Inside‐out: Synergising leaf biochemical traits with stomatal‐regulated water fluxes to enhance transpiration modelling during abiotic stress

蒸腾作用 非生物成分 环境科学 非生物胁迫 光合作用 天蓬 叶面积指数 营养物 水分胁迫 高光谱成像 蒸散量 农学 大气科学 植物 生物 生态学 遥感 物理 地理 基因 生物化学
作者
Robert S. Caine,Muhammad Sarfraz Khan,Robert A. Brench,Heather Walker,Holly Croft
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:47 (9): 3494-3513 被引量:8
标识
DOI:10.1111/pce.14892
摘要

Abstract As the global climate continues to change, plants will increasingly experience abiotic stress(es). Stomata on leaf surfaces are the gatekeepers to plant interiors, regulating gaseous exchanges that are crucial for both photosynthesis and outward water release. To optimise future crop productivity, accurate modelling of how stomata govern plant–environment interactions will be crucial. Here, we synergise optical and thermal imaging data to improve modelled transpiration estimates during water and/or nutrient stress (where leaf N is reduced). By utilising hyperspectral data and partial least squares regression analysis of six plant traits and fluxes in wheat ( Triticum aestivum ), we develop a new spectral vegetation index; the Combined Nitrogen and Drought Index (CNDI), which can be used to detect both water stress and/or nitrogen deficiency. Upon full stomatal closure during drought, CNDI shows a strong relationship with leaf water content ( r 2 = 0.70), with confounding changes in leaf biochemistry. By incorporating CNDI transformed with a sigmoid function into thermal‐based transpiration modelling, we have increased the accuracy of modelling water fluxes during abiotic stress. These findings demonstrate the potential of using combined optical and thermal remote sensing‐based modelling approaches to dynamically model water fluxes to improve both agricultural water usage and yields.
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