小麥冠層不同光質(zhì)透光率與葉面積指數(shù)的定量關(guān)系研究

李 曉，周 宜，段劍釗，賀 利,3，魏永康，王永華,3，馮 偉,3

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南鄭州 450002；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450046; 3.國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450046)

葉面積指數(shù)(LAI)可用于表征植被葉片的疏密程度，是描述植物冠層結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，對(duì)于作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、估產(chǎn)及肥水管理等具有重要指導(dǎo)價(jià)值。LAI受植被種類、行間距、品種、施氮量、密度、株型等因子影響，控制著植被的生理過程，且與冠層內(nèi)光空間分布、光透射與截獲等關(guān)系密切。LAI的傳統(tǒng)獲取常使用破壞性測(cè)定法，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以滿足大尺度、高時(shí)間分辨率的測(cè)定要求，而光輻射遙感以其實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、快速無損等優(yōu)勢(shì)，已成為目前估算LAI的主要技術(shù)手段。

光合有效輻射(PAR)是指能被綠色植株用來進(jìn)行光合作用的太陽(yáng)輻射，是植物進(jìn)行光合作用的能量來源。作物冠層對(duì)光截獲的能力是決定干物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量形成的重要因素，隨著冠層高度的增加，光截獲量逐漸下降，尤其冠層中下部的光截獲對(duì)棉籽產(chǎn)量具有顯著影響。作物冠層內(nèi)PAR分布受作物種類、種植方式、品種、施氮量、行間距等因素影響，直接影響植物生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)。如，不同棉花品種在吸收和轉(zhuǎn)換PAR方面存在差異，披散型晚熟品種所截獲的太陽(yáng)輻射比緊湊型中早熟品種更多，干物質(zhì)生產(chǎn)量更高；冠層內(nèi)光分布表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性，柱狀型品種的PAR分布更為均勻；玉米-大豆間作可通過改變光質(zhì)和光量子，直接影響大豆生長(zhǎng)的光環(huán)境，導(dǎo)致大豆的莖粗、根長(zhǎng)、地上生物量、總根生物量和根冠比均顯著降低；隨施氮水平的增加，夏玉米冠層散射輻射透過系數(shù)和直接輻射透過系數(shù)均呈降低趨勢(shì)。因此，可通過不同栽培因子調(diào)控光在作物冠層內(nèi)的分布，進(jìn)而改善作物的生理生態(tài)功能。作物冠層光透射特性與生長(zhǎng)參數(shù)關(guān)系密切。如，水稻冠層PAR分布特征與LAI間關(guān)系密切，PAR截獲量(FAPAR)和LAI之間呈極顯著相關(guān)；玉米冠層內(nèi)不同垂直層次PAR在生育進(jìn)程中變化顯著，其與LAI呈顯著負(fù)相關(guān)；棉花冠層PAR截獲量(IPAR)與LAI呈極顯著的指數(shù)相關(guān)。以上研究多側(cè)重于分析栽培措施對(duì)作物冠層PAR分布的影響及其與葉面積間的定量關(guān)系，而較少涉及不同光質(zhì)在冠層內(nèi)的空間分布規(guī)律，以及不同光質(zhì)與LAI間的關(guān)系。本研究利用連續(xù)三年三個(gè)生態(tài)地點(diǎn)的大田試驗(yàn)，系統(tǒng)分析小麥冠層內(nèi)不同光質(zhì)的空間分布及與LAI間關(guān)系，通過回歸分析明確了估算小麥LAI的適宜光質(zhì)波段，以期為利用冠層光分布特征實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小麥LAI提供技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)1：于2015-2016年在河南省鄭州市進(jìn)行。小麥季平均氣溫12.4 ℃，降水量363.6 mm。試驗(yàn)地土壤類型為潮土，有機(jī)質(zhì)含量19.8 g·kg，全氮0.99 g·kg，速效磷70.02 mg·kg，速效鉀70.99 mg·kg。播種前均施基肥PO150 kg·hm和KO 120 kg·hm。供試小麥品種為豫麥49-198。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)施氮水平(分別為0、90、180、270和360 kg·hm，分別用N0、N1、N2、N3和N4表示)及三個(gè)水分梯度[分別為不澆水、澆一次水(拔節(jié)期)和澆兩次水(拔節(jié)期和抽穗期)，分別用W0、W1和W2表示]。總施氮量的50%于播種前施用，剩余的50%于拔節(jié)期追施。小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)規(guī)格7 m×2.9 m。基本苗 3.0×10株·hm，種植行距20 cm。其他管理措施同高產(chǎn)大田栽培。

