川滇高山栎叶片生理指标和反射光谱对水分胁迫的响应

论文摘要

川滇高山栎( Quercus aquifoliodes ),又称巴朗栎,是云南西北部、四川西部和西藏东南部的特有树种,喜光、耐寒、抗风且耐干旱瘠薄土壤。川滇高山栎灌丛根系发达,萌生能力强,具有良好的水土保持和水源涵养作用。以往对川滇高山栎的研究多侧重于分类与系统研究、生物学研究(形态学、林学特性与生长特点、对环境的适应、生物量、光合特性等)、生态学研究(种群特征、群落特征等)、遗传多样性研究等方面。本文采用ASD FieldSpec Pro光谱仪与光合仪来研究川滇高山栎幼树叶片反射光谱对不同程度水分胁迫的响应以及不同海拔条件下川滇高山栎色素、光谱曲线的变化,以期能为为基于高光谱遥感技术监测植被水分状况提供指导。通过研究,本文所得主要结论如下:(1)水分胁迫对川滇高山栎反射光谱的影响川滇高山栎为耐旱植物,因此水分胁迫的长度应该是逐步加深的,在持续水分胁迫下,川滇高山栎第一次(Day0)测定的光谱反射曲线在可见光区(400 nm～700 nm)的反射率都明显高于水分胁迫后反射光谱(Day7、Day14、Day21、Day28、Day35、Day42)在该波段的反射率,在水分胁迫的第35天,反射光谱表观上发生了明显的变化,在可见光区的“绿峰”和“吸收谷”消失,反射光谱整体上呈现变缓的趋势。整个水分胁迫过程中所测定的川滇高山栎叶片的反射光谱在770 nm～1100 nm之间的反射率则缺乏规律性。(2)水分胁迫下,川滇高山栎光合速率、蒸腾速率以及色素含量的变化通过对试验中川滇高山栎叶片光合速率、蒸腾速率以及色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)的测定发现,在持续水分胁迫下,由于缺乏外界水分的补充,川滇高山栎的正常生理活动受到影响,其光合速率和蒸腾速率都出现了下降,叶片中叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的各自含量均随着水分胁迫的持续而减少;在水分胁迫以及恢复过程中,复水前川滇高山栎的光合速率、蒸腾速率、色素含量均出现下降趋势,复水后的恢复阶段,光合速率在复水后的第一次测定中就出现了恢复的趋势,而蒸腾速率、色素含量却没有立即对复水作出响应,而是经过了一段时间后才出现恢复的态势。(3)水分胁迫过程中光谱指数(PRI、NDVI、WI)的变化及其与叶片水分变化的关系在水分胁迫及恢复处理中,水指数(WI)、归一化植被指数(NDVI)、相对含水量(RWC)和等效水厚度(EWT)都表现出了相同的规律,即在临界点复水后,这三个参数并没有立即升高,相反都有所下降,经过了一段时间后才开始出现恢复趋势,这说明川滇高山栎在复水后需要一段缓冲期来调节自身的生理特性,以适应有外界水分补充的环境变化。川滇高山栎的光谱指数、水分指标的各自变化规律与各组的处理方式相一致。此外,在水分胁迫的整个过程中,水指数(WI)、归一化植被指数(NDVI)与水分指标(RWC、EWT)分别具有显著的相关性,归一化植被指数(NDVI)与水指数(WI)在描述川滇高山栎叶片水平上相对含水量的变化时,具有很好的有效性。(4)水分胁迫下,色素指数(SIPI)与叶片色素、相对含水量的关系通过相关性分析发现:结构不敏感色素指数(SIPI)与叶片相对含水量(RWC)表现出显著的指数相关性,当叶片相对含水量(RWC)较高时,结构不敏感色素指数(SIPI)几乎处在一个水平上,没有发生显著的变化,当叶片相对含水量(RWC)较低时,结构不敏感色素指数呈现出升高趋势;同时相关性研究表明SIPI与类胡萝卜素/叶绿素的比值具有较好的线性关系,随着水分胁迫的持续,叶片的水分大量消耗,导致叶绿素较少,类胡萝卜素/叶绿素的比值升高,SIPI也随之升高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和研究意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 川西森林概况
• 1.2.2 川滇高山栎的研究现状
• 1.2.3 高光谱遥感技术定量估算植被生理状态的研究进展
• 1.4 研究目标和主要研究内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 技术路线
• 第二章 研究区概况和研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究方法
• 2.3 室内试验与数据处理
• 2.3.1 川滇高山栎叶片反射光谱的测定与处理
• 2.3.2 叶片含水量相关指标的测定
• 2.3.3 叶片色素含量的测定
• 第三章 川滇高山栎幼树叶片反射光谱对不同程度水分胁迫的响应
• 3.1 引言
• 3.2 水分胁迫过程中川滇高山栎反射光谱的变化特征
• 3.3 川滇高山栎生理指标对水分胁迫的响应
• 3.3.1 水分胁迫与恢复过程中的川滇高山栎的水分含量指标（RWC、EWT）变化规律
• 3.3.2 水分胁迫与恢复过程中的川滇高山栎光合速率
• 3.4 川滇高山栎反射光谱指数对水分胁迫的响应
• 3.4.1 水分胁迫对川滇高山栎光化学指数（PRI）的影响
• 3.4.2 水分胁迫对川滇高山栎水指数（WI）的影响
• 3.4.3 水分胁迫对川滇高山栎归一化植被指数（NDVI）的影响
• 3.5 小结
• 第四章 水分胁迫下的川滇高山栎光谱指数与生理指标（水分、色素）的关系
• 4.1 引言
• 4.2 水分胁迫下的川滇高山栎光谱指数与水分指标的关系
• 4.2.1 不同水分胁迫下，川滇高山栎叶片相对含水量（RWC）与水指数（WI）的关系
• 4.2.2 不同水分胁迫下，川滇高山栎叶片相对含水量（RWC）与归一化植被指数（NDVI）的关系
• 4.2.3 不同水分胁迫下，川滇高山栎叶片等效水厚度（EWT）与水指数（WI）的关系
• 4.2.4 不同水分胁迫下，川滇高山栎叶片等效水厚度（EWT）与归一化植被指数（NDVI）的关系
• 4.3 不同程度水分胁迫条件下，光谱指数与水分指标相关性的差异
• 4.4 小结
• 第五章 川滇高山栎色素含量以及色素指数对不同水分胁迫的响应
• 5.1 水分胁迫与恢复过程中的川滇高山栎的色素含量指标变化规律
• 5.2 水分胁迫下川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与色素含量的关系
• 5.2.1 水分胁迫下的川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片叶绿素a含量的关系
• 5.2.2 水分胁迫下的川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片叶绿素b含量的关系
• 5.2.3 水分胁迫下的川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片叶绿素总量的关系
• 5.2.4 水分胁迫下的川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片类胡萝卜素含量的关系
• 5.2.5 水分胁迫下川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片相对含水量（RWC ）的关系
• 5.2.6 水分胁迫下川滇高山栎结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片类胡萝卜素/叶绿素比值的关系
• 5.3 水分胁迫条件下，结构不敏感色素指数（SIPI）与叶片色素指标相关性的差异
• 5.4 小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 讨论
• 6.3 建议
• 6.4 研究中的不足
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