不同玉米品种叶片SPAD值估测模型的构建及其差异性研究

【目的】探究玉米叶片SPAD值与其高光谱特征之间的品种差异,构建不同玉米品种叶片SPAD值估测模型,并对模型应用范围进行验证。【方法】通过大田试验,测定多个玉米品种叶片的SPAD值及其高光谱数据,利用相关分析及逐步回归分析等方法,构建和筛选玉米叶片SPAD值与相关光谱参数的回归模型,并利用偏差率对模型精度进行检验。【结果】不同玉米品种叶片的SPAD值与其高光谱反射率及一阶导数的相关波段存在差异,但品种间差异较小,关系最密切的波段均处于560和700nm附近。对不同玉米品种的光谱反射率一阶导数进行比较时,出现"红移"现象,"红移"规律与各品种叶片SPAD值大小表现一致;叶片SPAD值与光谱反射率一阶导数的显著相关波段在510,615,690和740nm附近。在构建估测模型时,以单波段光谱参数构建的模型估测效果较组合波段构建的模型好,且模型类型为多元方程和指数方程。以单一玉米品种叶片光谱参数建立的模型可以对其他玉米品种叶片的SPAD值进行估测,但估测精度在不同品种间存在差异。【结论】以高光谱560nm附近波段反射率建立的模型精度最高,对不同品种的玉米叶片SPAD预测值偏差率普遍小于5.00%。     

利用高光谱技术估测小麦叶片氮量和土壤供氮水平

有效的监测作物氮素营养水平及土壤供氮能力可以为合理施用氮肥提供重要依据。本文以2 年3 点不同氮素水平下不同小麦品种的田间试验数据为基础,运用植被指数和偏最小二乘回归法,比较和分析小麦冠层光谱与叶片氮含量及土壤氮含量的关系。结果表明：小麦冠层光谱与叶片氮含量的相关性分析在可见光波段存在显著负相关,在近红外波段呈显著正相关,而与土壤氮含量的相关性呈相反趋势。基于光谱参数ND705 和GNDVI所建叶片氮含量估算模型的决定系数分别达到0.827 和0.826。基于光谱参数VOG2 所建土壤氮含量估算模型的决定系数达到0.646;与植被指数所建模型相比,综合350~1350 nm光谱波段反射率分别与小麦叶片氮含量、土壤氮含量建立偏最小二乘回归模型的预测精 度均有所提高,决定系数分别达到0.842 和0.654。本研究结果可为小麦氮素营养及土壤供氮水平的诊断监测与合理施肥管理提供了理论依据和技术支持。     

不同氮营养水平与夏玉米光谱特性关系初报

【目的】揭示关中地区夏玉米叶面光谱特性与施氮量间的相关性,探索不同施氮水平下夏玉米叶片含氮量与叶绿素等生化指标及其光谱反射率特征。【方法】在田间设置不同施氮水平(纯氮施用量分为0,120和240kg/hm2)的试验小区,分别于喇叭期、抽穗期、吐丝期和乳熟期,采用FieldSpec光谱仪于室内标准光源下测定夏玉米叶片的光谱反射率,采用H2SO4-H2O2消煮,连续流动注射分析仪测定叶片氮含量,采用叶绿素仪测定穗位叶片的叶绿素含量,并对所得数据进行相关性分析。【结果】夏玉米叶片含氮量与叶绿素含量之间呈显著相关性,作物施氮水平对叶片的叶绿素含量及含氮量有直接影响;不同施氮水平下夏玉米叶面的反射波谱曲线趋势大致相同,均明显在绿波段(550 nm左右)有1个反射峰,在近红外波段(760~1 070 nm)有1个较高的反射率平台,在近红外波段(760~1 070 nm)处的反射率随氮肥用量的增加而提高,在可见光波段(400~760 nm)处的反射率则正好相反;在可见光波段,不同生长期玉米的叶面光谱反射率表现为乳熟期>抽雄期>喇叭口期>吐丝期,而在近红外波段其光谱反射率表现为乳熟期>喇叭口期>抽雄期>吐丝期;在可见光(400~760 nm)波段处,夏玉米不同生育期叶片的反射率与叶片含氮量及叶绿素含量呈负相关,而在近红外(760~1070 nm)波段处,除抽雄期外,其余生育期叶片的反射率与叶片含氮量及叶绿素含量均呈正相关,且相关性较为显著;高光谱遥感监测显示,关中地区夏玉米氮素营养水平的敏感时期分别是喇叭口期、吐丝期及乳熟期,敏感波段为可见光波段的500~720 nm和近红外区的760~1 070 nm。【结论】夏玉米的氮营养水平与叶面光谱反射率存在显著的相关性,利用高光谱遥感数据监测关中地区夏玉米的营养状况是可行的。     

