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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

全球气候变暖是一种和自然有关的现象，其主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的co₂等多种温室气体，导致全球气候变暖。全球变暖引发全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等诸多问题，不仅危害自然生态系统的平衡，还威胁人类的生存，特别是影响人类的生产生活和社会的发展^[1]。温室气体主要包含二氧化碳co₂、甲烷ch₄、氧化亚氮n₂o和卤烃，其中以co₂为首要气体，从工业化时代以来，由于化石燃料的燃烧，全球co₂的浓度急剧上升，气候变暖加速。

农业是对气候变化反应最为敏感部门^[2]，co₂浓度升高又是气候变化的主要特征之一，且co₂作为作物的光合底物对作物的生长发育以及生理生化过程具有重要影响^[3]。而利用现代技术和智能设备，能够实时、迅速、准确、无损害的掌握如小麦、水稻等粮食作物的生长发育情况，对大气co₂浓度升高在农业领域的研究提供大量帮助。同时，小麦作为我国第三大粮食作物，其中又以冬小麦为主，约占我国小麦总产量的90%^[4]，在全球二氧化碳浓度升高的影响下我国冬小麦生长情况研究备受国内外高度关注。

植被在生长发育的不同阶段，从其内部成分到外部形态特征均会发生一系列以季节为周期的变化，同时，植物季相节律从植物细胞的微观结构到植物群体的宏观结构均会有所反映，致使植物单体或群体的物理光学特征也发生周期性变化，因此可通过多光谱遥感信息获得植物及其变化的信息，直接监测植被长势、生物量等多方面的状况。由于涉及到粮食安全、农田生态系统对气候变化的影响等，小麦的光谱特征研究一直是植物光谱研究的重点^[5]。当前大多研究表明：co₂浓度升高会使农作物产量和生物量都增加^[6,7]。冬小麦的农学参数和光谱特征随着植株的生长发育推进而发生变化，在co₂浓度升高的条件下，冬小麦冠层光谱反射率特征也会发生变化，其中绿光波段和红光波段与近红外波段的交界处对冬小麦冠层光谱反射率的变化比较敏感^[8]。

2. 研究的基本内容

本研究基于农田co₂浓度升高自动调控平台，采取开顶式气室，以背景大气co₂浓度为对照，开展不同co₂浓度升高水平的麦田控制性试验。内容如下：

1.冬小麦在同一co₂浓度水平处理下不同生育期冠层光谱特征的变化规律分析

2.冬小麦在同一co₂浓度水平处理下不同生育期冠层光谱红边特征的变化规律分析

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一、实施方案：

1.试验设计：

试验田位于南京信息工程大学农业气象与生态试验站(3212’N ,11242’E)。试验系统由12个开顶式气室（OTC）和一套自动控制系统构成，实现了OTC 内不同CO₂ 浓度升高的实时自动调控。

OTC共有12个，为正八边形棱柱体（对边直径3.75 m，高3 m，底面积10m²），铝合金框架，安装高透光性的普通玻璃，顶部开口向内斜45^o。每个OTC内配置CO₂传感器和温湿度自动监测记录仪。

CO₂浓度升高水平的设置为：以背景大气为对照(CK)、CO2浓度渐增(T1)和骤增(T2)，CK为背景大气CO2浓度，T1为背景大气CO2浓度 80ppm，T2为背景大气CO2浓度 200 ppm（下同），其中每个CO2浓度水平均设置4个重复，即在每个生长季共有12个OTC。OTC内CO2浓度增加时段为冬小麦返青期至成熟期，试验数据来自OTC内的试验区作物，并且试验区又分两个均等小区，进行冬小麦生育期测量，数据统计也以此为单位。

冬小麦品种为扬麦22号。冬小麦生育期内，肥水管理措施同当地常规方式。

2.测定项目和方法：

冠层光谱反射率选用ASD Fieldspec 3 光谱仪测量，一般在天气晴朗、无风状况下或者风速较小时进行，测定时间为北京时间 10：00—14：00，测定时将光谱仪垂直放置于目标物正上方15cm处进行垂直测定，重复10次取其平均值，各监测点在测量前进行标准白板校正（标准白板反射率为1，所得目标物光谱为无量纲的相对反射率）。

3.光谱数据处理与分析：

田间测量的冬小麦冠层光谱率数据，利用 View Spec软件进行预处理后，分析其在绿光波段区域的变化情况和红光波段区域的变化情况，确定光谱曲线；再根据其一阶导数数据进行冬小麦冠层光谱红边特征参数的分析，确定冬小麦冠层光谱红边特征参数曲线，最终揭示不同CO₂浓度增加水平处理下冬小麦的冠层光谱反射率曲线特征和冠层光谱红边曲线特征。

二、进度安排：

三、预期效果：

按照自己的实验安排，及时完成相对应的野外观测试验，并分析处理数据，对实验结果做出系统完整的分析，完成本科毕业论文的撰写。

4. 参考文献

[1]谢璿.气候变化十年内或破坏全球生态系统[j].前沿科学,2013,7(04):94-95.

[2]钱凤魁,王文涛,刘燕华.农业领域应对气候变化的适应措施与对策[j].中国人口资源与环境,2014,24(05):19-24.

[3]姜帅,居辉,刘勤.co₂浓度升高对作物生理影响研究进展[j].中国农学通报,2013,29(18):11-15.