試驗(yàn)2：于2016-2017年在河南省新鄉(xiāng)市進(jìn)行。小麥季平均氣溫13.4 ℃，平均降水量 349.7 mm，試驗(yàn)地土壤類型為潮土，有機(jī)質(zhì)13.2 g·kg，全氮0.81 g·kg，速效磷13.6 mg·kg，速效鉀156.2 mg·kg。播種前均施基肥PO120 kg·hm和KO 90 kg·hm。供試小麥品種為周麥27。氮肥和水分梯度設(shè)置同試驗(yàn)1。小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)規(guī)格 6.5 m×6 m。基本苗數(shù)3.6×10株·hm，種植行距20 cm。其他管理措施同高產(chǎn)大田栽培。

試驗(yàn)3：于2017-2018年在河南省新鄉(xiāng)市進(jìn)行。小麥季平均氣溫9.3 ℃，平均降水量171.6 mm，試驗(yàn)地土壤類型為潮土，有機(jī)質(zhì)13.3 g·kg，全氮0.66 g·kg，速效磷8.3 mg·kg，速效鉀100.2 mg·kg。播種前均施基肥PO120 kg·hm和KO 90 kg·hm。基本苗數(shù)3.1×10株·hm。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及栽培措施同試驗(yàn)2。

試驗(yàn)4：于2017-2018年在河南省洛陽(yáng)市進(jìn)行。小麥季平均氣溫11.4 ℃，平均降水量 242.6 mm，試驗(yàn)地土壤類型為潮土，有機(jī)質(zhì)15.4 g·kg，全氮0.83 g·kg，速效磷21.6 mg·kg，速效鉀106.7 mg·kg。播種前均施基肥PO120 kg·hm和KO 90 kg·hm。供試小麥品種為洛麥26、西農(nóng)219、中麥175、存麥5號(hào)、周麥32。試驗(yàn)僅拔節(jié)期澆一次水(W1)以及拔節(jié)期和抽穗期分別澆一次水(W2)兩個(gè)水分梯度。小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)規(guī)格7.2 m×5 m。基本苗數(shù)3.7×10株·hm，種植行距20 cm。其他管理措施同高產(chǎn)大田栽培。

1.2 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.2.1 透射光譜的測(cè)定

光譜測(cè)定采用由荷蘭生產(chǎn)的AvaSpec-2048*14型光纖光譜儀，測(cè)定波段范圍為200～1 160 nm，觀測(cè)視場(chǎng)為14°。選擇晴朗無云無風(fēng)少云天氣，于北京時(shí)間11:00-14:00進(jìn)行測(cè)定。每個(gè)小區(qū)選取兩行有代表性的小麥，分別測(cè)定冠層垂直高度0、20和40 cm處透射光譜，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，植株增高，加測(cè)株高60和80 cm處透射光譜，每個(gè)高度測(cè)10次，不同垂直高度位點(diǎn)均以10次平均值作為該位點(diǎn)的透光率。可見光(PAR)的波長(zhǎng)范圍為390～770 nm，紅光的波長(zhǎng)范圍為620～690 nm，紅邊的波長(zhǎng)范圍為690～770 nm，綠光的波長(zhǎng)范圍為500～580 nm，藍(lán)光的波長(zhǎng)范圍為440～500 nm，近紅外的波長(zhǎng)范圍為780～900 nm。測(cè)定時(shí)期為拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿前期、灌漿中期、灌漿末期。