棉花黄萎病叶片氮素含量与高光谱数据相关性分析

[目的]探讨棉花黄萎病叶片全氮含量(LTNC)与高光谱数据间相关性,为遥感监测黄萎病冠层全氮含量提供理论依据.[方法]在棉花黄萎病发生的不同时期,获取黄萎病叶片光谱及氮素含量数据,对其光谱反射率进行一阶微分处理和光谱特征参数提取,并与氮素含量进行相关分析.[结果](1)棉花黄萎病LTNC与反射光谱在404～728 nm,880 ～2 500 nm呈极显著负相关(平均r=-0.71,-0.68),748 ～ 768 nm呈极显著正相关(平均r=0.31),且在694、758、2 247 nm处的相关系数最大,|r(=0.87,0.32,0.73;(2)黄萎病LTNC与一阶微分光谱在700 ～753 nm处呈极显著正相关(平均r=0.89),在452 ～ 632 nm处呈极显著负相关(平均r=-0.64),与单波段554 nm处相关系最大(|r(=0.90);(3)黄萎病LINC与24个光谱特征参数均达极显著相关,组合波段参数相关性最好,植被指数和吸收参数的相关性较好,单波段相关性一般,与PVI[FD554,FD731]的相关性最好,r值最大,为0.91;与PPR[550,450]的相关性最差,|r(仅为0.48.[结论]黄萎病棉叶LTNC与高光谱数据间有高的相关性,可利用高光谱数据对黄萎病LTNC进行遥感监测.     

水稻叶片高光谱响应特征及氮素估算

将高光谱遥感技术应用于高纬度高海拔宁夏回族自治区,探讨水稻氮素快速无损的监测方法,为科学合理地施肥提供依据。对3个不同施氮水平、5个生育期水稻叶片反射光谱的响应特征及叶片叶绿素相对含量(SPAD值)进行对比分析,将光谱及SPAD值与氮素含量进行相关分析,筛选诊断氮素含量的特征光谱并构建氮素估算模型。结果表明,随着生育期的推进,叶片光谱反射率在可见光范围内呈增加趋势,该变化特征与SPAD值变化规律基本一致,近红外区光谱反射率呈先增加后降低的规律;随氮素含量增加可见光反射率降低,近红外反射率增加,SPAD值与氮素含量呈正相关(r=0.766);各波段对氮素的光谱响应程度不同,可见光波段更敏感,原始光谱612 nm和一阶微分666 nm为特征波长;叶片氮素估算最优模型为y=9.155x1-0.111x2+0.050x3+2.102(x1、x2、x3分别为R612 nm、R666 nm、SPAD值)。     

