植物在不同形态和不同状态下的荧光光谱特征研究

本文从光合作用的角度出发,讨论了植物叶片在不同形态、不同状态下的荧光光谱特征以及它们对荧光光谱的影响。文章涉及了以下几方面的内容:(1)植物在离体形态和活体形态下的荧光光谱特征;(2)叶片正面与反面的荧光光谱特征;(3)植物不同器官对荧光光谱的影响;(4)叶片放置时间对荧光光谱的影响;(5)叶片经不同处理时对荧光光谱的影响等。其目的是为激光荧光技术用于植被遥感的实施提供基础数据。     

利用夫琅和费暗线探测自然光条件下的植被光合作用荧光研究

自然光照条件下测定的植被反射的辐照度光谱既包括太阳光诱导荧光的发射光谱，又包括叶片对入射光的反射光谱，研究如何从冠层光谱中提取荧光光谱有十分重要的应用价值。首先，论文介绍了夫琅和费暗线探测自然光条件下的光合作用荧光的基本原理和方法。其次，将太阳大气的夫琅和费暗线拓展到地球大气，发现地物光谱仪测定的冠层辐照度光谱中688nm和760nm两个氧气吸收形成的夫琅和费暗线特征明显，且荧光较强，所以利用这两个波段的夫琅和费暗线可以探测自然光条件下的光合作用荧光。第三，研究并分析了夫琅和费暗线方法计算的688nm和760nm波段的荧光特性，结果表明该方法计算的荧光是可靠的，它与光合有效辐射（PAR）关系密切，复相关系数达到了0．9；冬小麦冠层荧光光谱在760nm和688nm波段的荧光大小基本相等，而地锦冠层荧光光谱在688nm波段的荧光强度是760nm的3倍左右，表明荧光光谱能够更加敏感地反映植被物种或生理生化状况的差别。最后，将夫琅和费暗线方法计算的688nm和760nm波段的荧光数据与激光脉冲调制荧光仪测定Fv／Fm荧光参数进行了统计分析，结果表明它与Fv／Fm存在极显著的负相关关系。所以利用夫琅和费暗线方法能够探测植被冠层荧光，并有可能替代传统的测定方法，并推广到航空航天平台，实现荧光探测从接触式点测量方式到航空或卫星遥感大面积监测的技术飞越。     

植物叶绿素荧光遥感研究进展

按照遥感探测方法, 首先介绍了激光诱导荧光遥感的基本情况、荧光光谱特征和应用, 接着介绍了日光诱导荧光遥感研究的几种主要研究方法, 包括植被指数法和Fraunhofer线提取法, 以及日光诱导荧光在植物胁迫探测中的一些应用。最后, 对叶绿素荧光遥感的发展前景进行了分析。     

土壤激光诱导荧光遥感研究初探

对我国不同土壤的激光诱导荧光光谱的研究表明,在可见光波段的荧光峰一般在450nm左右,其相对荧光强度与土壤有机质含量、粘粒含量、水分含量以及土壤的化学组成密切相关。还表明.测试环境的差异,并不改变土壤的荧光光谱特征,仅影响它的相对荧光强度;不同的植被覆盖度会明显引起土壤荧光光谱的相应变化。这些结果展示出了激光荧光遥感技术应用于土壤类型和某些性状探测的可能性。应用红光波段是识别植被和土壤的最佳荧光波段。     

关于植被激光荧光遥感的若干基本问题

本文较系统地论述了应用激光荧光技术进行植被遥感的若干基本向题。其中包括原理、荧光探测的植物生理学基础、植物荧光光谱特征的意义及激光诱导荧光遥感方法的应用前景等。     

叶绿素a荧光遥感研究进展

继叶绿素a反演的“蓝绿比值法”后,叶绿素a荧光遥感成为海水叶绿素a浓度反演的重要方法,对提高二类水体和赤潮水体的叶绿素a浓度的反演精度效果明显。本文回顾了人们对水体叶绿素a荧光的认识、测量和研究的历史过程,介绍了荧光产生的生物学机理以及它随叶绿素a浓度的正相关和“红移现象”等主要光谱特征。本文还总结了荧光量子产量、不同藻种生理状态、水体其他物质及大气的吸收等多种因素对叶绿素a荧光遥感的影响。基于对叶绿素a荧光光谱特征和影响因素的认识,人们相继建立了两种荧光遥感方法———基线荧光高度法和归一化荧光高度法。对于前景广阔的叶绿素荧光遥感领域,人们正进行着更深入的研究与探索,积累更多的现场数据和卫星同步数据,逐步完善和改进反演模型。     

