基于上部葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的小麥產(chǎn)量預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)

衡亞蓉，李 曉，賀 利，吳亞鵬，周 宜，朱云集，郭天財(cái)，馮 偉

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450045；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南鄭州 450002)

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物，其產(chǎn)量高低直接影響人民生活水平改善和國家糧食安全。在小麥?zhǔn)斋@前預(yù)測(cè)產(chǎn)量有助于生育后期田間管理調(diào)控、糧食加工企業(yè)收儲(chǔ)計(jì)劃制定、管理部門政策宏觀調(diào)控等。傳統(tǒng)的產(chǎn)量信息須在小麥?zhǔn)斋@后人工田間調(diào)查測(cè)定，且具有破壞性，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。近年來，遙感技術(shù)因無損、準(zhǔn)確、快速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于作物生物量、葉綠素含量、氮素狀況、葉面積指數(shù)、冠層溫度等監(jiān)測(cè)[1-3]。利用遙感技術(shù)預(yù)測(cè)小麥、玉米、棉花、大豆等作物產(chǎn)量也開展了許多研究[4-5]。除高光譜遙感技術(shù)外，數(shù)碼相機(jī)、雷達(dá)等新型傳感器也被成功應(yīng)用于作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)[6-7]。以上研究表明，利用冠層檢測(cè)傳感器監(jiān)測(cè)作物長勢(shì)狀況、預(yù)報(bào)作物產(chǎn)量是可行的，但所獲取的冠層信息包括土壤、莖稈、葉片、脫落物等諸多目標(biāo)，從而導(dǎo)致作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)精度偏低、誤差較大。

葉綠素?zé)晒庑盘?hào)來源于植物內(nèi)部，相關(guān)參數(shù)可以反映植株內(nèi)在生理特性，已作為主動(dòng)式遙感技術(shù)被成功應(yīng)用于植物健康和生長狀況監(jiān)測(cè)。研究表明，在高溫、干旱、缺素等逆境條件下，葉綠素?zé)晒饪梢暂^好評(píng)價(jià)作物抗逆能力[8-9]。在干旱條件下橄欖PS II 的最大光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)與結(jié)構(gòu)指數(shù)存在密切聯(lián)系[10]。在高溫脅迫下Fv/Fm和PS II 潛在活性均降低，而最小熒光Fo增加[11]。除逆境外，作物營養(yǎng)狀況也顯著影響葉綠素?zé)晒鈪?shù)。隨著氮素水平的增加，水稻非光化學(xué)猝滅(NPQ)提高[12]。過量施氮條件下，棉花葉片F(xiàn)v/Fm、實(shí)際光化學(xué)量子效率(ΦPSII)、電子傳遞速率(ETR)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)反而降低[13]。然而，這些研究大多側(cè)重作物營養(yǎng)狀況、逆境條件下熒光參數(shù)的變化，而利用葉綠素?zé)晒鈪?shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)作物產(chǎn)量的研究相對(duì)較少。葉綠素?zé)晒馐窃u(píng)價(jià)作物光合作用的一個(gè)重要指標(biāo)[14]。Nichol[15]利用熒光參數(shù)技術(shù)手段準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)芒果冠層的光合效率。Schchtl等[16]采用激光誘導(dǎo)的葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)監(jiān)測(cè)作物生物量。據(jù)報(bào)道，德國開發(fā)了一種葉綠素?zé)晒飧惺芷?，可用來估測(cè)作物生物量[17]。水稻盆栽試驗(yàn)表明，熒光參數(shù)Fv/Fm，ETR與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平[18]。在小麥開花期和灌漿中后期Fv/Fo、Fv/Fm值與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[19]。但是，這些監(jiān)測(cè)方法大多是測(cè)定單一的葉片位置且易受環(huán)境條件(品種、土壤、天氣)的影響，這將限制作物生產(chǎn)性預(yù)測(cè)精度的提高。因此，建立一個(gè)具有較高精確度和較好穩(wěn)定性的小麥產(chǎn)量估測(cè)方法將有助于農(nóng)業(yè)宏觀調(diào)控及田間管理技術(shù)指導(dǎo)。