基于叶片反射光谱和叶绿素荧光估测水稻叶片含水量

水稻冠层叶片含水量(leaf water content, LWC)快速无损监测对指导稻田精准灌溉和提高水稻水分利用效率具有重要意义。试验设置3个不同水分处理(传统淹灌、轻度干湿交替-15 kPa、重度干湿交替-30 kPa),于水分敏感期(抽穗-灌浆期)动态监测顶1叶(L₁)、顶2叶(L₂)和顶3叶(L₃)的光谱数据和叶绿素荧光参数,通过全光谱波段筛选出水分敏感波段,建立新型植被指数,结合叶绿素荧光参数,以期建立基于叶位组合的水稻冠层LWC精准监测模型。结果表明：水稻叶片水分敏感波段在近红外波段(1 000～1 400 nm),所构建新型植被指数NDSII₍(1114,1387))较传统植被指数能更好地监测LWC;通过筛选与LWC有高相关性的荧光参数,基于实际光量子产量Y(Ⅱ)和植被指数NDSII₍(1114,1387))的耦合监测模型较单一植被指数NDSII₍(1114,1387))模型精度提高71.807%～83.976%。与单叶相比,L_2...     

基于支持向量机的棉花冠层叶片叶绿素含量高光谱遥感估算

【目的】建立并研究棉花冠层叶片叶绿素含量的高光谱估算模型,探讨合适的建模方法,以提高棉花叶绿素含量的高光谱遥感估算精度。【方法】以2016年种植的渭北旱塬区棉花鲁棉研28号为试验对象,用SPAD-502型手持式叶绿素仪和HR-1024i便携式地物光谱仪,分别测定棉花不同生育期冠层叶片SPAD值和对应的光谱反射率,分析SPAD值与光谱反射率的相关性。选取8个光谱参数,分析SPAD值与这8个光谱参数的相关性,并采用单因素回归、多元逐步回归和支持向量机(SVM)回归方法,构建棉花冠层叶片叶绿素含量的高光谱估算模型,比较各模型的决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)以及相对误差(RE),评价模型的精度。【结果】(1)棉花冠层叶片光谱反射率在400～700nm波段随叶片SPAD值升高而降低,在700～1 000nm波段表现为SPAD值越高,叶片光谱反射率越高;(2)在530～570nm和680～730nm处叶绿素含量与光谱反射率呈极显著负相关(99.99%置信区间,n=144);(3)所选用的8个光谱参数与叶绿素含量均达到极显著相关,相关系数最高为0.686;(4)SVM回归模型验证R2达到了0.884,RMSE和RE最低,分别为2.186和3.419,比单因素回归模型中预测精度最高的SPAD-RVI1的RMSE和RE分别降低46.4%和46.3%,较多元逐步回归模型SPAD-MSR的RMSE和RE分别降低33.4%和32.1%,明显提高了棉花叶绿素含量的估算效果。采用8个光谱参数构建的SPAD-SVM8模型RMSE和RE比采用4个光谱参数构建的SPAD-SVM8模型分别降低了19.2%和23.5%。【结论】支持向量机(SVM)回归方法可以作为棉花冠层叶片叶绿素含量高光谱遥感估算的优选方法,且采用较多光谱参数构建的SVM模型估算精度更高。     

基于高光谱遥感的棉花叶片叶绿素含量估算

为提高高光谱植被指数对棉花叶绿素含量的估算精度,以陕西省关中地区棉花花铃期叶片高光谱反射率为数据源,分析了13种植被指数与棉花叶片叶绿素相对含量(SPAD)的相关关系;同时采用降精细采样法,详细分析400~2 000nm波段范围内原始光谱反射率的任意两两波段组合而成的优化光谱指数RSI与SPAD值的定量关系,构建线性及非线性回归监测模型,并对模型进行验证。结果表明:1)所提取的13种植被指数中NIR/NIR与SPAD值的相关系数最大(r=0.914),并且基于NIR/NIR(R780/R740)构建的回归方程模型优于其他植被指数,其构建的二次曲线方程回归模型建模与验模R2分别为0.900和0.785,RMSE为4.762,RE为7.86%,为基于提取的12种植被指数构建SPAD值估算模型中最佳模型;2)优化后的比值光谱指数RSI(Ration spectral index)的敏感波段为500和563nm,RSI(500,563)与SPAD值的相关系数r=0.999,与棉花叶片SPAD含量在0.01水平下呈显著相关,其构建的二次曲线方程模型效果最优,建模和验模R2分别为0.912和1.000,RMSE为2.848,RE为4.38%。与提取的13种植被指数相比,基于RSI指数二次曲线回归模型为估算叶绿素含量的最佳模型,并且模型预测值和实测值之间的符合度较高R2=0.843,表明基于波段优化算法的优化光谱指数RSI能更好的预测棉花叶片叶绿素含量。     