冠层光能利用率的叶绿素荧光光谱探测

设计了玉米生长期日变化试验,同步获取玉米冠层光谱和通量观测数据,探究从植被发射荧光光谱角度实现植被光能利用率可靠反演的可能性。运用涡度相关法获取群体生态系统净生产力(NEP),通过呼吸作用拟合得到冠层总初级生产力(GPP);在此基础上结合吸收光合有效辐射(APAR)获取冠层光能利用率(LUE);同时,利用叶绿素荧光光谱分离算法,提取了光合作用叶绿素荧光绝对强度和相对强度。结论表明,植被发射荧光光谱与光合有效辐射(PAR)显著正相关,760nm波段荧光与PAR的复相关系数R2在0.99以上;叶绿素荧光绝对强度与NEP和GPP显著正相关,荧光和NEP对环境日变化具有类似的响应特征;688nm和760nm植被发射的叶绿素荧光相对强度与LUEGPP存在可靠负相关关系,即叶绿素荧光强度越大,光能利用率越低。同时,通过比较几种植被指数与各种光合参量的相关性表明,叶绿素荧光能够更好的跟踪植被光合状态的变化,更适宜于植被光能利用率的探测。     

水面菲涅尔反射对~761 nm叶绿素荧光估算的影响

叶绿素荧光是光合作用的有效探针,可用于海洋浮游植物的监测与定量评估。太阳诱导叶绿素荧光覆盖可见光—近红外650—800 nm,在～685 nm与～740 nm表现出两个形态不同的荧光峰特征。基于～685 nm荧光峰的叶绿素浓度反演算法较为成熟,但在高悬浮物和高叶绿素浓度的水体中,算法的有效性不足。基于叶绿素荧光在氧气吸收谱段(O2-A)的填充作用,水体遥感反射率光谱～761 nm峰值中包含有太阳诱导叶绿素荧光信号,能用于水体叶绿素浓度的估算,但该反射峰形态特征还取决于传感器的光谱分辨率。本研究基于不同光谱分辨率的大气吸收谱线特征,模拟了水体遥感反射率光谱(750—775 nm)上太阳诱导叶绿素荧光的信号响应特征;分析了利用遥感反射率(～761 nm)计算叶绿素荧光的原理,阐明了不同光谱分辨率条件下水体叶绿素荧光信号在反射光谱上的形态变化规律。采用水面以上测量法获取的离水光谱辐亮度,包含了水面的菲涅尔反射信号,由于真实的菲涅尔系数难以准确测量,这给基于～761 nm处遥感反射率峰值的荧光信号估算带来不确定性影响。研究表明,假定菲涅尔系数为0时,虽然～761 nm叶绿素荧光信号与其浓度具有较好的线性统计关系,但却带来较大的不确定性;这种不确定的影响,在低浓度叶绿素水体中表现明显,在高浓度叶绿素水体中,影响相对较小;准确估算菲涅尔系数,有助于减少这种不确定性影响。对基于遥感反射率～761 nm叶绿素荧光信号的深入探讨,将能推动未来水体叶绿素荧光的识别与利用。     

FluorMOD模拟叶绿素荧光夫琅和费暗线反演算法不确定性分析

目前,利用夫琅和费暗线提取叶绿素荧光的3种最常用的算法有标准FLD方法、3FLD和i FLD方法。上述3种夫琅和费暗线算法在叶绿素荧光反演中得到了广泛应用,但各算法的不确定性研究相对薄弱,尚缺乏系统的分析。因此,本文的目标是阐明氧气吸收波段叶绿素荧光反演的不确定性,优化叶绿素荧光遥感探测指标,提高叶绿素荧光反演精度。利用Fluor MOD模型,模拟不同植被冠层参数、光谱分辨率SR、信噪比SNR条件下的冠层光谱,并比较分析这3种反演方法在不同参数条件下的不确定性。结果表明:3种方法在O2-A波段的反演精度均比在O2-B波段精度高,其中,i FLD和3FLD算法的反演精度相对较高,标准FLD的反演结果较差;随着SR的下降,3种算法的反演精度均有不同程度的下降,标准FLD算法的荧光提取精度受传感器SR的影响最大;随着SNR的增大,3种算法的反演精度有不同程度的升高,i FLD算法的荧光提取精度受信噪比的影响最大。由结果可以得出,3种反演算法在不同的参数条件下有其各自的局限性和优势;利用氧气吸收波段进行叶绿素荧光反演存在诸多不确定性,不确定性主要来源于吸收线内外反射率和荧光比值的真实值与估计值的偏差,叶绿素含量是影响这种偏差的一个主导因素;传感器性能对荧光提取结果也有显著的影响。     