1.2.2 LAI的測(cè)定

選擇晴朗天氣于當(dāng)天的6:00-7:00在透射光譜測(cè)量，采用LAI-2000植物冠層分析儀(LI-COR, Nebraska, USA)測(cè)量各個(gè)小區(qū)冬小麥冠層的LAI。與透射光譜測(cè)定保持一致，將植株冠層也按照近地0、20、40、60和80 cm劃分成不同的測(cè)量層次。大田測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量避免直射光，在背向太陽(yáng)一側(cè)，先將LAI-2000探頭垂直向上水平放置于冠層頂部入射光照，再將其放入小麥冠層內(nèi)部測(cè)定不同高度處LAI，每層測(cè)3次，取其平均值作為該冠層高度的LAI。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，利用SPSS 22軟件進(jìn)行相關(guān)性及回歸分析。主要包括冠層透射光譜透光率的計(jì)算、不同光質(zhì)透光率的選取、各光質(zhì)透光率與LAI間相關(guān)分析、回歸建模以及模型精度評(píng)估等。利用回歸分析技術(shù)確定對(duì)LAI反應(yīng)敏感、精度較高的光質(zhì)，并利用決定系數(shù)()進(jìn)行模型精度評(píng)估。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮處理對(duì)小麥LAI與透光率的影響

不同水氮處理對(duì)小麥LAI及冠層透光率具有重要影響。以試驗(yàn)3的近地層測(cè)定數(shù)據(jù)為例，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，小麥LAI呈先增后降趨勢(shì)，灌水處理均于抽穗期達(dá)到最大值，而不灌水處理在抽穗或開花期達(dá)峰值(圖1)。總體而言，小麥LAI在孕穗至灌漿前期維持較高水平，自灌漿中期隨植株加速衰老，LAI降低幅度增大。灌水后，小麥LAI較不灌水處理增加，但W2的LAI較W1的增加效應(yīng)變小。隨施氮水平的增加，LAI逐漸提高，且灌水越多，氮肥效應(yīng)越明顯。

JS：拔節(jié)期；BS：孕穗期；HS：抽穗期；EF：灌漿早期；MF：灌漿中期；LF：灌漿晚期。圖2同。

PAR透光率變化規(guī)律總體上與LAI表現(xiàn)相反，隨生育時(shí)期呈先降后升趨勢(shì)，大多數(shù)處理均于抽穗期達(dá)到最低，個(gè)別處理在開花期最低(圖2)。比較而言，在旺盛生長(zhǎng)的抽穗至灌漿前期，LAI較高，而透光率相對(duì)穩(wěn)定且較低，谷底平坦。與不灌水處理相比，灌水促進(jìn)了植株生長(zhǎng)，增加了LAI，而W1、W2間差異較小。冠層透光率受施氮水平影響較大，且隨施氮水平的增加而減少，但高氮水平間(N3和N4)差異較小。就抽穗至灌漿前期的透光率均值來說，在W0和N0下冠層平均透光率分別高達(dá)0.30和0.41，漏光嚴(yán)重，而W2和N4下光截獲較多，透光率僅分別為0.16和 0.09，表明不同長(zhǎng)勢(shì)的麥田透光率存在很大差異，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)量形成產(chǎn)生重要影響。

圖2 不同水氮處理下小麥冠層底部的透光率

2.2 不同水氮處理對(duì)小麥LAI與PAR透光率空間分布的影響

冠層高度上的LAI差異在很大程度上反映了小麥葉面積的垂直分布特征，進(jìn)而影響冠層內(nèi)的光分布情況。利用試驗(yàn)3數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析不同水氮處理對(duì)LAI和PAR透光率空間分布的影響(圖3和4)。小麥LAI的空間分布受水氮條件及生育時(shí)期的影響較大。隨著冬小麥冠層高度的不斷降低，向下累積LAI逐漸增大；隨灌水條件改善，向下累積LAI的變化較為明顯；在施氮水平較低時(shí)向下累積LAI變化相對(duì)平緩，而在施氮水平較高時(shí)增加幅度較大。隨灌水的增加和施氮水平的提高，不同冠層高度的LAI均有所增加，但增加幅度因不同高度而異。上層(≥40 cm)LAI因增加水氮供應(yīng)的提高幅度較小，而下層(0～20 cm)LAI的增加幅度則較大。不同高度層次的葉面積及所占比重也受水氮處理調(diào)控，除頂部?jī)蓮埲~片對(duì)總?cè)~面積貢獻(xiàn)較大外，40 cm層次的LAI最大，占總LAI比重分別為36.7%(W0)和 25.8%(W1和W2)，施氮水平增加后此層LAI的比重增大；相反，0～20 cm層次LAI最小，占總LAI比重分別為5.1%(W0)和7.4%(W1和W2)，且受氮素調(diào)控的影響也最小。