苹果叶片高光谱特性与叶绿素含量和SPAD值的关系

以礼富一号和嘎啦苹果为材料,分别测量了叶片的光谱反射率、SPAD值和叶绿素含量,分析了叶片的SPAD值和叶绿素含量与微分光谱之间的相关性。结果表明,苹果叶片的叶绿素含量与SPAD值呈线性相关,品种间的SPAD值和光谱反射率都存在差异。苹果叶片叶绿素含量的敏感波段位于694 nm。基于敏感波段的微分数值,建立了一阶微分光谱值与苹果叶片SPAD值和叶绿素含量的回归模型,确定系数分别达到0.781 8和0.589 9,为利用高光谱遥感技术反映苹果生长状况的叶绿素信息提供了依据。     

棉花冠层反射光谱与叶片氮含量定量关系研究

对可见光波段至短波红外波段(350～2 500 nm)棉花田间冠层光谱反射率与叶片含氮量间的关系进行了相关分析.结果表明,350～732、733～940和1 970～2 477 nm波段的光谱反射率与叶片含氮量极显著相关;940～1 176 nm波段的光谱反射率与叶片含氮量显著相关,以上波段为叶片全氮敏感波段.通过分析叶片含氮量与高光谱特征参数关系,得出吸收谷特征参数Depth1154和PRI(570,530 nm)可以用来预测盛花期叶片含氮量,其中Depth1154的复相关系数最高达到0.747 3,为运用遥感技术大面积、迅速、无破坏地来预测棉花生长状况以提供可能.     

水稻细条病和白叶枯病的化学防治试验

鉴于水稻细条病和白叶枯病的病原菌不同致病变种,为减少用药的盲目性,收集国内外５种农药,分别对基进行防治试验。平皿抑菌试验结果,４０％多丰农和９０％乙霜青对水稻细条病和白叶枯病病原菌产生抑菌作用,抑菌环宽度分别１０ｍｍ和３ｍｍ。３ａ室内盆栽测定结果,多丰农对细条病和白叶枯病平均药效分别为６６．１９％和６６．２９％;乙霜青防治细条病效果为５７．７２－６３．８５％,高一吉青双防效（４１．１４－５４．３４     

小白菜不同叶期及不同叶位硫苷的质量摩尔浓度

硫代葡萄糖苷简称硫苷,是一种重要的植物次生代谢产物,具有多种生物学活性,与人类的生活密切相关。为研究小白菜Brassica rapa ssp. chinensis不同叶期、不同叶位硫苷质量摩尔浓度的变化,以小白菜品种‘黑油冬’‘Heiyoudong’为试材,利用固相萃取仪和高效液相色谱仪对四叶期、八叶期、十二叶期及八叶期不同叶位的硫苷质量摩尔浓度进行检测。结果表明:小白菜八叶期的总硫苷质量摩尔浓度明显高于四叶期和十二叶期,脂肪族硫苷质量摩尔浓度随叶期升高呈下降趋势,吲哚族、芳香族硫苷变化趋势与总硫苷变化趋势一致;小白菜八叶期内叶位总硫苷质量摩尔浓度高于外叶位,菜心部位硫苷质量摩尔浓度最高,为4.35 μmol·g-1,其中脂肪族硫苷质量摩尔浓度高达2.55 μmol·g-1,吲哚族硫苷质量摩尔浓度高达1.60 μmol·g-1,芳香族硫苷质量摩尔浓度相对较低;此外,叶位Y7吲哚族硫苷占比最高,占总硫苷质量摩尔浓度的56.7%,其他叶位则以脂肪族硫苷为主,占总硫苷质量摩尔浓度的59.0%~79.0%。在所有叶位中,芳香族硫苷质量摩尔浓度最低,占比低于7.1%。     

