日光诱导叶绿素荧光和旱地作物生产力关联机制研究

基本信息
批准号:41901293
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:刘准桥
学科分类:
依托单位:西北农林科技大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
全波段重构总初级生产力日光诱导叶绿素荧光旱地农业定量化干旱程度监测
结项摘要

Solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) provides a new approach to monitor the photosynthetic rate of crops and its response to environmental stress. Previous studies mainly focused on retrieving single-band SIF within the field of sensor and building the relationships between SIF and Gross Primary Production (GPP). Most of them had pointed out that drought stress may reduce SIF emitted from vegetation. However, several limitations still exist: information in complete SIF spectrum is not fully exploited, the link between total emitted SIF from plants and GPP is not built and the impact of drought severity on SIF-GPP relationship is largely unknown. By using the notch filters, this proposal plans to provide a more accurate estimation of the full broadband SIF emitted in a whole sphere at a leaf scale. At the same time, top-of-canopy (TOC) single-band SIF, GPP, chlorophyll fluorescence parameters (Chl FPs) and ecophysiological traits will also be measured in field condition. Our goal is to assess how drought stress affects SIF emission and Chl FPs at both leaf and canopy scale and how the SIF-GPP relationship responds to drought stress at the different growth stages of crops. The proposed indoor and field experiments should also provide a new approach to measure full SIF spectrum with higher accuracy and better assess the impact of water stress on SIF emission. Eventually, a SIF-based framework for yield forecasting at dryland croplands and quantitative analysis of drought risk will be established. Overall, the expected results will enhance our understanding of the link between SIF and crop ecophysiological characteristics in the arid regions of northwest China, and thus have the important scientific meaning for better-predicting crop production and accurately monitoring drought stress.

日光诱导叶绿素荧光(SIF)为认识农作物光合速率及其对胁迫因子的响应提供了新途径。当前研究多集中于特定方向视场角内提取的单波段SIF与总初级生产力(GPP)相关性分析,已经发现干旱胁迫能减少SIF发射,但缺乏在干旱环境下,叶片全波段SIF球面发射特征、全冠层SIF与GPP关联机制、以及SIF对不同干旱程度响应的深入研究。本项目利用透镜测量叶片全波段SIF的球面发射特征,结合SIF、GPP、叶绿素荧光参数以及生理生态特征的同步观测,探究在作物不同生长阶段,干旱对叶片及全冠层全波段SIF与GPP、荧光参数相关性的影响。研究将提高SIF野外观测和其对干旱响应的准确性,揭示旱区作物SIF与GPP的关联机制和驱动因素,建立基于SIF的作物GPP估算方法和定量化胁迫监测方案。预期结果将深化西北旱区SIF与作物生理生态特征耦合机制的认识,对提高作物生产力估算精度和干旱胁迫监测准确度有重要科学意义。

项目摘要

日光诱导叶绿素荧光(SIF)正成为研究植物初级生产力(GPP)的一个重要方向。目前研究多集中于冠层SIF观测和反演及其与GPP相关性的统计分析,缺乏多尺度荧光与光合内在关联机制及其对生物和环境响应的深入研究,难以解决二者相关性变异性大及胁迫下相关性弱的问题。本项目以我国西北旱区常见作物为研究对象,自行搭建光合、热耗散、荧光和光谱特征同步测量系统,在室内生物和环境因素控制下测量其叶片尺度同步响应特征,并在野外定位自动观测冠层SIF和GPP动态规律,结合光合荧光机理模型,深入发掘二者内在的联系和区别,实现基于SIF的GPP直接估算。具体开展了以下两方面的工作:1)设计了叶片尺度荧光强度和光合固碳同步观测系统,以便在恒定光强下,控制温度、CO2浓度和气孔导度等非光因素的变化,精准测量荧光强度和固碳速率。研究发现:在非光因素驱动下,SIF与光合固碳具有较好的协同变化,但SIF的变化幅度远小于固碳速率的变化幅度,因此观测精度对SIF研究植物生理变化至关重要。2)构建了一个SIF与GPP耦合模型,将SIF与植被的光合活动机理性地联系起来,通过叶片同步观测系统,解决了耦合模型中关键参数的取值问题,并估算热耗散和光系统2产率,实现了SIF直接估算冠层GPP。上述研究成果使得冠层尺度上从SIF机理性出发来估计GPP的能力提高,为区域和全球尺度上利用卫星SIF模拟碳吸收奠定基础。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2007019
发表时间:2021
3

响应面法优化藤茶总黄酮的提取工艺

响应面法优化藤茶总黄酮的提取工艺

DOI:
发表时间:2015
4

基于混合优化方法的大口径主镜设计

基于混合优化方法的大口径主镜设计

DOI:10.3788/AOS202040.2212001
发表时间:2020
5

基于资本驱动的新型互联网营造系统初探

基于资本驱动的新型互联网营造系统初探

DOI:
发表时间:2016

刘准桥的其他基金

相似国自然基金

1

滨海盐沼植被日光诱导叶绿素荧光与总初级生产力的关联机制

批准号:41801253
批准年份:2018
负责人:黄颖
学科分类:D0113
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

高温干旱复合胁迫下日光诱导叶绿素荧光与作物光合作用的关联机制

批准号:41905100
批准年份:2019
负责人:李萌
学科分类:D0515
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

干旱胁迫下作物冠层日光诱导叶绿素荧光响应规律研究

批准号:41571409
批准年份:2015
负责人:刘志刚
学科分类:D0113
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
4

基于日光诱导叶绿素荧光的作物氮素营养状况诊断方法研究

批准号:41701483
批准年份:2017
负责人:董恒
学科分类:D0113
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目