圖3 不同水氮處理下小麥LAI的空間分布

植株葉面積分布直接導(dǎo)致光在冠層內(nèi)透射差異。在相同垂直高度，隨水氮條件的改善，PAR透光率逐漸變小。隨著冠層高度的降低，冠層內(nèi)透光量逐漸減少，PAR透光率逐漸下降。60 cm高度處透光率高，處理間差異小，W0、W1和W2的平均值分別為78.5%、75.3%和70.4%，N0、N1、N2、N3及N4的平均透光率分別為 81.8%、81.1%、78.0%、72.6%和67.3%。20～40 cm高度的透光率迅速下降，下降幅度范圍為 0.20～0.32，該層次為透光率的突變層；在該層次，在W0條件下高施氮水平的透光率遞減幅度較大，而在灌水(W1和W2)條件下低施氮處理的透光率遞減變化比例更高。可見，小麥冠層內(nèi)PAR絕大部分被冠層中上部截獲，水氮條件越好，植株長(zhǎng)勢(shì)旺盛，冠層內(nèi)透光率降低越快。

2.3 不同光質(zhì)的透光率隨冠層高度變化

光線透射量在冠層內(nèi)分布因光質(zhì)不同存在差異。以利用株高較高的試驗(yàn)4存麥5號(hào)數(shù)據(jù)為例，藍(lán)、綠、紅、紅邊、近紅外和PAR的透光率均隨高度變化而變化(圖5)。其中，藍(lán)、綠、紅、及PAR的透光率差異較小，近紅外和紅邊透光率較高，其中近紅外最高。不同光質(zhì)間透光率差異隨高度而異，冠層中下及中上部差異較小，冠層中部差異較大。這種差異在水分間表現(xiàn)不盡相同，W0的60 cm處差異較小，其次為0、20和40 cm處差異較大；W1的80 cm處差異較小，其次為0和20 cm處，40和60 cm處差異較大。各種光質(zhì)透光率均隨小麥冠層垂直高度的下降而下降，其降低趨勢(shì)也因光質(zhì)不同而異，近紅外光透光率下降最緩慢，紅邊較平緩，其他光質(zhì)下降較快。這種隨高度變化的規(guī)律在水分間也存在差異。在W0條件下，透光率在上層和下層(40～80和0～20 cm)變化慢，中間層(20～40 cm)下降相對(duì)較快；而W1條件下，透光率在中上層(40～80 cm)下降較快，而在中下層(0～40 cm)下降緩慢。

2.4 不同光質(zhì)透光率與小麥向下累積LAI間的相關(guān)性

將試驗(yàn)所測(cè)定的透射光譜分成藍(lán)光、綠光、紅光、紅邊、光合有效輻射與近紅外六類，與之對(duì)應(yīng)的向下累積LAI進(jìn)行相關(guān)性分析(表1)。各種光質(zhì)透光率在小麥冠層不同垂直高度與LAI均呈極顯著負(fù)相關(guān)，且不同光質(zhì)的透光率與LAI的相關(guān)性由強(qiáng)至弱表現(xiàn)為紅邊、藍(lán)光、PAR、綠光、近紅外光和紅光，不同高度層次的變化規(guī)律相同。就冠層垂直結(jié)構(gòu)而言，垂直高度越低，相關(guān)性越好，向下累積葉面積越多，光向下消減程度越大。綜合不同高度層次的數(shù)據(jù)分析，光質(zhì)間差異與各個(gè)高度保持一致，紅邊透光率與LAI相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.839；其次為藍(lán)光(0.832)和PAR(0.830)；紅光和近紅外最低，相關(guān)系數(shù)分別為0.819和0.820。

表1 不同光質(zhì)透光率與LAI間相關(guān)系數(shù)(n=588)

2.5 不同光質(zhì)透光率與小麥LAI的定量關(guān)系

為進(jìn)一步表征冠層內(nèi)不同光質(zhì)透光率與LAI間密切關(guān)系，對(duì)上述6種光質(zhì)的透光率與LAI進(jìn)行回歸分析(圖4)。整體上，冠層內(nèi)不同光質(zhì)的透光率均隨向下累積LAI的增加呈指數(shù)遞減規(guī)律。其中，近紅外光與紅光透光率的擬合精度最差(<0.71)，其余光質(zhì)與LAI擬合均達(dá) 0.73以上。紅邊透光率擬合精度最高，為 0.749，其次為藍(lán)光(=0.742)，PAR的擬合為0.738。這表明，在不同差異光質(zhì)中紅邊透光率與冠層葉面積間關(guān)系最為密切，能夠更好地反映LAI的變化動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)評(píng)估田間小麥生長(zhǎng)狀況。