本研究擬分析不同施氮水平下小麥葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)、凈光合速率、葉面積與產(chǎn)量的關(guān)系，以期為小麥產(chǎn)量估測(cè)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在2014-2016年連續(xù)兩個(gè)小麥生長季，試驗(yàn)于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為潮土，供試品種為豫麥49-198(緊湊型)和鄭麥9694(披散型)。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)氮肥梯度，分別施純氮0 kg·hm-2(N0)、90 kg·hm-2(N1)、180 kg·hm-2(N2)和270 kg·hm-2(N3)?？偸┑康?0%于播種前施用，剩余的50%于拔節(jié)期結(jié)合澆水追施。試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列，重復(fù)3次，小區(qū)長7 m，寬2.9 m，種植行距20 cm。其他有關(guān)整地、播種、灌溉及田間管理等均按照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)措施進(jìn)行。

2014-2015年度前茬作物為玉米，作物秸稈粉碎后深耕用作基肥。 0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)18.6 g·kg-1、全氮0.93 g·kg-1、速效磷66.32 mg·kg-1和速效鉀 94.86 mg·kg-1。于播種前基施P2O5150 kg·hm-2和K2O 90 kg·hm-2。播種日期為2014年10月16日，基本苗2.7×106株·hm-2。2015-2016年度前茬作物為田菁，播種前掩底。0～20 cm土層含有機(jī)質(zhì)19.8 g·kg-1、全氮0.99 g·kg-1、速效磷70.02 mg·kg-1和速效鉀79.99 mg·kg-1。播種前均基施P2O5150 kg·hm-2和120 kg·hm-2K2O。播種日期為2015年10月12日，基本苗3.0×106株·hm-2。

1.2 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.2.1 葉片凈光合速率(Pn)測(cè)定

在晴朗無云或者少云的上午(9:30-11:30)，用Li-6400 便攜式光合儀(LI-COR Inc，美國)分別測(cè)定小麥植株頂部四片完全展開葉(即頂一葉、頂二葉、頂三葉、頂四葉)的凈光合速率。隨著籽粒灌漿，小麥植株下部葉片逐漸變黃衰老，灌漿中期測(cè)定頂部三片葉，灌漿后期測(cè)定頂部兩片葉。測(cè)定時(shí)期為拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿前期、灌漿中期、灌漿末期。

1.2.2 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

在葉片凈光合速率測(cè)定的同時(shí)，采用葉綠素?zé)晒鈨x(MINI-PAM-II，WALZ， 德國)同步測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測(cè)定時(shí)間和選取的葉片同凈光合速率。測(cè)定光適應(yīng)下熒光參數(shù)穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)、最大熒光(Fm′)、最小熒光(Fo′)、可變熒光(Fv′)和光下PSII 最大化學(xué)量子效率(Fv′/Fm′)時(shí)，用夾子固定葉片，測(cè)定時(shí)應(yīng)使葉片受光大體一致，交叉測(cè)量。測(cè)定暗適應(yīng)下熒光參數(shù)最大熒光(Fm)、最小熒光(Fo)、可變熒光(Fv)、PSII 最大光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)和PSII 潛在活性(Fv/Fo)之前，應(yīng)先使葉片充分暗適應(yīng)20 min。

1.2.3 綠葉面積測(cè)定

在小麥拔節(jié)和孕穗期選取10株小麥，在開花期以后選擇20個(gè)單莖，按照葉位分離，頂一、二、三、四葉的葉面積指數(shù)(LAIn)測(cè)定采用人工測(cè)量的方法，公式為：

其中，ρ為種植密度，m為測(cè)定葉面積的株數(shù)或單莖數(shù)，L為各葉片的長度(從葉基到葉尖)，W為各葉片的寬度(葉片上與主脈垂直方向上的最寬處)，用直尺測(cè)量長度與寬度[20]。

