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‘轮台白杏’叶片铜、锌元素浓度的光谱分析

铜（cu）和锌（zn）等养分决定了植物体内新陈代谢的一般特征，影响了它们的正常生长发育。因此，植物养分的营养状况是确定植物生长状态的重要手段。由于植物的营养状况变化会直接导致其光谱特征的变化,因而具有实时、快速、无损、准确度高等特点的光谱分析可为植物生长发育过程中微量元素的盈亏提供简便快捷的非破坏性监测方法。国内外学者对微量营养元素与植物光谱响应之间的关系进行了大量研究。有研究表明,微量元素浓度较高的大白菜(Brassicacampestris)在光谱维上表现出了与之较强的相关性;Fe、Mn营养元素的缺乏,会导致玉米(Zeamays)、小麦(Triticumaestivum)叶片光谱吸收率下降,反射率和透射率上升。对乔、灌木研究结果反映出不同树种叶片Cu、Zn元素浓度与光谱反射率的响应各不相同,如:落叶松(Larixgmelini)、白桦(Betulaplatyphylla)叶片Cu元素浓度与冠层光谱反射率之间存在着较强的相关性;而红富士苹果(Malusdomestica‘Redfuji’)叶片Cu、Zn元素浓度与光谱反射率Rλ的相关性较弱,但与一阶微分f′(Rλ)的相关性却很高。对兴安落叶松(Larixgmelinii)研究发现,微量元素在400~2500nm波长范围内均有响应,且Co元素浓度与560nm处光谱反射率存在较强的负相关关系,Zn元素浓度与不同波段中心波长的反射峰值有较好的相关性。利用光谱分析手段提取微量元素信息的方法,已成为植物营养物理监测与诊断的主要方法之一。

杏(ArmeniacavulgarisL.)是蔷薇科(Rosaceae)李亚科(Prunoideae)杏属(Armeniaca)植物中的一个重要果树树种。新疆作为世界杏重要的起源中心之一,种质资源十分丰富。‘轮台白杏’(A.vulgaris‘Luntaibaixing’)是原产于新疆南疆盆地轮台县境内古老的地方优良杏品种(新S-SV-PA-017-2009),栽培历史达1000多年,并已获准实施国家原产地域产品保护,为制干、鲜食和开口杏核加工兼用品种。长期以来由于缺乏对树体营养状况适时监测的技术手段,难以对杏园土壤养分进行有效管理,导致‘轮台白杏’树体养分亏缺或营养元素不平衡现象十分严重,因此研究快速、适时、非破坏性的树体营养估算方法对盛果期‘轮台白杏’树体营养状况的监测具有重要意义。我们旨在通过对‘轮台白杏’叶片Cu、Zn元素浓度与光谱反射率之间相关性的分析,筛选出光谱敏感指示波段并建立‘轮台白杏’叶片Cu、Zn元素浓度光谱估算模型,以期为‘轮台白杏’树体微量营养元素的快速监测与诊断提供技术方法。

1材料和方法

1.1试验地和试验材料自然概况

光谱测定仪器采用PPSystems公司生产的U-niSpec-SC(单通道)便携式光谱仪。该型号光谱仪自带光源,可在可见光/近红外310~1130nm波长范围内进行连续测量,光谱分辨率10nm,输出波段数为821(光谱仪最后将数据重采样成1nm)。

试验地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州轮台县哈尔巴克乡‘轮台白杏’生产园(地理坐标:41°26′13.64″N~41°50′26.33″N,84°04′15.03″E~84°23′40.66″E;海拔1050m)。生产园内‘轮台白杏’栽植株行距为3m×6m,东西行向栽植,树龄8a,与冬小麦间作,树形为开心形,并已进入盛果期。哈尔巴克乡地处天山南麓东端,塔里木盆地北缘,位于新疆巴音郭愣蒙古自治州轮台县城西2km,地势较平缓,属于暖温带大陆性干旱气候,光热资源极其丰富,全年以晴朗天气为主,年均气温为10.6℃,≥10℃的积温约4038.5℃,年均降水量52mm,年均蒸发量2072mm,年日照时数约2783h,年均太阳总辐射量约577.6kJ·cm-2,无霜期约188d。土壤属灌淤土和草盐土,土层厚度≥3m。

1.2方法

1.2.1叶片光谱测定

在哈尔巴克乡典型选取14个树体营养状况有明显差异的‘轮台白杏’生产园作为样园,每一样园内随机抽取15株‘轮台白杏’作为样株,平均每5株作为一个重复小区,每个小区内的5个样株为一个光谱数据测定和叶样采集单元。选择晴朗无风天气,在12:00—15:00(北京时间)太阳高度角变化较小的时间段进行‘轮台白杏’样株叶片光谱数据测定。光谱数据测定分别于2012年‘轮台白杏’果实4个生育时期的某一天进行,即:果实坐果期(5月2日)、果实硬核期(5月22日)、果实