤＰ 取值从移栽 到 抽 穗 开 花 期 为 ０．５，乳 熟 期 及 黄 熟 期 １．２～１．７ 较 合适。ＥＬＡＤＰ 的率定结果为用 ＳｕｎＳｃａｎ准确测量水稻 ＬＡＩ 提供了依据。 关 键 词 ：ＳｕｎＳｃａｎ；椭 球 体 叶 倾 角 分 布 参 数 ；叶 面 积 指 数 ；水 稻 中图分类号：Ｓ５１１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０８．００９ 韩焕豪，崔远来，时元智，等．ＳｕｎＳｃａｎ冠层分析仪在水稻叶面积指数测量中的应用［Ｊ］．灌 溉 排 水 学 报，２０１５，３４（８）： ４４－４８．
ＳｕｎＳｃａｎ测 ＬＡＩ 属于光学仪器法中较为 常 见 的 一 种，可 同 时 测 得 直 射 ＰＡＲ、散 射 ＰＡＲ、透 过 ＰＡＲ 和 ＬＡＩ 等指标，便携易用操作简单。夏天等 利 ［８］ 用 ＳｕｎＳｃａｎ对冬小麦ＬＡＩ 和冠层光谱的变化进行了快速无损 监测，武海霞 利 ［９］ 用 ＳｕｎＳｃａｎ测定冬小麦ＬＡＩ 并依此建立了估算冬小麦ＬＡＩ 的半经验公式，刘刚等 利 ［１０］ 用 ＳｕｎＳｃａｎ 对 大 豆 的 椭 球 体 叶 倾 角 分 布 参 数 （ｅｌｌｉｐｓｏｉｄａｌ ｌｅａｆ ａｎｇｌｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ，ＥＬＡＤＰ）进 行 率 定 ， 认为 ＥＬＡＤＰ 设为４．０较合适。已有 用 ＳｕｎＳｃａｎ 进 行 水 稻 ＬＡＩ 测 量 的 研 究，但 关 于 用 ＳｕｎＳｃａｎ 测 量 水 稻 ＬＡＩ 时ＥＬＡＤＰ 如何取值还未见报道。ＳｕｎＳｃａｎ使用说明书中给出了一些作物的 ＥＬＡＤＰ 参 考 值［１１］，但 不 同作物的 ＥＬＡＤＰ 值存在差异，且不少作物的 ＥＬＡＤＰ 值是一个范围，水稻的 ＥＬＡＤＰ 值则并没有给出。
２ 结 果 与 分 析
２．１ 比叶重法对晚稻 ＬＡＩ 的测定结果
在晚稻整个生育期用比叶重法对 Ｎ２、Ｎ１ 和
Ｎ０处理进 行 ＬＡＩ 测 量，结 果 见 图 ２。 从 图 ２ 可
知，不 同 施 氮 水 平 对 ＬＡＩ 的 影 响 显 著，随 施 肥 水
平的增加 ＬＡＩ 增 加。３ 个 不 同 施 氮 水 平 下 的 最
流域赣抚平原灌区，是典型的亚热带湿润季风气候。气候温和，雨量充沛，平均气温为 １８．１ ℃，年 均 降 雨 量
为 １ ６３４．３ ｍｍ，年 平 均 日 照 １ ７２０．８ｈ，年 平 均 蒸 发 量 １ １３９ ｍｍ。 试 验 区 耕 作 层 土 壤 质 地 为 粉 壤 土 ，土 壤 体
积质量１．３４ｇ／ｃｍ３。耕层土壤全氮质量分数为１．０２ｇ／ｋｇ，全磷质量分数为 ０．３０ｇ／ｋｇ，速 效 钾 质 量 分 数 为
ＥＬＡＤＰ 值的范围是０～１ ０２４，０～２之间步长变化为０．１，从 ２ 以 后 成 倍 递 增，实 际 测 量 过 程 中 根 据 仪 器 使
用说明书的建议，将参数设定在０～４之间。测量时调整仪器的 ＥＬＡＤＰ，从０开始，每测１ 次增加１ 个步长
的 ＥＬＡＤＰ 值，直至４为止。每个小区内选３个顺垄进行测量，取平均值。
研究 在 江 西 省 灌 溉 试 验 中 心 站 进 行，利 用 比 叶 重 法 和 ＳｕｎＳｃａｎ 测 量 晚 稻 的 ＬＡＩ。 对 ＳｕｎＳｃａｎ 中
收 稿 日 期 ：２０１５－０３－１０ 基金项目：水利部公益性行业专项经费项目（２０１３０１０１２）；高等学校博士学科点专项科研基金项目（２０１３０１４１１１００１４）；江 西 省 水 利 科 技 项
目（ＫＪ２０１４０９） 作 者 简 介 ：韩 焕 豪 （１９９０－），男 ，河 南 淮 滨 人 。 硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 稻 田 生 态 环 境 方 面 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｎｈｕａｎｈａｏ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：崔 远 来 （１９６６－），男 ，江 西 武 宁 人 。 教 授 ，主 要 从 事 节 水 灌 溉 理 论 与 技 术 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ＹＬＣｕｉ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
