基于輻射傳輸過程的小麥冠層垂直光分布及其與籽粒產(chǎn)量的關(guān)系研究.pdf

1、冠層垂直結(jié)構(gòu)隨高度存在差異，而且不同色素對輻射存在選擇性吸收，導(dǎo)致了植被對輻射的吸收能力隨波長及植株高度變化，然而目前的研究多將植物冠層看作整體，或僅研究群體對光合有效輻射的吸收利用，這樣勢必忽略了冠層垂直結(jié)構(gòu)及光合色素的影響，因此研究冠層內(nèi)的輻射垂直分布以及對不同光質(zhì)的吸收及其與籽粒產(chǎn)量形成的關(guān)系很有意義。本研究設(shè)置不同栽培密度和不同施氮水平的田間試驗，在小麥各主要生育時期測試冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、生長指標(biāo)及對應(yīng)位置的上下行輻射，氣象因子及冠

2、層反射率，基于試驗資料分析了小麥冠層垂直結(jié)構(gòu)的分布狀況，在機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合高光譜遙感手段，通過探索利用遙感植被指數(shù)來擬合模型中較難獲得的參數(shù)，最終實現(xiàn)了對小麥冠層光分布的模擬。
　　首先，對小麥垂直結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明，隨著向下累積葉層增加，葉面積指數(shù)、葉干重及葉層氮積累量是逐漸變大的，并且各累積葉層隨生育期的變化為先增大后減小的單峰變化趨勢，孕穗抽穗期達(dá)到最大;葉片氮含量隨累積葉層增多而變小，這表明表層葉合有較多的氮素。本研

3、究在Logistic模型及Campbell橢球分布模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合高光譜遙感手段，通過探索利用遙感植被指數(shù)來擬合冠層葉面積指數(shù)及橢球分布參數(shù)，實現(xiàn)了小麥冠層葉面積指數(shù)隨相對深度分布的模擬及冠層橢球葉角分布的模擬。在整個生育期內(nèi)，模型對小麥冠層LAI模擬預(yù)測RRMSE為19.26％，相對深度h（由冠層頂部向下的垂直距離與整個冠層高度的比值）分別為1/3、1/2、2/3時，模擬預(yù)測RRMSE分別為15.83％、10.65％、13.89％;

4、模型對冠層葉傾角橢球分布參數(shù)ELADP預(yù)測RRMSE為14.66％。
　　其次，對小麥冠層內(nèi)光輻射數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，冠層透射率伴隨著植株的生長逐漸減小，并且不同光質(zhì)光的透射率、截獲率的差異隨生育期的推進(jìn)而減小，直立型群體的透射率變化范圍比披散型群體大。本研究在經(jīng)典的比爾朗伯定理(Beer's Law)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高光譜遙感手段，通過遙感植被指數(shù)擬合了不同光質(zhì)的消光系數(shù)，實現(xiàn)了小麥冠層內(nèi)，不同相對深度處、不同光質(zhì)截獲率的時空動態(tài)

5、模擬。在整個生育期內(nèi)，模型對冠層頂部向下不同相對深度h處的PAR吸收率的預(yù)測精度較高，h為1/3、1/2、2/3和h=1時RRMSE分別為24.6％、18.91％、15.16％和15.4％;模型對冠層內(nèi)不光質(zhì)截獲率的預(yù)測結(jié)果為，藍(lán)光RRMSE為13.99％，綠光RRMSE為14.67％，紅光RRMSE為14.22％，光合有效輻射RRMSE為14.23％。
　　最后，分析了不同生育時期不同光質(zhì)的截獲能力/量與干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量的關(guān)

6、系，實現(xiàn)了對干物質(zhì)積累及籽粒產(chǎn)量的預(yù)測。在整個生育期內(nèi)，用藍(lán)光截獲率來預(yù)測分蘗至成熟期的干物質(zhì)積累量時RRMSE為12.78％;藍(lán)光截獲率來預(yù)測產(chǎn)量時RRMSE為16.9％;拔節(jié)期至抽穗期的綠光累積截獲量預(yù)測干物質(zhì)的RRMSE為13.5％;抽穗期至開花期綠光截獲量來預(yù)測產(chǎn)量的RRMSE為16.28％。
　　結(jié)果顯示構(gòu)建的模型能較好地模擬小麥冠層不同時期不同高度不同光質(zhì)的截獲率。利用藍(lán)光截獲率預(yù)測干物質(zhì)積累、用綠光截獲量預(yù)測籽粒產(chǎn)量