日光诱导叶绿素荧光对植被水分胁迫的响应研究

Some of the solar radiance that are absorbed by chlorophyll will be reemitted at a longer wavelength as solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF), which is closely related to plant photosynthesis. Water stress is a common state of vegetation stress caused by drought. There are relatively few studies focusing on the response of SIF to water stress and its mechanism remains unclear. In this project, water control experiment will be conducted to synchronously and frequently obtain crop growth and development parameters, canopy struture parameters and SIF under the scenarios of different water stress during the growing season. On these bases, the objectives of this project are to develop a SIF extraction algorithm coupling soil background and canopy structure; to analyze the dynamics of effects of water stress on crop SIF; to investigate the response of SIF to drought process using satellite-based SIF and the potential of satellite remote sensing of SIF to drought monitoring and early warning. The research achievements will be presented in 8-10 article publications including 3-5 papers indexed by SCI.

日光诱导叶绿素荧光是叶绿素吸收辐射能量后释放的长波辐射，与植物光合作用密切相关。水分胁迫是干旱造成的一种常见的植被胁迫状态，目前有关日光诱导叶绿素荧光对水分胁迫响应的研究相对较少，响应机制尚不清楚。本研究通过开展小区水分控制实验，观测不同水分胁迫条件下作物生长发育及冠层结构等生理参数，同步高频率观测整个生长季的日光诱导叶绿素荧光，建立耦合土壤背景和冠层结构特征的日光诱导叶绿素荧光的提取算法，研究水分胁迫对作物日光诱导叶绿素荧光影响的变化过程；利用卫星遥感数据分析日光诱导叶绿素荧光对干旱过程的响应规律，探讨卫星荧光遥感方法的干旱监测和早期预警能力。研究成果主要以论文形式发表，发表论文8-10篇，其中在SCI收录刊物上发表论文3-5篇。

日光诱导叶绿素荧光（solar-induced chlorophyll fluorescence, SIF）是叶绿素a将吸收的多余太阳光能以一种长波辐射形式释放的能量，与光合作用具有密切关系，对于胁迫探测、碳循环估算具有重要的应用价值，尤其在水分胁迫早期监测方面具有明显的应用潜力。本研究通过开展小区水分控制实验，观测不同水分胁迫条件下作物生长发育及冠层结构等生理参数，同步高频率观测整个生长季的日光诱导叶绿素荧光，研究水分胁迫对作物日光诱导叶绿素荧光影响的变化过程；利用卫星遥感数据分析日光诱导叶绿素荧光对干旱过程的响应规律，探讨卫星荧光遥感方法的干旱监测和早期预警能力。. 项目研究结果表明：太阳辐射是影响SIF变化的主要环境因子，而环境温度和饱和水气压差对SIF影响较小，叶面积指数和叶绿素含量是影响SIF变化的主要生长因子，大于叶倾角、叶片含水量和叶片温度对SIF的作用，而水分胁迫是改变这些参数与SIF关系的重要因素；SIF对早期水分胁迫监测具有明显应用优势，尤其在冠层郁闭度较高的植被覆盖地区；SIF具有反应土壤湿度状况的能力，但是对于土壤湿度变化的响应也存在一定的滞后性。. 项目共发表学术论文 18 篇，其中 SCI 论文 12 篇，中文核心论文 6 篇，获得授权国家发明专利2项。本项目已经顺利完成了研究内容， 达到预期的研究目标。