基于輻射傳輸過程的小麥冠層垂直光分布及其與籽粒產量的關系研究.pdf

1、冠層垂直結構隨高度存在差異，而且不同色素對輻射存在選擇性吸收，導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構及光合色素的影響，因此研究冠層內的輻射垂直分布以及對不同光質的吸收及其與籽粒產量形成的關系很有意義。本研究設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構參數(shù)、生長指標及對應位置的上下行輻射，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構的分布狀況，在機理模型的基礎上，結合高光譜遙感手段，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，對小麥垂直結構的分析結果表明，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上，結合高光譜遙感手段，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，模型對小麥冠層LAI模擬預測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預測RRMSE為14.66％。
　　其次，對小麥冠層內光輻射數(shù)據(jù)的分析結果顯示，冠層透射率伴隨著植株的生長逐漸減小，并且不同光質光的透射率、截獲率的差異隨生育期的推進而減小，直立型群體的透射率變化范圍比披散型群體大。本研究在經典的比爾朗伯定理(Beer's Law)的基礎上，結合高光譜遙感手段，通過遙感植被指數(shù)擬合了不同光質的消光系數(shù)，實現(xiàn)了小麥冠層內，不同相對深度處、不同光質截獲率的時空動態(tài)

5、模擬。在整個生育期內，模型對冠層頂部向下不同相對深度h處的PAR吸收率的預測精度較高，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％;模型對冠層內不光質截獲率的預測結果為，藍光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的截獲能力/量與干物質積累及籽粒產量的關

6、系，實現(xiàn)了對干物質積累及籽粒產量的預測。在整個生育期內，用藍光截獲率來預測分蘗至成熟期的干物質積累量時RRMSE為12.78％;藍光截獲率來預測產量時RRMSE為16.9％;拔節(jié)期至抽穗期的綠光累積截獲量預測干物質的RRMSE為13.5％;抽穗期至開花期綠光截獲量來預測產量的RRMSE為16.28％。
　　結果顯示構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的截獲率。利用藍光截獲率預測干物質積累、用綠光截獲量預測籽粒產量