1.2.4 產(chǎn)量性狀測(cè)定

成熟期在每個(gè)小區(qū)未取樣處測(cè)定1 m雙行植株穗數(shù)，隨機(jī)選取20株進(jìn)行室內(nèi)考種，統(tǒng)計(jì)穗粒數(shù)和千粒重。每小區(qū)實(shí)收4 m2，脫粒測(cè)產(chǎn)并換算出每公頃籽粒產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 光合及熒光累積量的計(jì)算

以Fm為例，對(duì)于單葉片而言，頂一葉Fm乘以頂一葉葉面積指數(shù)稱為頂一葉Fm累積量。頂二葉、頂三葉、頂四葉等單葉片的Fm累積量同頂一葉的計(jì)算方法。相鄰兩片葉、相鄰三片葉及頂部四片葉的累積量即為相關(guān)葉片累積量的和。其他熒光參數(shù)及凈光合速率的各個(gè)葉位葉片的累積量計(jì)算同以上Fm累積。

1.3.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Office Excel 2010軟件和Sigma Plot 12.3 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析作圖，不同處理間的多重比較采用Duncan 新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮水平和葉位對(duì)小麥葉片Pn和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

兩個(gè)生長季的小麥葉片Pn和葉綠素?zé)晒鈪?shù)在生育期內(nèi)及隨施氮水平增加的變化趨勢(shì)基本一致。以2014-2015生長季的豫麥49-198為例，旗葉Pn隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)(圖1)，其中在孕穗期(N3)或者開花期(N0、N1、N2)達(dá)到最大值。整體上，Pn隨施氮水平的增加而增加，但自開花期，N3處理的Pn反而低于N2處理。與N2處理相比，N0與N1處理下Pn分別下降10.16%～77.64%和1.59%～34.70%。從拔節(jié)期至灌漿后期，F(xiàn)m′持續(xù)下降；Fv/Fo呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì)，在孕穗期達(dá)最大值。隨著施氮水平的增加，F(xiàn)m′與Fv/Fo均提高。與N0處理相比，N3處理的Fm′和Fv/Fo分別增加16.22%～62.29%、8.69%～71.63%。此外，葉位對(duì)Pn和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響也較大(圖2)。Pn隨葉位降低而降低，與旗葉相比，頂二葉、頂三葉和頂四葉分別降低5.34%～15.17%、44.86%～67.57%和74.99%～89.47%。與Pn不同，F(xiàn)m′與Fv/Fo均隨葉位降低呈先增后降的趨勢(shì)，并在頂二葉達(dá)到最大值。與頂二葉比較， 頂四葉的Fm′和Fv/Fo分別下降為23.30%～34.09%、31.47%～36.15%。

2.2 小麥葉位對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)與凈光合速率間相關(guān)性的影響

綜合2014-2015和2015-2016年度田間數(shù)據(jù)，分析Pn和葉綠素?zé)晒鈪?shù)間相關(guān)性(圖3)?？傮w而言，光適應(yīng)下熒光參數(shù)(Fs、Fm′、Fo′、Fv′和Fv′/Fm′)與Pn的相關(guān)系數(shù)(0.203～0.853)高于暗適應(yīng)熒光參數(shù)(Fo、Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo)(0.133～0.685)。光適應(yīng)下熒光參數(shù)與Pn的相關(guān)系數(shù)具體表現(xiàn)為Fm′ >Fv′ >Fv′/Fm′ >Fs>Fo′，暗適應(yīng)下表現(xiàn)為Fv/Fo>Fv>Fm>Fv/Fm>Fo。隨著葉位的降低，光適應(yīng)和暗適應(yīng)下熒光參數(shù)與Pn的相關(guān)系數(shù)均降低，且光適應(yīng)下熒光參數(shù)的相關(guān)系數(shù)隨葉片降低的下降幅度較暗適應(yīng)大。以表現(xiàn)最優(yōu)的Fm′參數(shù)為例，其在頂一、二、三和四葉的相關(guān)系數(shù)分別為0.853、0.829、0.668和0.554。

JS:拔節(jié)期;BS:孕穗期;AS:開花期;EF:灌漿早期;MF:灌漿中期;LF:灌漿末期。

JS:Jointing stage;BS:Booting stage;AS:Anthesis stage;EF:Early grain filling stage;MF:Middle grain filling stage;LF:Later grain filling stage.