不同施肥条件下玉米的荧光光谱特征及其在遥感中应用的可能性

在田间栽种玉米,并按氮、磷肥的不同施用量分为10种情况处理。在不同生长期进行了生长形态指标测量和活体叶片的荧光光谱与激光诱导荧光光谱测量,并测试了叶片浸出液的荧光光谱。结果表明,不同的施肥条件.不仅使玉米在长势上有所反映,而且还会引起光合作用效率和叶绿素含量等的变化,因而导致了玉米叶片荧光光谱的变化。利用440,550,685nm等处的荧光强度可探测玉米的养分供应状况,当利用它们的比值时,表征更为明显。这就为遥感监测玉米的长势和估产提供了新的途径和可靠依据。从玉米的需肥情况、农时、荧光光谱的差异性以及遥感的可行性来看,在拔节期是遥感监测的最佳时期。     

胶州湾海水黄色物质荧光分布初步研究

研究海水黄色物质，在实验室研究的基础上，于1999年9月1－2日，利用荧光测量法，现场测量了胶州湾黄色物质荧光相对强度，首次获得了我国海区黄色物质分布数据。胶州湾黄色物质荧光强度主要分布特征为：胶州湾黄色物质荧光强度高度区分布在沿岸，尤其在河口附近；湾口次之；湾中部区域再次之，湾口外侧最小；胶州湾黄色物质垂直分布不均匀。这种分布与胶州湾的自然环境密切相关，尤其与沿岸径流有关，因此，初步认定胶州湾黄色物质为陆源物质，由沿岸径流携带入海湾。     

不同养分供应状况对水稻荧光光谱特征的影响及其在遥感应用上的意义

在不同的养分供应状况下,对水稻在几个生育期的荧光光谱特征的研究表明:氮素供应的减少会引起水稻叶片荧光光谱中蓝绿波段峰的强度在有效分蘖期时降低,无效分蘖期始升高,并使红波段峰的强度和特征峰之间的强度比值(如440nm/550nm)在各生育期均有所降低;利用水稻叶片荧光光谱特征的变化监测其养分供应状况是可能的;监测波段以400—800nm为宜,监测时期应为分蘖盛期一孕穗期。     

激光荧光遥感系统在地物识别上的应用研究

应用我国自行研制组装的激光荧光遥感系统,测试了包括岩石、土壤、植物、水体以及人工建筑材料在内的各种样品的激光诱导荧光光谱。研究结果表明,应用地物荧光峰的位置、强度及它们的组合指标,不仅能区分上述各基本类型的地物,而且还能往下级单元续分。还表明,激光荧光遥感系统具有相当广泛的应用前景,在某些方面可望超过当前常用的、以反射光谱为基础的被动式遥感。     

长江下游湖泊水体中有色可溶性物质的生物光学模式

通过2001年7月至2002年12月对长江下游的太湖、巢湖、龙感湖水体中有色可溶性物质的光吸收及荧光特性的研究发现:在对S值进行测定时,所测得的S值为0·0046nm-1(SD=0·0015,n=284),与文献中的0·014nm-1相差较大,可能是由于高浓度的DOC受到激发后在蓝光波段释放较强荧光的缘故;荧光强度与水体中DOC含量之间的关系较难确定,DOC与350nm光吸收(a(350nm))之间呈现较强的线性关系,其相关值达到0·673(n=284);荧光强度与a(350nm)之间线性关系相对较弱,其相关值为0·497(n=214);从上面的结果可以看出,用荧光的方法直接测定DOC含量的可信度相对较低,而直接利用光吸收测定的可信度较高。