测量 ＬＡＩ 的方法大致可以分为直接测量 法 和 间 接 测 量 法 。 ［２］ 直 接 测 量 法 是 由 直 接 测 量 叶 片 面 积 而 得 到 ＬＡＩ 的方法，如格点法、描形称重法和仪器测量法等。间接测量法用模型模拟或仪器测量得到 ＬＡＩ，如遥 感法、光学仪器法和经验 公 式 法 等 。 ［３－４］ 直 接 法 测 量 结 果 具 有 较 高 的 精 度，但 其 缺 点 是 会 破 坏 作 物 的 完 整 性 ，并 且 需 要 投 入 较 多 的 时 间 和 人 力 ，在 进 行 长 期 动 态 监 测 时 有 一 定 的 局 限 性 。 间 接 测 量 叶 面 积 指 数 不 破 坏 植被且简便快速，特别是大量测量 ＬＡＩ 时 和 直 接 测 量 法 相 比 有 一 定 的 优 势 。 ［５－７］ 但 需 要 用 直 接 法 测 量 的 结 果对有关参数进行校正。
算出水稻冠层的透过率 。 ［１］ 假设水稻冠 层 由 全 吸 收 叶 片 构 成，设 冠 层 上 部 水 平 面 上 的 辐 射 通 量 密 度 为Ｉ０、
太阳辐射通过叶面积指数为 Ｌ 的冠层后辐射通量密度为Ｉ，Ｉ０、Ｌ 和Ｉ 三者之间的关系为： Ｉ ＝Ｉ０·ｅ－Ｋ·Ｌ ，
（１）
式中：Ｋ 为消光系数，可以由式（２）得到：
图１ 同一地点水稻 ＬＡＩ 随ＥＬＡＤＰ 的变化
比叶重法测 ＬＡＩ 时，从小区内取有代表性的 水 稻 样 本 以 减 少 误 差。 移 栽 时 每 蔸 水 稻 的 控 制 面 积 是 Ａ，
从选取的水稻上剪下所有的绿色叶片，在叶片中部宽度较为一致的地方剪下长为 ３ｃｍ 的小段，再 测 量 这 些
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Ｋ
＝
槡ｘ２ ＋ｔａｎ２（θ）
ｘ＋１．７０２（ｘ＋１．１２）－０．７０８
，
（２）
式中：θ为直射光束的天顶角；ｘ 是椭球体叶倾角分布参数ＥＬＡＤＰ，由 Ｃａｍｐｂｅｌｌ提出，用来描述很多不同类
型作物的冠层。
冠 层 的 透 过 率τ 可 由 下 式 计 算 得 到 ：
τ
ｆ ＝ ·ｅ ＋ －ｋ［１－ｇ（１－ａ）Ｌ］ ｂ
０ 引 言
叶面积指数（ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）又称叶 面 积 系 数，是 生 态 系 统 研 究 中 估 计 多 种 植 冠 功 能 过 程 和 反 应 植物群体生长特性最重要的参数之 一。 近 年 来，ＬＡＩ 已 经 广 泛 应 用 在 植 物 水 分 利 用、光 合 蒸 腾 作 用 等 方 面 的研究。因此，准确获取作物的 ＬＡＩ 对农林生产发展和生态环境保护等具有重大的现实意义 。 ［１］
１．５ 椭 球 体 叶 倾 角 分 布 参 数 率 定 方 法
Ｎ２、Ｎ１和 Ｎ０ 三个施氮水平的水稻在每个生育期用比叶重法测得的 ＬＡＩ 即为率定ＬＡＩ 的标准 值，用
标准值和使用 ＳｕｎＳｃａｎ测得的 ＬＡＩ 进行对比，找 出 和 标 准 值 相 同 的 那 个 ＬＡＩ，如 果 没 有 相 同 的 值，则 以 和
会出现小范围的不确定因素等。图１是在同一点改变
不同 ＥＬＡＤＰ 值所测得的ＬＡＩ，可见随 ＥＬＡＤＰ 的 变
大，ＬＡＩ 逐 渐 减 小。 在 ０ 至 ２ 范 围，ＬＡＩ 随 ＥＬＡＤＰ
变化较 大，当 ＥＬＡＤＰ 大 于 ２ 后，ＬＡＩ 随 ＥＬＡＤＰ 的
变化敏感性显著降低。
１．４ 观 测 内 容 及 方 法 １．４．１ 比叶重法测 ＬＡＩ
７５ｍｇ／ｋｇ，有机质质量分数为１７．４ｇ／ｋｇ，ｐＨ 值为６．８。
１．２ 试 验 设 计
试 验设３个处理，即 Ｎ０（０ｋｇ／ｈｍ２）、Ｎ１（１３５ｋｇ／ｈｍ２）、Ｎ２（１８０ｋｇ／ｈｍ２）；氮肥按 ｗ（基肥）∶ｗ（蘖肥）∶
ｗ（穗肥）＝５０％∶３０％∶２０％施入，基肥氮肥品种为４５％的复合肥（Ｎ－Ｐ２Ｏ５－Ｋ２Ｏ 质量比为１５－１５－１５），蘖
（１－ｆｂ）ｅ－Ｌａ
＋Ａ（ｘ）Ｌ３ａｅ－Ｂ（ｘ）ＬａＣ（ｘ），
（３）
Ｌａ ＝ Ｌ·［１－ｇ（１－ａ）］，
（４）
式中：ｆｂ 为直射光占入射光的比例；Ｌ 为冠层叶面 积 指 数；Ｌａ 为 模 型 叶 面 积 指 数；ａ 为 ＰＡＲ 的 吸 收 系 数，一