圖1不同施氮水平對(duì)小麥旗葉凈光合速率(Pn)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Fig.1Effectsofnitrogenapplicationrateonnetphotosyntheticrate(Pn)andchlorophyllfluorescenceparameters(Fm′andFv/Fo)inflagleavesatdifferentgrowthstages

L1：頂一葉；L2：頂二葉；L3：頂三葉；L4：頂四葉。下同。

L1:1st leaf from the top; L2:2nd leaf from the top; L3:3rd leaf from the top; L4:4th leaf from the top. The same as below.

圖2不同氮素水平下不同小麥葉位的葉片凈光合速率(Pn)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化(開花期)

Fig.2Changesofnetphotosyntheticrate(Pn)andchlorophyllfluorescenceparameters(Fm′andFv/Fo)atdifferentleafpositionsunderdifferentnitrogenrate(anthesisstage)

2.3 小麥葉片凈光合參數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系

將兩年度數(shù)據(jù)綜合分析，相關(guān)性因時(shí)期和葉位存在較大差異(表1)。在拔節(jié)期，頂三葉的Pn與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最高，其次頂二葉，頂四葉最低；在孕穗期，頂一葉的Pn與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)最高，其次頂二葉，頂三葉最低；自開花期始，相關(guān)系數(shù)隨葉位降低而降低。生育時(shí)期間比較，葉片Pn與產(chǎn)量相關(guān)性在開花期至灌漿中期較好，尤其灌漿前期最高?？傮w而言，葉片Pn與產(chǎn)量間相關(guān)性較低，且葉位間不穩(wěn)定。為了獲取與產(chǎn)量相關(guān)性較好的指標(biāo)，將葉面積指數(shù)與Pn組合成葉片光合累積量參數(shù)。與葉片Pn相比，葉片光合累積量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)顯著提高，且關(guān)系穩(wěn)定。例如，在開花期，葉片Pn與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.323～0.643，而葉片光合累積量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)較Pn增加23.09%～37.04%。與Pn相同，光合累積量與產(chǎn)量的相關(guān)性在開花期至灌漿中期較好，以灌漿前期最好。葉片光合累積量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)在葉位間變化規(guī)律與Pn相同，整體上，頂一葉和頂二葉相關(guān)系數(shù)較高，明顯高于頂三葉和頂四葉。將頂部四片葉綜合來考察，發(fā)現(xiàn)頂部四片葉的光合總累積量較單個(gè)葉片的Pn和光合累積量均具有明顯優(yōu)勢(shì)，相關(guān)系數(shù)顯著提高(r=0.727～0.875)，尤其是開花期至灌漿中期(圖4)，說明頂部四片葉的光合總累積量可以較好地評(píng)價(jià)小麥籽粒產(chǎn)量。

A：光適應(yīng)；B：暗適應(yīng)。

A:Light adaptation; B:Dark adaptation.

圖3 小麥不同葉位葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)與凈光合速率間的相關(guān)關(guān)系

L1-4:四片葉的總和。*:P<0.05; **:P<0.01。

L1-4:Total of the top four leaves. *:P<0.05; **:P<0.01.

2.4 小麥葉綠素?zé)晒鈪?shù)與產(chǎn)量的關(guān)系

對(duì)單葉片而言，不同生育時(shí)期，頂一葉、頂二葉熒光參數(shù)累積量與產(chǎn)量的相關(guān)性優(yōu)于頂三葉和頂四葉。對(duì)于相鄰兩片葉的組合而言，頂部兩片葉組合(L12)熒光參數(shù)累積量與產(chǎn)量在不同生育階段相關(guān)性均表現(xiàn)最好，頂二葉和頂三葉的組合(L23)次之，頂三葉和頂四葉的組合(L34)最差。對(duì)于相鄰三片葉的組合而言，頂一葉、頂二葉和頂三葉的組合(L1-3)熒光參數(shù)累積量與產(chǎn)量相關(guān)性顯著優(yōu)于頂二葉、頂三葉和頂四葉的組合(L2-4)，但均低于L12。頂部四片葉組合(L1-4)熒光參數(shù)累積量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)顯著低于L12(表2)。雖然頂部兩片葉組合的熒光累積量與產(chǎn)量相關(guān)性最好，但相關(guān)性在不同生育時(shí)期間存在較大差異，以在孕穗期至灌漿中期最優(yōu)。

