ASD | 从光化学植被指数和叶片色素估算叶片光合能力

【摘要】最近研究发现，在混合落叶阔叶林中，相比于叶片氮含量，叶绿素含量可以更好地指示叶片的光合能力。叶片光合能力与叶绿素含量之间关系的一个关键概念就是光合成分（即光收集，光化学和生化成分）的协调调节。为了检验该假设，作者在生长季测量了水稻地叶片氮含量（N_Leaf），叶片光合色素（即叶绿素（Chl_Leaf），类胡萝卜素（Car_Leaf）和叶黄素（Xan_Leaf））以及叶片光合能力（即1,5-二磷酸核酮糖（RuBP）在25℃被羧化（V_cmax25）和再生（J_max25）的最大速率）的季节性变化。同时还调查了N_Leaf，叶片光合色素，晴天中午的叶片光化学植被指数（PRI_Leaf,noon）的有效性及其可能的组合，以估算水稻地的叶片光合能力（即V_cmax25和J_max25）。Chl_Leaf与V_cmax25和J_max25高度相关（R²分别为0.89和0.87），优于N_Leaf（R²分别为0.80和0.85）。PRI_Leaf,noon与叶片色素的产物也与V_cmax25高度相关（R²=0.95-0.96）。而且叶绿素a和Car_Leaf的产物可以很好地替代V_cmax25。总而言之，该研究支持了以前的发现，即叶绿素含量与V_cmax25的相关性比叶氮含量更好。而且，将PRI_Leaf,noon与叶片色素（即Chl_Leaf，Car_Leaf和Xan_Leaf）结合起来，为估算叶片光合能力（即V_cmax25）提供了另一种方法。这些发现支持了光合组分协调调节的假说，且有助于利用遥感数据估算叶片的光合能力。

【样地描述】
样地调查是在江苏省句容市（31°9′ N，119°1′ E）进行的，该站点是2015年由南京大学国际地球系统科学研究所（ESSI，NJU）成立的。

【叶片光谱反射率测量】
在2016.8.25-11.11，利用ASD FieldSpec3光谱仪每周一次于8:00，10:00，12:00，14:00和16:00测量3个代表性植物的3个叶片样品（顶部，中部和底部）的光谱反射率（350-2500 nm）。

2016年生长季水稻中Chl_Leaf与Car_Leaf（红点）和Xan_Leaf（黄色十字）的相关性（a），Car_Leaf与Chl_Leaf比率（b）以及Xan_Leaf与Chl_Leaf比率（c）的季节性变化。

叶片（a）叶绿素a含量（Chl_aLeaf，μg cm⁻²），（b）叶绿素b含量（Chl_bLeaf，μg cm⁻²），（c）Chl_Leaf（μg cm⁻²）与N_area（g m⁻²）之间的关系以及（d）叶绿素-氮与N_area比率（Chl-N: N_area）的季节性变化。

2016.8.25-11.02中午（12：00左右）测得的水稻叶片光谱反射率的平均值，±1标准差，最小值和最大值（a）。全波段（b）和可见光波段（c）叶片光谱反射率与光合能力（V_cmax25和J_max25）之间的相关系数。

2016年生长季成熟（中部）叶片V_cmax25（μmol m⁻²s⁻¹）与a）Chl_Leaf（μg cm⁻²），b）N_mass（g g⁻¹），c）N_area（g m⁻²），d）Car_Leaf（μg cm⁻²），e）Xan_Leaf（μg cm⁻²）之间的关系和J_max25与f）Chl_Leaf（μg cm⁻²），g）N_mass（g g⁻¹），h）N_area（g m⁻²），i）Car_Leaf（μg cm⁻²），j）Xan_Leaf（μg cm⁻²）之间的关系。

2016年水稻地植物中部叶片V_cmax25与a）PRI_Leaf,noon；b）Chl_aLeaf *Car_Leaf；c）PRI_{Leaf, noon}* Xan_Leaf；d）PRI_{Leaf, noon}* Car_Leaf；e）PRI_{Leaf, noon}* Chl_Leaf；f）PRI_Leaf,noon*（Chl_Leaf +Car_Leaf）之间的关系。

【结论】作者于2016年生长季测量了水稻地叶片光合能力（V_cmax25和J_max25），N_Leaf，叶片光合色素（即Chl_Leaf，Car_Leaf和Xan_Leaf）以及叶片光谱反射率。主要结论如下：
（1）该研究支持前人的发现，在水稻地中Chl_Leaf与V_cmax25和J_max25高度相关（R²分别为0.89和0.87），优于N_Leaf（R²分别为0.80和0.85）。
（2）将PRI_{Leaf, noon}与叶片色素（即Chl_Leaf，Car_Leaf和Xan_Leaf）结合起来，为估算叶片光合能力（即V_cmax25）提供了另一种方法。本研究中，与单独利用叶片色素含量或PRI_Leaf,noon相比，这些组合与V_cmax25的相关性更好。PRI_{Leaf, noon}*（Chl_Leaf+ Car_Leaf）与V_cmax25（R²=0.9644）有着很强的相关性。
（3）V_cmax25与PRI，叶片光合色素或其组合的相关性支持了光合成分（包括光收集，光化学和生化成分）协调调节的假设。