圖4 不同水氮處理對(duì)小麥PAR的空間分布

B：藍(lán)光；G：綠光；R：紅光；RE：紅邊；NR：近紅外。表1和圖6同。

圖6 不同光質(zhì)透光率與LAI間的回歸關(guān)系

3 討 論

作物植株生長(zhǎng)具有明顯的時(shí)序性，不同生育時(shí)期特點(diǎn)各異，各器官生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律不盡相同，莖、葉和穗的數(shù)量、形狀及排列方式均能引起作物冠層結(jié)構(gòu)的空間差異性，進(jìn)而導(dǎo)致光在冠層內(nèi)分布不均。早在1953年，日本學(xué)者M(jìn)onsi和Saeki將比爾定律應(yīng)用于描述作物冠層內(nèi)光分布，采用層切法將冠層在垂直結(jié)構(gòu)上分為多層，這種分層切割法被廣泛應(yīng)用于冠層結(jié)構(gòu)研究。作物冠層結(jié)構(gòu)及PAR分布均具有空間不均一性。李亞兵等通過研究不同棉花群體PAR的空間分布特征，發(fā)現(xiàn)PAR空間變化具有空間相關(guān)性，在棉花生長(zhǎng)初期，透光率呈深“V”字形，向兩側(cè)邊逐漸減小，棉花生長(zhǎng)封行后，中上部呈淺“V”形，中下部基本呈線性遞減。受冠層垂直結(jié)構(gòu)及綠葉對(duì)光譜進(jìn)行選擇性吸收、反射和透射的影響，冠層中光譜成分發(fā)生變化，隨入射深度增加，截獲率增大，透光率減小，綠/紅值和紅外/紅值增大，而PAR/近紅外值減小。栽培模式也顯著影響作物冠層內(nèi)光質(zhì)分布。玉米-大豆間作時(shí)，由于玉米對(duì)光的獲截、吸收與反射，大豆冠層光質(zhì)FR/R值增大。作物生長(zhǎng)參數(shù)、冠層高度及栽培管理措施等因子均會(huì)導(dǎo)致不同光質(zhì)在冠層內(nèi)分布存在差異。本研究發(fā)現(xiàn)，施氮水平影響PAR在小麥冠層內(nèi)的垂直分布特征，施氮水平越高，PAR透光率越低，且冠層高度越低，PAR透光率差異越大。由于植物對(duì)太陽(yáng)光的不同波段吸收率、反射率及透射率存在差異，冠層內(nèi)各波段光分布也存在差異。本研究通過分析藍(lán)、綠、紅、紅邊、近紅外和PAR六種光質(zhì)在冠層內(nèi)的變化，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)透光率隨小麥冠層高度的下降呈不均一下降趨勢(shì)，近紅外光衰減較少，紅邊次之，其余四種光質(zhì)差異較小。因此，深入探討不同光質(zhì)空間分布規(guī)律，有利于量化作物群體質(zhì)量，構(gòu)建高光效株型及冠層結(jié)構(gòu)。