以頂部兩片葉組合的Fm′和Fv′累積量為例(圖5)，不同生育時(shí)期其與產(chǎn)量擬合方程的斜率和截距間存在較大差異。在孕穗期、開花期、灌漿前期和灌漿中期，F(xiàn)m′累積量擬合方程的決定系數(shù)r2分別為0.622、0.714、 0.755和0.658， 而Fv′累積量的r2分別為0.612、0.696、 0.731和0.630。比較而言，用開花期至灌漿中期Fm′的累積量在可以較好地評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)小麥成熟期產(chǎn)量狀況，其中以灌漿前期預(yù)測(cè)精度最高。

圖4 小麥籽粒產(chǎn)量與頂部四片葉光合累積量(APn1-4)的定量關(guān)系Fig.4 Relationships between yield and the net photosynthetic accumulation of the top four leaves at different growth stages(APn1-4)表2 小麥不同葉片位置的熒光參數(shù)累積量與籽粒產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)(n=16)Table 2 Correlation coefficients between yield and chlorophyll fluorescence accumulation at different leaf layers

熒光參數(shù)Chlorophyll fluorescence index 生育時(shí)期Growth stage葉片及其組合 Leaves and their combinationL1L2L3L4L12L23L34L1-3L2-4L1-4Fm' 拔節(jié)期 Jointing0.645**0.618*0.550*0.4480.689**0.643**0.575*0.687**0.599*0.671**孕穗期 Booting0.681**0.540*0.578*0.4610.789**0.706**0.671**0.679**0.701**0.650**開花期 Anthesis0.616*0.621*0.516*0.515*0.845**0.647**0.610*0.723**0.621*0.671**灌漿前期 Initial-filling0.757**0.554*0.4510.3960.869**0.692**0.659**0.810**0.681**0.701**灌漿中期 Mid-filling0.627**0.528*0.425-0.811**0.634**0.4250.700**0.601*0.623**灌漿后期 Late-filling0.3810.452--0.714**0.452-0.640**0.4520.587*Fv' 拔節(jié)期 Jointing0.618*0.579*0.533*0.3620.638**0.593*0.579*0.606*0.582*0.606*孕穗期 Booting0.672**0.607*0.585*0.516*0.782**0.724**0.673**0.718**0.697**0.711**開花期 Anthesis0.743**0.703**0.552*0.4880.834**0.737**0.735**0.742**0.679**0.747**灌漿前期 Initial-filling0.859**0.758**0.518*0.4320.855**0.745**0.704**0.791**0.734**0.771**灌漿中期 Mid-filling0.658**0.4750.366-0.794**0.580*0.3660.572*0.4710.604*灌漿后期 Late-filling0.4820.244--0.658**0.243-0.657**0.2430.315Fv'/Fm' 拔節(jié)期 Jointing0.516*0.4820.4600.3340.679**0.651**0.615*0.659**0.629**0.674**孕穗期 Booting0.563*0.618*0.552*0.2570.706**0.704**0.671**0.672**0.651**0.682**開花期 Anthesis0.615*0.633**0.4590.3540.770**0.724**0.605*0.744**0.672**0.751**灌漿前期 Initial-filling0.623**0.504*0.3890.2370.804**0.668**0.626**0.776**0.646**0.737**灌漿中期 Mid-filling0.529*0.510*0.464-0.724**0.603*0.4640.675**0.549*0.645**灌漿后期 Late-filling0.4260.352--0.634**0.352-0.635**0.3520.528*Fs 拔節(jié)期 Jointing0.605*0.564*0.616*0.4420.621*0.576*0.504*0.606*0.522*0.606*孕穗期 Booting0.707**0.629**0.581*0.4530.673**0.631**0.561*0.649**0.604*0.653**開花期 Anthesis0.687**0.686**0.559*0.3910.719**0.673**0.579*0.687**0.649**0.694**灌漿前期 Initial-filling0.813**0.646**0.538*0.4240.800**0.677**0.646**0.690**0.652**0.660**灌漿中期 Mid-filling0.585*0.4630.463-0.686**0.647**0.570*0.650**0.625**0.627**灌漿后期 Late-filling0.545*0.550*--0.597*0.550*-0.597*0.550*0.557*

*:P<0.05;**:P<0.01.