感染甘蔗黄叶病毒后甘蔗叶组织超微结构的病变

利用电镜技术对感染甘蔗黄叶病毒蔗叶组织超微结构进行观察表明,韧皮部伴胞及叶肉细胞内的线粒体、叶绿体等细胞器及细胞核都发生了明显的病理变化.线粒体形态异常,有的肿大、内嵴模糊,严重者内嵴消失,空泡化,仅剩未被消解的残骸;叶绿体被膜破裂,严重者被膜完全消解,基粒类囊体和基质片层消失,基质外流.维管束鞘细胞中的叶绿体被膜和基质片层也遭到破坏,淀粉粒增多、膨大;细胞核形态变为不规则,局部核膜破裂,核内染色质分布不均匀,呈降解状.     

大豆不同叶形叶面积校正系数的研究

采用叶面积扫描法、复印称重法和Photoshop图像处理法等3种方法,分别对大豆圆形、卵圆、披针等3种叶形的三出复叶进行叶面积校正系数研究。结果表明,3种测定方法,叶面积校正系数依卵圆形、披针形、圆形叶形依次升高;三出复叶中左小叶和右小叶的叶面积校正系数相近,均高于中小叶;叶面积扫描法和图像处理法数据吻合程度较高,复印称重法数据误差较大。卵圆形、披针形、圆形叶形的叶面积校正系数分别为0.67、0.68和0.70。建议今后测量中,以中间小叶为准,数据采用叶面积仪测定的数据。     

长宽法测定作物叶面积的校正系数研究

在分析作物的叶面积和叶长宽积之间关系的基础上,确定了玉米、水稻、大豆和甘薯4种作物利用长宽法计算叶面积的修正系数,并用实测结果进行了验证。结果表明:玉米、水稻、大豆和甘薯叶面积计算的修正系数分别为0.734 8、0.774 6、0.729 6和0.731 1,与通常采用的0.75相比,玉米的修正系数有所减小,而水稻的修正系数有所增加;玉米和水稻狭长形叶片的修正系数比较大,大豆和甘薯圆形叶片修正系数较小;对于狭长形叶片,长宽比较大的水稻的修正系数大于长宽比较小的玉米的修正系数,圆形的大豆叶片和甘薯叶片的修正系数比较接近;采用长宽法计算的结果与叶面积仪测定的结果具有较好的一致性,并且对狭长形叶片的计算结果优于圆形叶片。     

冬大麦叶龄与单株叶面积模拟的研究

2005~2006年在扬州大学实验农场进行了发育特性明显差异的4个冬大麦品种不同播期的田间试验。通过对大麦出叶、叶龄和单株叶面积的系统观测,以生理发育时间为基础,构建了大麦叶龄和单株叶面积动态模型,并进行了检验。结果表明:不同品种和播期大麦叶热间距观测值与模拟值绝对误差为0.2~9.9℃d,根均方差(RMSE)为3.8~5.4℃d;叶龄预测绝对误差为0~1.9,RMSE为0.6~0.7;最终叶片数预测绝对误差为0.2~2.0,RMSE为0.7~1.0。不同品种在各生育时期单株叶面积观测值与模拟值绝对误差为0.72~9.09 cm2,RMSE为1.20~3.53 cm2。     