群體輻射透過系數(shù)可以反映光輻射在作物冠層中的傳播狀況及透光性。群體消光系數(shù)表示到達(dá)冠層頂部的光在通過作物群體冠層內(nèi)部時(shí)的衰減程度，二者均受作物種類、種植密度、葉角分布、葉片營(yíng)養(yǎng)狀況以及LAI影響。由于LAI是反映作物群體光截獲能力和構(gòu)建合理冠層結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，其垂直分布直接影響光在冠層內(nèi)分布狀況，基于此，諸多學(xué)者在冠層的光分布及消減方面開展研究，相繼構(gòu)建了LAI與消光系數(shù)間定量關(guān)系模型。李艷大等指出，不同時(shí)刻冠層內(nèi)平均PAR透光率隨向下累積LAI的增加呈明顯指數(shù)遞減趨勢(shì)，可用=e-*LAI定量描述，消光系數(shù)存在明顯日變化。祁紅彥等考慮太陽(yáng)高度角對(duì)LAI與消光系數(shù)間關(guān)系的影響，優(yōu)化了消光系數(shù)動(dòng)態(tài)模型。不同光質(zhì)對(duì)植物生理生態(tài)作用存在差異，必然導(dǎo)致LAI與不同光質(zhì)的截留或透射間關(guān)系的多元化，明確不同光質(zhì)在作物冠層內(nèi)分布及葉面積影響，對(duì)認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)冠層結(jié)構(gòu)及光合生產(chǎn)力具有重要意義。植物光合機(jī)構(gòu)的發(fā)育受光調(diào)控，其中紅光對(duì)光合器官的正常發(fā)育至關(guān)重要。前人研究發(fā)現(xiàn)，紅邊波段能有效減輕茂盛植被的反演飽和問題，有助于提高LAI的反演精度。紅邊波段帶與水分波段結(jié)合，在一定程度上減弱了植株水分含量對(duì)LAI反演的影響。藍(lán)光則參與調(diào)控葉綠素形成以及光合節(jié)律等生理過程，適宜的藍(lán)光比例促進(jìn)根葉片生長(zhǎng)。田永超等利用三波段反射率構(gòu)建藍(lán)光指數(shù)R434/(R496+R401)估測(cè)水稻葉層氮濃度。本研究通過對(duì)不同光質(zhì)透光率與向下累積LAI進(jìn)行相關(guān)性分析，紅邊透光率的指數(shù)擬合為0.749，其次為藍(lán)光(= 0.742)，兩者擬合精度均優(yōu)于PAR，這表明優(yōu)選的紅邊透光率能夠較好地表征葉面積指數(shù)變化。

作物L(fēng)AI與PAR透光率均存在時(shí)空異質(zhì)性，小麥葉面積的垂直分布直接影響冠層內(nèi)光分布的不均一性。在一定范圍內(nèi)，LAI隨著施氮水平的增加而增加，PAR透光率隨之下降，但超過一定施氮量，PAR透光率趨近于最小值，下降幅度變小。光在不同垂直層次下降速度也因灌水處理不同產(chǎn)生細(xì)微差異，在W1條件下，光的消減主要集中于中間層(20～40 cm)；而W2條件下，光的截獲與消減主要存在于冠層中上部，說明通過水氮栽培措施調(diào)控冠層光分布對(duì)定向培育合理高效的冠層結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。不同光質(zhì)透光率均隨冠層高度的下降出現(xiàn)不同程度的消減，近紅外光透光率消減速度最慢，其次為紅邊透光率，其余四種光質(zhì)消減程度相近，這是由葉片對(duì)光譜的選擇性吸收、反射、透射特性所致。不同光質(zhì)透光率與向下累積LAI間均呈指數(shù)型顯著相關(guān)，紅邊與藍(lán)光優(yōu)于PAR，說明基于紅邊透光率能夠較為準(zhǔn)確反演冠層葉面積變化，明確二者間定量關(guān)系，可為利用遙感手段客觀反映植株葉片在冠層內(nèi)的分布，定量反演冠層LAI，從而構(gòu)建合理高效冠層結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新的技術(shù)途徑與理論依據(jù)。應(yīng)當(dāng)指出，本研究?jī)H涉及冬小麥垂直冠層結(jié)構(gòu)的向下累積LAI與不同光質(zhì)透光率變化及定量關(guān)系，關(guān)于冠層三維空間尺度的LAI與透光率分布特征及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律有待進(jìn)一步開展研究。

4 結(jié) 論

小麥LAI隨灌水和施氮水平提高而增大，而冠層透光率趨于下降。不同光質(zhì)透光率均隨冠層高度的下降出現(xiàn)不同程度的消減，近紅外光的透光率消減速度最慢，其次為紅邊的透光率，其余四種光質(zhì)消減程度相近。不同光質(zhì)透光率與向下累積LAI間均呈顯著指數(shù)相關(guān)，紅邊與藍(lán)光優(yōu)于PAR，以紅邊透光率模型估算小麥LAI最為可靠(=0.749)，這為作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)及精確管理提供了方法支持。