中文摘要：

估算陆地生态系统的光合作用是估算作物生产力和产量的基础，对研究全球气候变化及其影响和碳收支等重大环境问题具有重要意义。已建的光合作用估算模型对光能利用率（LUE）的处理过于粗糙，致使GPP和NPP可能被严重偏估。光化学反射植被指数( PRI )对波长的选择基于PRI-LUE关系的生理机制，在直接估算实际LUE方面极具潜力。但PRI不仅与叶黄素脱环氧化等生化生理因素有关，还与叶面积指数等植被生态生理因素有关，亦与光照和观测角等方向因素有关，这些都会对PRI-LUE关系产生较大影响。本项目拟通过塔基自动遥感平台多角度采集作物冠层高光谱遥感数据，并利用涡度相关系统同步观测作物LUE。以分类区分生理因素和方向因素对PRI的影响，再采用核驱动BRDF模型订正方向因素对PRI的影响，以期提升PRI-LUE关系的稳定性，寻求一种基于PRI估算LUE的更可靠方法，为使用卫星进行大尺度的LUE研究夯实基础。

结论摘要：

估算陆地生态系统的光合作用是估算作物生产力和产量的基础，对研究全球气候变化及其影响和碳收支等重大环境问题具有重要意义。已建的光合作用估算模型对光能利用率（LUE）的处理过于粗糙，致使GPP和NPP可能被严重偏估。光化学反射植被指数( PRI )对波长的选择基于PRI-LUE关系的生理机制，在直接估算实际LUE方面极具潜力。但PRI不仅与叶黄素脱环氧化等生化生理因素有关，还与叶面积指数等植被生态生理因素有关，亦与光照和观测角等方向因素有关，这些都会对PRI-LUE关系产生较大影响。本项目立足于当前学科发展和科研实践的急切需求，围绕光能利用率和光化学反射植被指数的关系展开研究，主要研究内容包括（1）设计和实施田间试验，在不同氮处理条件、不同生育期冬小麦进行LUE和PRI的相关观测，研究作物内部组分对LUE、PRI及其关系的影响；（2）进行水稻田间试验，开展有关生理、生态因素的测定，进行不同太阳照射角、不同观测角度条件下水稻冠层反射数据的高光谱观测；（3）依据水稻田间试验数据，采用PROSAIL 模型对有关参数进行敏感性研究，对比PROSAIL 模型模拟结果与实际观测数据并进行分析；（4）进行水稻的LUE和PRI相关计算，分析LUE与多角度观测的PRI之间的相关关系，探究影响二者关系稳定的因素。研究得到以下主要结论（1）处于两个不同生育期的冬小麦在三种氮处理条件下，随吸收氮量的增加和吸收时间的增加LUE和PRI的值都有显著增加；吸收的氮量更多，二者相关性更大。（2）叶面积指数对近红外波段和短波红外波段冠层光谱反射率都有着影响；干物质的量对近红外波段和中红外波段光谱反射率有明显的影响；等效水厚度则是对短波红外区域波段有显著的影响；叶绿素含量对可见光波段的光谱产生显著的影响；观测天顶角的变化则会对全波段范围内冠层光谱产生影响。（3）在主平面表现出后向反射率大于前向反射率，后向的PRI值大于前向PRI值的结果。光合作用存在明显的“午休”现象，且PRI和LUE相关性，随着观测角度的变化而变化。（4）在光合作用的外部条件和内部环境不受影响的情况下（即天气状况稳定，天顶角变化不到时），PROSAIL 模型在主平面前向散射方向的中等角度与后向散射方向的小角度可以较好模拟低植被覆盖条件下的植被的反射光谱。