秋天叶子变黄变红,是因为叶绿素合成变少;而叶黄素、花青素等辅助色素显现出来。
叶片色素和叶片生理机能有着诸多联系:
叶绿素吸收光能,输送能量至光合结构;
类胡罗卜素也可为光合作用提供能量;
叶片色素可以指示叶片生理机能状况以及健康状态:
当叶片衰老时,叶绿素减少的速度大于叶黄素。
新叶中花青素含量较高,因此新叶中光合速率偏低。
同时,若叶片生长受到低温胁迫,或者部分叶片衰老过程中,花青素含量通常也是偏高的。
叶片结构差异通常有:叶片厚度、叶片密度、空气-水界面数、叶表层厚度、短柔毛、叶毛、表面蜡。
光利用率指数是用来度量植被在光合作用中对入射光的利用效率。
光的利用效率直接与碳吸收效率、植被生长速度和光合有效辐射(fAPAR)有很大的关系。
叶片中的叶绿素在红光和蓝光波段存在吸收峰,而类胡罗卜素在蓝波段也存在吸收峰;故常采用红波段(红光波段吸收峰区间在660nm-680nm)来指示叶片中的叶绿素浓度。
叶绿素(\(Chlorophylla\),\(Chlorophyllb\),\(Chlorophylla/b\))
①叶绿素a(\(Chlorophylla\))主要吸收红光,叶绿素b(\(Chlorophyllb\))主要吸收蓝紫光。
②叶绿素a呈蓝绿色,叶绿素b呈黄绿色。
③大多数植物体中叶绿素a的含量比叶绿素b的含量多2~3倍。
叶绿素a/b与红边的关系—叶绿素a吸收峰对应的波长比叶绿素b长20nm左右,所以一植物,叶绿素a多的话,红边会往长波方向移。
叶绿素荧光与红边的关系—叶绿素荧光在690nm处达到最大值。
叶绿体的自发荧光是因为,叶绿体中的叶绿素分子吸收光子的能量没有完全被利用。
叶绿素吸收的光能,用作:①光合作用(photosynthesis)②叶绿素的自发荧光(Chlorophyllfluorescence)③热能(Nonphotochemicalquenching)
光合作用利用的能量,只是叶绿素吸收光能的一部分。光合作用的能量是被顺利转化到受体的能量,而未被顺利转化的部分,就成为自发荧光和热能。
由于叶绿素b对蓝紫光的吸收力大于叶绿素a,所以阴生植物能很好地利用荫蔽条件下占优势的漫射光(蓝紫光),阳生植物则相反。因此,阳生植物的叶绿素a/b值(\(Chlorophylla/b\))较高,而阴生植物叶绿素a/b值较低。
这个说法不严谨,是个人之言...
光合午休(midday"photosyntheticdepressions"):在一定范围内,光合作用随着光照强度的增强而增强。但在夏季光照最强的中午,由于气孔的关闭,使植物体内获得的CO2减少,影响了暗反应过程中CO2的固定,光合作用减弱。
数值范围从-1到1,绿色植被该范围通常为-0.2到0.2。
该指数可用于,监测单一发育良好植被的日光合调节情况。当植物冠层结构发生昼夜变化时,该指数不能很好地反映光合利用情况。
类胡萝卜素色素可以指示,光合作用过程中,光的利用效率(LightUseEfficiency),即树叶每单位吸收能量吸收二氧化碳的速率。因此,它可应用于植被生产力的研究。
SIPI取值范围0到2,健康植被的取值范围为0.8到1.8。
#SIPI(StructureInsensitivePigmentIndex)defgetSIPI(image):#ComputetheSIPIusinganexpression.SIPI=image.expression('((NIR-BLUE)/(NIR-RED))',{'NIR':image.select('B8'),'BLUE':image.select('B2'),'RED':image.select('B4')}).rename("SIPI")image=image.addBands(SIPI)return(image)类胡萝卜素反射指数(\(CRI1\),\(CRI2\)),花青素反射指数(\(ARI1\),\(ARI2\))
数值范围从0.1到大于8,绿色植被的取值范围通常为0.7到3。可应用于:植物生长周期(物候学)研究、冠层胁迫检测、作物产量预测。
但是,叶绿素a强吸收波段,应当为红谷位置,而非简单的670nm,且550及700nm处,也不是叶绿素的最强反射波段,实际上还要受到其他很多因素的影响。
绿色叶绿素指数\(GCI\)可以反映植物的叶绿素含量,公式:
该指数可被用来估计各种植物的叶绿素含量。叶绿素含量可反映植被的生理状态,可作为植物健康的衡量标准。
#GCI(GreenChlorophyllIndex)defgetGCI(image):#ComputetheGCIusinganexpression.GCI=image.expression('(((NIR)/(GREEN))-1)',{'NIR':image.select('B8'),'GREEN':image.select('B3')}).rename("GCI")image=image.addBands(GCI)return(image)Red-EdgeChlorophyllIndex(CIred-EdgeOrRCI)
参考资料:
[4]Semi-EmpiricalIndicestoAssessCarotenoids/Chlorophyll-aRatiofromLeafSpectralReflectance.