水稻叶片色素含量在水稻的生长与发育中起着重要作用。准确、快速地评估叶片色素含量，对于监测水稻生长状况具有重要意义。本研究采用FieldSpec 4高光谱仪，测量了4个水稻品种在不同生长阶段、不同氮施用量下的叶片反射光谱，并同步测定了叶片色素含量。基于光谱传输的物理过程，计算了叶片的吸收光谱。研究考察了不同水稻品种之间色素组成的变化，并深入分析了叶片反射光谱与吸收光谱之间的相互关系及其差异。基于前人提出的植被指数反演色素含量的方法，本研究用吸收光谱替代原始反射光谱数据，从而优化植被指数。结果表明，不同水稻品种的叶绿素和类胡萝卜素含量在整个生长周期内呈规律性变化，且不同品种叶片的吸收光谱比反射光谱表现出更明显的差异。通过用优化植被指数的吸收率替代色素吸收敏感波段（400 nm、550 nm、680 nm及红边波段）的反射率，结合吸收率与反射率的植被指数与4个水稻品种在整个生长周期中的叶绿素和类胡萝卜素含量的相关性得到了显著提高。模型验证结果表明，基于吸收光谱优化植被指数的色素反演模型优于传统基于植被指数的色素反演模型。本研究结果展示了吸收光谱在作物表型定量反演中的潜在应用价值。

图1 田间实验区及其在湖北武汉的位置示意图。左图为湖北省武汉市的位置地图，右图为田间实验的布局示意图。

图2 (a) ASD主机和叶片夹具，用于叶片光谱测定；(b) 光谱测量过程中光与叶片相互作用的示意图；(c) 叶片表皮细胞对光的聚集效应示意图。

图3 在施氮量为1 N的条件下，移栽后第101天四个水稻品种的吸收光谱和反射光谱（其中，ref表示反射光谱，abs表示吸收光谱）。

图4 四个水稻品种在整个生长周期中叶片叶绿素含量的变化趋势（四个水稻品种：Chang jing you 582（红色）、Feng liang you 4（蓝色）、Luo you 9348（绿色）、Zhong hua 11（紫色））。DAT表示移栽后天数；单位：天。Cab表示叶绿素a和叶绿素b的总含量；单位：mg/cm²。

图5 四个水稻品种在整个生长周期中叶片类胡萝卜素含量的变化趋势（四个水稻品种：Chang jing you 582（红色）、Feng liang you 4（蓝色）、Luo you 9348（绿色）、Zhong hua 11（紫色））。DAT表示移栽后天数；单位：天。Car表示类胡萝卜素的含量；单位：mg/cm²。

图6 四个水稻品种叶片中色素含量与植被指数（VIs）之间的相关性：（a）叶绿素a和叶绿素b的总含量与植被指数的相关性；（b）类胡萝卜素含量与植被指数的相关性。图中显示了四个水稻品种色素含量与各个植被指数之间相关性的决定系数。对于Feng liang you 4品种，700abs/490ref与叶绿素含量的相关性最高，CRI 515ref − 550abs × 770ref与类胡萝卜素含量的相关性最高。对于长井优582品种，700abs/490ref与叶绿素含量的相关性最高，550abs/550ref与类胡萝卜素含量的相关性最高。对于Luo you 9348品种，LCIabs与叶绿素含量的相关性最高，CRI 515ref − 550abs × 770ref与类胡萝卜素含量的相关性最高。对于Zhong hua 11品种，LCIref与叶绿素含量的相关性最高，550abs/550ref与类胡萝卜素含量的相关性最高。

图7 选择的植被指数、色素含量与模型验证准确度的相关性散点图。Feng liang you 4品种：(a) 叶绿素含量与700abs/490ref的相关性图；(b) 叶绿素含量反演模型的验证结果；(c) 类胡萝卜素含量与CRI515ref − 550abs × 770ref的相关性图；(d) 类胡萝卜素含量反演模型的验证结果。

长井优582品种：(e) 叶绿素含量与700abs/490ref的相关性图(f) 叶绿素含量反演模型的验证结果；(g) 类胡萝卜素含量与550abs/550ref的相关性图；(h) 类胡萝卜素含量反演模型的验证结果。Luo you 9348品种：(i) 叶绿素含量与LCIabs的相关性图；(j) 叶绿素含量反演模型的验证结果；(k) 类胡萝卜素含量与CRI515ref − 550abs × 770abs的相关性图；(l) 类胡萝卜素含量反演模型的验证结果。Zhong hua 11品种：(m) 叶绿素含量与LCIref的相关性图；(n) 叶绿素含量反演模型的验证结果；(o) 类胡萝卜素含量与550abs/550ref的相关性图；(p) 类胡萝卜素含量反演模型的验证结果。

图8 基于传统反射光谱植被指数的色素含量反演模型准确性验证。Feng liang you 4品种：(a) 叶绿素含量反演模型的准确性验证；(b) 类胡萝卜素含量反演模型的准确性验证。Chang jing you 582品种：(c) 叶绿素含量反演模型的准确性验证；(d) 类胡萝卜素含量反演模型的准确性验证。Luo you 9348品种：(e) 叶绿素含量反演模型的准确性验证；(f) 类胡萝卜素含量反演模型的准确性验证。中华11品种：(g) 叶绿素含量反演模型的准确性验证；(h) 类胡萝卜素含量反演模型的准确性验证。

图9 Zhonghua 11品种在1 N条件下的时间序列反射光谱和吸收光谱（数字表示移栽后天数，ref表示反射光谱，abs表示吸收光谱）。