作物水分胁迫指数(CWSI)模型中的下限温度指水分充足时的冠层温度(Tc)或冠气温差(dT),对模型量化植被水分状况精度有较大影响.目前,基于数据驱动方法直接估算下限温度已在大田作物中取得成功,但尚未见其在森林生态系统中的适用性报道.本研究以太行山南麓栓皮栎人工林为研究对象,连续同步观测Tc和气象数据,评估使用多元线性回归模型和BP神经网络模型估算下限温度的可行性,以及CWSI指示人工林水分状况的精度.结果表明:在不具备灌溉条件的森林生态系统中,将以土壤含水量、风速、净辐射、饱和水汽压差、气温作为输入参数的多元线性回归模型与BP神经网络模型中的土壤水分条件设为饱和,即可获得下限温度;将下限温度与理论公式确定的上限温度结合,对实测Tc或dT进行归一化获得CW-SI,可实现对栓皮栎人工林水分状况的无损、快速、自动诊断.其中,基于BP神经网络模型确定的水分充足条件下的dT作为下限温度,并与上限温度结合获得CWSI,最适合精准量化人工林水分状况,与实测水分状况之间的决定系数、均方根误差和一致性指数分别为0.81、0.08和0.90.本研究结果可为森林生态系统水分状况的高效、精准监测提供参考方法.

冠层吸收光合有效辐射比(fAPAR)是植被生产力遥感模型的重要参数.但关于不同干旱条件下作物全生育期的fAPAR遥感反演研究仍未见报道.本研究利用2015年夏玉米5个灌水处理模拟试验的高光谱反射率和fAPAR观测资料,分析了不同干旱条件下夏玉米关键生育期fAPAR和高光谱反射率变化特征,探讨了fAPAR与反射率、一阶导数光谱反射率和植被指数的关系.结果表明:轻度水分胁迫和充分供水条件下,fAPAR较高;重度水分胁迫和重度持续干旱条件下,fAPAR较低.冠层可见光、近红外光和短波红外光区的反射率与fAPAR分别呈负相关、正相关和负相关关系.fAPAR与可见光和短波红外光区的383、680和1980 nm附近的反射率的相关性最强,相关系数均达-0.87.一阶导数光谱反射率与fAPAR相关性强且稳定的波段为580、720和1546 nm,相关系数分别为-0.91、0.89和0.88.9个常用植被指数与fAPAR呈线性或对数关系,其中,增强型植被指数、复归一化植被指数、土壤调节植被指数和修正的土壤调节植被指数与fAPAR的关系模型最好,决定系数(R2)均在0.88以上,平均相对误差分别为16.6％、16.6％、16.7％和16.2％;基于一阶导数光谱反射率与fAPAR的对数关系在(720±5) nm波段处的模拟效果较好,R2达0.86;直接选择反射率数据估算fAPAR的效果较差,R2最高为0.81.研究结果可为fAPAR的准确反演及评估作物干旱状况提供支撑.

箭筈豌豆(Vicia sativa)是重要的豆科牧草和绿肥作物.白粉病是箭筈豌豆常见病害,可抑制作物生长,严重时甚至导致植物死亡,造成巨大的经济损失.丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)广泛存在于自然界中,可与植物根系形成共生体,对宿主植物生长、养分吸收及水分循环均有促进作用,从而增加宿主对逆境胁迫的抗性.以箭筈豌豆为试验材料,在温室条件下,探究两种AM真菌Glomus tortuosum和Rhizophagus intraradices单独及混合接种对箭筈豌豆白粉病的影响.结果表明:G.tortuosum、R.intraradices及两种AM真菌混合接种均显著降低箭筈豌豆白粉病的发病率及病情指数,接种G.tortuosum处理效果最显著,其病情指数为37.37,较NM处理降低56.26％;G.tortuosum、R.intraradices和两种AM真菌混合接种的茎叶干重较NM处理增加64.47％、51.32％和70.49％,根干重增加24.02％、15.64％和44.69％;AM真菌处理显著提高了植物超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)以及多酚氧化酶(PPO)等防御酶活性(P<0.05),促进了植物可溶性糖、可溶性蛋白以及叶绿素含量(P<0.05).

玉米是需水量较大的粮食作物之一,拔节至开花的穗期是其一生中的需水临界期,研究玉米穗期对干旱胁迫的响应机制对提高玉米干旱适应性具有重要意义.以筛选后的干旱敏感自交系PH6WC (6WC)和抗旱自交系郑58(Z58)为试验材料,采用测坑控水试验,于穗期设置3个水分处理(正常灌水CK、轻度干旱LD、中度干旱MD),研究了穗期不同水分处理对雌雄穗发育特性、开花吐丝间隔以及穗位叶光合特性的影响.结果 表明:LD对Z58的株高、雄穗生长特性、叶绿素相对含量和光系统Ⅱ最大光化学效率没有显著影响,但雌穗长显著降低;MD显著降低了Z58的穗位叶光合特性、雌雄穗的穗长和干物质积累.对于6WC,LD抑制了其植株生长和穗的发育,使雌穗长、雌穗直径、雄穗长、干物质向穗的分配比率、穗位叶的叶绿素a、叶绿素b和光合性能综合指数(PIABS)分别降低了35.3％、11.8％、20.6％、25％、21.1％、20％、23.8％;干旱胁迫程度越重对6WC雌雄穗的发育影响越大.此外,LD与MD分别延长6WC的开花吐丝间隔期(ASI)至5天、9天,LD和MD分别延长Z58的ASI 0、3天.综上所述:穗期的干旱胁迫在不同程度上影响了6WC和Z58穗位叶的光合特性,但是对干旱敏感自交系6WC雌雄穗的生长发育的抑制显著高于Z58,以至于降低了干物质向穗部的积累与分配.

耐涝性是一个复杂农艺性状,采用传统方法大规模鉴定难度大.高光谱成像在作物表型检测方面具有无损、高效的优点,可望实现作物耐涝性的快速鉴定.本研究以27个陆地棉品种为供试材料,测定低氧胁迫与正常供氧条件下的株高、茎粗、叶面积、总根长,利用便携式光谱仪获取光谱图像,分析涝渍特征曲线并提取与色素、水分及氮素相关的6个光谱特征指数,采用主成分、逐步回归、系统聚类、相关性等多元分析方法,构建了基于光谱特征的棉花苗期耐涝性鉴定模型.利用主成分分析将10个耐涝单项指标简化为4个主成分.根据主成分贡献率和权重,将4个主成分简化为耐涝综合评价系数D值.逐步回归分析建立D值与10个单项指标耐涝性系数最优线性回归方程:D=0.161+0.220 SD+0.068 LA+0.358 PSSRa+0.404 I1+0.292 NDSI(R2=0.9849,式中SD为茎粗,LA为叶面积,PSSRa为色素比值指数a,I1为红外指数1,NDSI为归一化差值胁迫指数).聚类分析将27份供试材料耐涝性划分为4个等级,即强耐涝、耐涝、中等耐涝、涝渍敏感.相关性分析结果显示,茎粗与色素比值指数a、色素比值指数b、植物氮光谱指数、归一化差值胁迫指数、红外指数1极显著正相关,与归一化差值水指数相关性差异不显著;总根长与色素比值指数a、植物氮光谱指数、归一化差值胁迫指数呈显著负相关,与归一化差值水指数、红外指数1相关性差异不显著;叶面积和株高均与其余9个单项指标相关性差异不显著.利用高光谱成像技术为鉴定、评价棉花耐涝性提供了新方法.