基于四交群体的玉米叶夹角和叶向值QTL定位分析

选育耐密紧凑株型是增加玉米单位面积产量的重要途径之一,而叶夹角和叶向值是衡量株型的重要参数。本研究选用叶夹角和叶向值存在差异的玉米自交系郑58、PH6WC、87-1和自330构建1个四交(郑58/豫87-1//PH6WC/自330)组合,以228个四交F1单株为作图群体,构建了1张含225个SSR位点,全长1 387.2cM的玉米分子标记遗传连锁图谱,标记间平均间距为6.19cM。基于四交群体应用区间作图法检测4个环境下的QTL,共检测到13个叶夹角相关QTL,分别位于第1、2、3、4、5、7和10染色体上,单个QTL可解释5.1%~20.0%的表型变异;检测到15个叶向值相关QTL,分别位于第1、2、4、5、7、8和9染色体上,单个QTL可解释5.4%~20.1%的表型变异。其中qLA-E2-2和qLA-E4-2落在同一标记区间umc1692-umc2297(bin 5.03),分别解释16.6%和13.2%的表型变异;qLO-E1-1、qLO-E3-2和qLA-E4-1落在同一标记区间umc1568-bnlg1953(bin1.02),分别解释10.1%、19.9%和12.3%的表型变异;qLO-E2-1和qLO-E3-1落在同一标记区间phi056-phi427913(bin 1.01),分别解释13.8%和10.0%的表型变异。这些多个环境共同检测到的QTL将为玉米耐密理想株型育种中叶夹角叶向值的分子标记辅助选择提供有益信息,加速耐密株型玉米品种的选育。     

不同玉米品种小斑病和弯孢霉叶斑病的发生规律

对4个玉米品种小斑病和弯孢霉叶斑病的发生规律进行了研究。结果表明,2005年,聊城市玉米小斑病比弯孢霉叶斑病发生早且重,发生弯孢霉叶斑病的叶片常从中下部开始,而发生小斑病的叶片基本上是从下部1~3片叶开始逐渐向上蔓延。抗病品种从病害始发期至生育后期流行曲线平缓,感病品种的病情发展快,流行曲线上升明显。     

甜瓜不同品种叶表皮特性与光合速率的观测

对4个甜瓜品种进行叶表皮显微观察、叶绿素含量和光合速率测定,结果显示,甜瓜不同品种间叶表皮气孔、表皮毛数量、叶绿素含量有很大差别。其中气孔平均数量变化范围在519～805个/mm2、表皮毛数量在28.2～62.1个/mm2、统计分析达到极显著差异;叶绿素含量在22.0～39.8 靏/cm2之间;光补偿点品种间变化差异不显著,自然光照条件下3个品种的光合速率变化不明显,但“皇后”的光合速率显著的低于其它3个品种。进一步对气孔导度和胞间CO2浓度测定结果分析认为皇后光合速率低是由于低的气孔导度引起;比较叶绿素含量与光合速率结果表明在正常绿叶品种中二者变化无相关性。     

基于叶片保水力的烟叶烘烤水分干燥模型构建

[目的]研究不同烟区、品种及部位烟叶保水力与水分干燥模型参数的关系,为烟叶烘烤提供简易、精准的水分预测方法并为烟草精准烘烤提供理论依据.[方法]以江西和湖南烟区烤烟品种K326和云烟87不同部位烟叶为试验材料,采用称重法测定烟叶保水力,结合水分干燥原理及水分干燥模型对烘烤过程中烟叶水分变化进行拟合求解,并对烟叶保水力与模型参数进行回归分析.[结果]不同部位间烟叶保水力随烟叶部位的升高而增加,不同品种间K326保水力均大于云烟87;除湖南烟区K326上部叶保水力大于江西烟区外,不同烟区间江西烟区烟叶保水力均大于湖南烟区.不同烟区、品种及部位烟叶Wang and Singh模型拟合决定系数R2均大于0.95,且模型干燥参数a与烟叶保水力呈正相关,与干燥参数b呈负相关.烟叶保水力与模型干燥参数a、b之间线性回归结果显示:烟叶保水力与模型参数a、b显著水平P均小于0.05,且线性拟合决定系数R2均大于0.95.[结论]常规烘烤过程中烟叶水分比变化符合Wang and Singh模型,且烟叶保水力与干燥模型参数a、b存在极显著相关,可依据烟叶保水力精准估算模型参数预测烟叶烘烤过程中水分变化.