不同氮素水平下CO2浓度升高与温度升高对粳稻高光谱特性及叶绿素含量反演的影响研究

《European Journal of Agronomy》：Hyperspectral characteristics and chlorophyll content inversion of Japonica rice under elevated CO 2 and temperature with different nitrogen levels

本文系统研究CO2浓度升高（EC）与温度升高（ET）及氮肥施用量（N15、N18、N21）对水稻叶绿素含量（SPAD）与高光谱特性的交互影响，揭示氮素管理在气候变化下的生理调控机制，为高光谱遥感监测提供理论依据。

　　

Highlight

Experiment site

本研究于2022–2023年水稻生长季在南京信息工程大学农业气象与生态试验站（118.71°E, 32.21°N）开展。该站点属亚热带季风气候，年降水量1100 mm，年均温15.6℃。土壤为淹水型水稻土，pH值为6.3（水相）。

Effects of elevated CO₂ and temperature on SPAD at varying nitrogen levels

氮肥施用显著影响SPAD值，N₁₈和N₂₁处理提升效果最显著。2022年，在拔节-孕穗和抽穗-灌浆期，N₁₈与N₂₁处理下SPAD值增加6–8%；2023年，整个生育期内N₁₈和N₂₁分别带来8–12%和6–13%的提升。

EC普遍提高SPAD值，尤其在施高氮条件下效果更显著，但其幅度因生长阶段和年份而异。ET则普遍降低SPAD值，尤其在2023年乳熟期N₁₅处理下降幅达11%。值得注意的是，ECT（CO₂与温度共同升高）处理下，温度胁迫部分抵消了CO₂的增益效应。例如在N₁₈水平下，拔节-孕穗期SPAD增益被抵消84%，抽穗-灌浆期抵消56%。

Response of SPAD values in rice leaves

叶绿素含量是植物光合能力和抗逆性的关键指标。本研究表明，氮肥对SPAD值的影响大于CO₂和温度处理，尤其在拔节-孕穗期——该阶段是叶绿素快速合成的关键期。随着施氮量增加，SPAD值显著上升，EC处理下该趋势更为明显。Kim等学者的研究也支持这一结论。

Conclusions

本研究揭示了EC、ET和氮肥对水稻叶绿素含量与冠层光谱特性的交互影响。氮肥促进叶绿素合成，中氮水平（N₁₈）效果最优；EC提升叶绿素含量，而ET则降低叶绿素水平，抑制CO₂的积极作用。在N₁₈水平下，ET可在拔节-孕穗期抵消84%的CO₂增益效应，乳熟期抵消56%。