圖5 小麥籽粒產(chǎn)量與頂部兩片葉Fm′和Fv′ 累積量和間定量關(guān)系Fig.5 Relationship between wheat yield and the Fm′ accumulation and Fv′ accumulation and ) of the top two leaves at different growth stages

3 討 論

作物在逆境條件下，光合系統(tǒng)受到破壞，特別是影響PS II 功能，植株?duì)I養(yǎng)狀態(tài)顯著影響葉綠素?zé)晒鈪?shù)及光合性能。在0～180 kg·hm-2施氮水平條件下，隨著施氮水平的增加，葉片ETR、qP和NPQ均呈增加趨勢(shì)，而Fm、Fv和Fv/Fm顯著下降[21]。過量施氮導(dǎo)致小麥葉綠素?zé)晒鈪?shù)降低，且在施氮90和180 kg·hm-2之間無顯著差異[22]。本研究結(jié)果表明，Pn和Fv/Fo隨生育進(jìn)程呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì)，在孕穗期或開花期達(dá)到最大值；而Fm′ 隨生育時(shí)期進(jìn)程則持續(xù)下降。在施氮水平為0～180 kg·hm-2范圍內(nèi)，Pn總體上持續(xù)增加；當(dāng)施氮水平為270 kg·hm-2，Pn開始下降；Fm′和Fv/Fo均隨施氮水平的增加而提高，整體上以270 kg·hm-2處理最大。

近年來，葉綠素?zé)晒夥治黾夹g(shù)在監(jiān)測(cè)植物生長發(fā)育及逆境響應(yīng)等方面已得到廣泛應(yīng)用。玉米中Fv/Fm和磷含量有顯著的指數(shù)函數(shù)關(guān)系[23]；油菜中熒光比值F690/F730與地上部N含量存在顯著相關(guān)性[24]。Feng等[25]利用小麥葉綠素?zé)晒鈪?shù)在葉位之間的差異評(píng)估不同條件下植株氮含量的變化。此外，利用葉綠素?zé)晒鈪?shù)也可以較好地指示植株光合作用特征。Baker等[14]采用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)評(píng)價(jià)光合系統(tǒng)的變化及CO2同化狀況。在本試驗(yàn)中，4個(gè)光適應(yīng)下葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fs、Fm′、Fv′和Fv′/Fm′) 與對(duì)應(yīng)葉片Pn間相關(guān)性較好，且在不同葉位間表現(xiàn)出明顯差異。這主要是由于冬小麥冠層的結(jié)構(gòu)特征和空間異質(zhì)性引起的，上部葉片接收的光照較下部葉片多，且下部葉片衰老較早。作物葉片光合作用為產(chǎn)量形成奠定了直接的物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究結(jié)果顯示，除灌漿后期外，頂一葉Pn與產(chǎn)量間顯著相關(guān)。由于葉片是作物獲取光能的主要器官，葉面積的大小是反映作物冠層結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要指標(biāo)，本研究將Pn和葉面積指數(shù)聯(lián)合構(gòu)建了光合累積量指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)作物產(chǎn)量形成狀況。與Pn相比，Pn累積量與產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)顯著提高，同理，葉綠素?zé)晒饫鄯e量與產(chǎn)量間的相關(guān)性也顯示出較好的結(jié)果，這說明在光合性能生理參數(shù)基礎(chǔ)上加入葉面積生長信息，充分利用兩者的優(yōu)勢(shì)在估測(cè)評(píng)價(jià)作物產(chǎn)量方面起到了重要作用。

