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大气CO2浓度升高背景下冬小麦冠层光谱特征和地上生物量估算
黄宏胜, 张馨月, 居辉, 韩雪
作物学报    2024, 50 (4): 991-1003.   DOI: 10.3724/SP.J.1006.2024.31041
摘要   (238 HTML8 PDF(pc) (871KB)(404)  

本研究旨在探究大气CO2浓度升高对冬小麦全生育时期冠层光谱特征的影响, 并基于筛选的敏感波段建立地上生物量(AGB)与光谱参数的定量关系。为此, 在2021—2022年的冬小麦生长季, 利用开放式CO2富集系统(Mini-FACE), 设定大气CO2浓度(ACO2, (420±20) μL L-1)和高CO2浓度(ECO2, (550±20) μL L-1)两个处理水平, 分析了高CO2浓度下光谱特征变化, 基于连续投影算法(SPA)、逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘法回归(PLSR)筛选AGB敏感波段并构建估算模型。结果表明: CO2浓度升高使冬小麦拔节期和开花期AGB显著增加。红边和近红边反射率及红边面积在拔节期增加, 在开花期和灌浆期降低, 蓝边、黄边和红边位置在不同生育时期均发生移动; AGB的敏感光谱波段主要分布在红边和近红边区域, CO2浓度升高缩小了AGB敏感波段范围, 但不影响AGB的估算; AGB的SMLR和PLSR模型均取得了较高的估算精度(R2>0.8), 其中SMLR模型中的R799′、Dy、SDy和PRI等特征参数与AGB显著相关, R2为0.866。PLSR模型(R2>0.9)在估算精度和稳定性上优于SMLR模型。本研究可为未来高CO2浓度下冬小麦生长发育的遥感监测提供理论基础和技术方法。



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图1 不同浓度CO2对冬小麦地上生物量的影响
ACO2表示大气二氧化碳浓度, ECO2表示升高二氧化碳浓度。误差线表示标准差。“NS”表示在同一生育时期不同处理间差异未达到显著水平(P > 0.05)。“*”表示在同一生育时期不同处理间差异达到显著水平(P < 0.05)
正文中引用本图/表的段落
如图1所示, CO2浓度升高使冬小麦地上生物量平均增加1.73%, CO2浓度升高对地上生物量的影响因生育期而异(P<0.01)。其中, 在拔节期和开花期, CO2浓度升高促进冬小麦地上生物量显著增加(P<0.05), 分别增加4.9%和8.8%, 在成熟期, CO2浓度升高对冬小麦地上生物量影响未达到显著水平。
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