干旱胁迫下作物冠层日光诱导叶绿素荧光响应规律研究
结题报告
批准号:
41571409
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
刘志刚
依托单位:
学科分类:
D0113.遥感科学
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱忠礼、任三学、赵花荣、倪卓娅、崔天翔、张强、王庆山、张葳葳、周西嘉
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中文摘要
我国水资源有限,农业旱灾多发,亟需发展农业旱情遥感监测技术,提高农业抗旱能力,发展节水型农业。叶绿素荧光是植物光合作用的有效探针,利用日光诱导叶绿素荧光(solar-induced fluorescence ,SIF)有望发展新型的农业旱情遥感监测方法。但目前干旱胁迫下作物冠层SIF的响应规律尚不明确。因此本项目计划通过实验观测和模型模拟,分析冠层结构、太阳角度、土壤背景等因素对冠层荧光的影响规律,检验冠层SIF与作物冠层整体生理状态的关联程度,发现干旱胁迫下冬小麦、玉米冠层荧光的响应规律及其差异,为发展基于SIF的遥感干旱胁迫探测技术打下理论基础。
英文摘要
Because of limited water resources and frequent agricultural droughts in our country, there is urgent need of developing remote sensing monitoring technology of agricultural drought to improve the agricultural drought resistance ability and develop water-saving agriculture. Chlorophyll fluorescence is an effective probe of plant photosynthesis. It is promising to develop a new type of agricultural drought remote sensing monitoring methods based on the solar-induced fluorescence (SIF). But the response law of crop canopy SIF under drought stress is unclear. Through experimental observations and model simulation, this project will 1) analyze the influence law of canopy structure, the angle of the sun and the soil background on canopy fluorescence, 2) inspection the relationship between the canopy SIF and the crop physiology state of whole canopy, 3) find the response of canopy SIF of winter wheat and corn under drought stress. The study will lay a theoretical basis for the development of remote sensing drought stress detection technology based on SIF.
为减少干旱对农作物的危害与提高农业用水的水分利用率,我们需要及时监测农作物的干旱状态。在农作物监测方面,遥感技术具有快速,大面积监测等优势。现有的遥感方法往往在作物发生不可逆装的损伤后才有响应。日光诱导叶绿素荧光(solar induced Fluorescence,SIF)作为植物光合作用时吸收光能后的副产物,它携带着植物的实际光合作用状态信息,被认为能够反映作物实际生理状态,从而可以作为监测作物干旱的有效工具。为此,开展不同时空尺度,不同水分胁迫状态,不同作物类型SIF观测与研究是有必要的。本项目主要研究内容包括:(1)长时间序列叶绿素荧光自动观测系统的研制工作,以及SIF提取算法研究;(2)在叶片尺度与冠层尺度SIF对水分胁迫的响应情况;(3)冠层尺度SIF变化的主要驱动因素研究(冠层结构,生理变化);(4)冠层尺度SIF与光合作用的协同变化研究。研究结果表明:我们开发的SIF自动观测系统能够在冠层尺度以高时间分辨率获取O2-A和O2-B波段SIF变化情况。相比于无胁迫情况,对于小麦与玉米,在叶片尺度与冠层尺度O2-A和O2-B的SIF在水分胁迫下都会下降,这与PAM-2500测量的光合系统II有效量子产量YII变化趋势一致。就日变化趋势来说,不同于PAR的对称变化,两个波段的SIF在下午都下降的更快一些,同时O2-A的SIF日变化峰值会提前出现。对于叶片尺度SIF,其下降主要是受非光化学淬灭NPQ调节。但是,对于冠层尺度,SIF变化同时受到NPQ与冠层结构的影响。在胁迫状态下,叶片容易发生萎蔫与蜷曲,从而引起有效LAI或者LAD的变化。这种冠层结构的变化一方面会改变光合有效辐射的吸收,同时也会改变SIF的散射与重吸收作用。基于以上研究,首先我们在近地面获得了C3与C4两种典型农作物(小麦和玉米)的SIF在不同胁迫状态以及不同生长季的高时间分辨率数据,这为以后卫星尺度应用提供了地面验证数据以及卫星传感器设计提供理论依据。其次,通过该研究表明能够利用SIF监测作物生理动态,为农业监测提供新的技术手段。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3390/s16060775
发表时间:2016-05-27
期刊:Sensors (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Zhou X;Liu Z;Xu S;Zhang W;Wu J
通讯作者:Wu J
Diurnal Response of Sun-Induced Fluorescence and PRI to Water Stress in Maize Using a Near-Surface Remote Sensing Platform
使用近地表遥感平台太阳诱导荧光和 PRI 对玉米水分胁迫的日响应
DOI:10.3390/rs10101510
发表时间:2018-09
期刊:Remote sensing
影响因子:5
作者:Shan Xu;Zhigang Liu;Liang Zhao;Huarong Zhao;Sanxue Ren
通讯作者:Sanxue Ren
DOI:10.3390/s18113965
发表时间:2018-11-15
期刊:Sensors (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Zhao L;Liu Z;Xu S;He X;Ni Z;Zhao H;Ren S
通讯作者:Ren S
Estimation of Sun-Induced Fluorescence Using the Canopy Reflectance Index
使用冠层反射率指数估计太阳引起的荧光
DOI:--
发表时间:2015
期刊:International Journal of Remote Sensing
影响因子:3.4
作者:Zhuoya Ni;Zhigang Liu;Zhao-Liang Li;Françoise Nerry;Hongyuan Huo;Xiaowen Li
通讯作者:Xiaowen Li
DOI:10.3390/s16040480
发表时间:2016-04-06
期刊:Sensors (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Ni Z;Liu Z;Li ZL;Nerry F;Huo H;Sun R;Yang P;Zhang W
通讯作者:Zhang W
基于SIF日内变化特征的作物当日干早的遥感监测方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    --
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    刘志刚
  • 依托单位:
利用多源观测数据和辐射传输模型解耦干旱胁迫下冠层SIF的生理与非生理信息
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    刘志刚
  • 依托单位:
基于主动支持向量机的遥感影像分类研究
  • 批准号:
    40701101
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    刘志刚
  • 依托单位:
国内基金
海外基金