作物冠層存在顯著的空間異質(zhì)性，不同葉位間生理及生長參數(shù)呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化。在植株生長分析取樣時(shí)，頂一葉和頂二葉被認(rèn)為是最優(yōu)的取樣葉位[26]。在本研究中，Pn隨著葉位的降低而顯著降低；Fm′和Fv/Fo隨葉位的降低呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì)，并在頂二葉達(dá)到最大值。總體而言，頂一葉和頂二葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)較高，說明頂一葉和頂二葉在評(píng)價(jià)作物產(chǎn)量的重要性。然而，根據(jù)研究目標(biāo)的不同，選取的最優(yōu)葉片位置也可能不同。Li 等[27]指出，頂三葉是分析植株N 含量的理想葉位，因?yàn)镹 易于從老葉向新葉轉(zhuǎn)移，這將使下層的葉片對(duì)氮素狀況更加敏感。雖然單葉片可以提供作物生長狀況的信息，但結(jié)果不穩(wěn)定。因此，為了提高精確性和普適性，葉片位置的優(yōu)化組合受到研究人員的廣泛關(guān)注。Wang等[28]研究表明，頂三葉和頂四葉氮含量的差值可以準(zhǔn)確地指示水稻植株氮含量，且提高了不同氮素水平和不同水稻品種條件下水稻植株氮素營養(yǎng)狀況評(píng)價(jià)的普適性。Feng等[25]研究表明，利用冬小麥頂一葉、頂二葉和頂四葉之間的葉綠素?zé)晒鈪?shù)差異性，可以更好地評(píng)估不同條件下植株氮含量的變化。Tian等[29]認(rèn)為，頂部兩張葉片是評(píng)價(jià)水稻光合能力的理想葉位組合。在本研究中，對(duì)單葉片而言，熒光累積量與產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)隨葉位的降低而降低。對(duì)于葉位組合而言，熒光累積量與產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)順序?yàn)長12 > L1-3 > L23 > L2-4 > L34，表明頂一葉和頂二葉的葉位組合能夠較好地評(píng)價(jià)產(chǎn)量狀況，而頂三葉和頂四葉可能攜帶較多的冗余信息。四個(gè)熒光參數(shù)(Fm′、Fv′、Fv′/Fm′ 和Fs)累積量比較，以Fm′累積量與產(chǎn)量相關(guān)性表現(xiàn)最好。當(dāng)然，熒光累積量與產(chǎn)量間相關(guān)系數(shù)在不同生長階段間差異較大，以孕穗期至灌漿中期最好?？傮w而言，在灌漿前期，頂一葉和頂二葉Fm′累積量與產(chǎn)量間相關(guān)性最好(r=0.869)，這表明基于頂一葉和頂二葉組合的Fm′累積量可以較好地評(píng)價(jià)小麥產(chǎn)量狀況。

前人業(yè)已證明，冠層光譜是監(jiān)測(cè)作物長勢(shì)的一種有效手段，但冠層光譜屬于被動(dòng)式遙感，易于受外界環(huán)境諸如溫度、光、水和土壤等因素的影響。另外，如果考慮到冠層空間異質(zhì)性的特點(diǎn)，反射光譜技術(shù)很難深入探測(cè)到冠層內(nèi)部的作物長勢(shì)，這些因素限制了作物生長狀況的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)屬主動(dòng)式遙感，能及時(shí)捕獲作物生理的細(xì)微變化。本研究利用葉綠素?zé)晒狻爸鲃?dòng)性”和受外界環(huán)境影響較小的優(yōu)勢(shì)，充分考慮冠層空間異質(zhì)性和葉片位置間差異的特點(diǎn)，通過測(cè)定頂部兩片葉的Fm′累積量便可實(shí)現(xiàn)小麥籽粒產(chǎn)量的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)。當(dāng)然，本研究所用數(shù)據(jù)僅涉及同一試驗(yàn)地點(diǎn)、兩個(gè)品種及四個(gè)氮素梯度，所得結(jié)果還需在不同環(huán)境條件下進(jìn)一步驗(yàn)證。

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