利用日光诱导叶绿素荧光监测水稻叶片叶绿素含量

快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要.该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导叶绿素荧光(Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)指数和植被指数,进一步基于线性回归和辐射传输模型2种方法来建立叶绿素含量监测模型,评估多个叶绿素监测模型的精度及适用性.结果表明:1)在冠层尺度,冠层761 nm处SIF强度(F761)与冠层叶绿素含量相关性最高,决定系数(Determination coefficient,R2)为0.72,略高于表现最好的红边叶绿素指数(Red edge Chlorophyll index,CIred edge)(R2=0.63);2)在单叶尺度,归一化下行SIF指数(↓FY NDFI)与单叶叶绿素含量相关性最高,R2为0.77,比表现最好的上行荧光产量双峰比值指数(↑FY687/↑FY741)R2高出0.10,与表现最好的植被指数CIred edge效果相当(R2=0.81);3)基于SCOPE(Soil Canopy Observation,Photochemistry and Energy fluxes)模型反演水稻冠层叶绿素含量的验证R2为0.57,均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)为56.54μg/cm,效果差于PROSAIL模型(模型检验的R2为0.91,RMSE为22.59μg/cm);4)单叶Fluspect-B模型反演水稻单叶叶绿素含量的验证R2为0.55,均方根误差RMSE为19.45μg/cm,效果差于PROCWT模型反演结果(R2为0.72,RMSE为6.42μg/cm).综上,SIF指数在监测冠层和单叶叶绿素含量时效果较好,基于SIF的辐射传输模型也可以用来反演水稻冠层和单叶的叶绿素含量.研究结果可为SIF监测作物叶绿素含量提供理论依据,并对未来利用SIF进行植物光合作用研究提供理论支持.