水稻冠层叶绿素含量高光谱估算模型

为了寻求西北引黄灌区水稻冠层叶绿素含量的高精度估算模型,通过田间试验测定了水稻冠层SPAD和高光谱数据,运用任意波段组合的方式构建了一系列基于原始光谱、一阶导数光谱的比值、差值、归一化和土壤调节植被指数,筛选出反映水稻冠层SPAD的最佳植被指数作为自变量,应用普通回归分析方法和随机森林算法建立了该区域水稻冠层SPAD估算模型并进行了对比分析。结果表明：（1)应用普通回归分析方法,以RVI(D₁₃₁₆,D₇₃₆)为自变量建立的指数模型是估算西北引黄灌区水稻冠层SPAD的最佳单变量模型;（2)采用随机森林算法,以4个植被指数RVI(R₆₉₆,R₅₄₀)、DVI(R₇₀₀,R_{536)、SAVI(R700,R536)、RVI(D1316,D736)建立的估算模型比普通回归模型精度更高,验证结果的决定系数R²为0.873,均方根误差RMSE为3.221,平均相对误差RE为13.25%。说明通过随机森林算法建立的模型可以实现水稻冠层SPAD的精准估测,可以用于西北引黄灌区水稻冠层叶绿素含量的快速、无损获取。}     

棉花全生育期叶片SPAD值的遥感估算模型

叶绿素含量是评估棉花生长状况的重要参数,估算叶绿素含量对于棉花生长监测具有重要意义。以渭北旱塬区种植的棉花为试验材料,测量全生育期棉花叶片SPAD值与冠层反射率光谱,将原始高光谱反射率、一阶微分光谱反射率、不同波段组合的遥感光谱参数分别与SPAD值做相关性分析,用传统回归分析方法构建五种重要光谱参数的SPAD值预测模型,同时,采用PLSR方法建立全生育期SPAD值的估算模型。最后对模型进行检验,筛选出精度最高的模型。建模结果表明,基于多种光谱参数的全生育期PLSR预测模型精度最高、预测效果最好,估算模型的决定系数R~2为0.733,验证模型R~2为0.737。PLSR方法建立的多光谱参数的SPAD值估算模型预测效果显著,利用高光谱技术对棉花SPAD值进行监测,可为全生育期棉花长势遥感监测提供依据。     

基于无人机高光谱影像玉米叶绿素含量估算

以无人机为平台搭载高光谱相机获得玉米农田高光谱影像,从中提取光谱特征参数,构建玉米叶片叶绿素含量估算模型,并制作玉米叶片叶绿素含量分布图。结果表明,以红边面积（SDr）、红边一阶微分最大值（Dr）、差值植被指数(DVI)为自变量构建的回归模型建模精度较高,以此反演玉米叶片SPAD值分布图并对填图结果进行精度检验,得出SPAD-Dr模型填图预测效果最佳（R2=0.89,RMSE=1.28,RE=2.31）,可以作为玉米叶片叶绿素含量无人机高光谱影像遥感反演估算的基本模型。     

基于冠层高光谱的甜菜不同生育时期SPAD值估测研究

文中基于高光谱与田间试验进行了甜菜不同生育时期(甜菜幼苗期、叶丛生长期、块根膨大期和糖分积累期)SPAD值估测研究。采用便携式ASD光谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别实测了甜菜冠层反射光谱和SPAD值,分析不同生育时期冠层高光谱响应特征,并对12种光谱指数与不同生育时期的冠层SPAD值进行相关性分析,最后建立了SPAD值的最佳估测模型。研究结果表明:在可见光波段(450-680nm)与近红外波段(760-950nm),甜菜不同生育时期冠层反射光谱存在明显差异;不同生育时期所筛选的3种光谱指数与SPAD值均达到了极显著(p<0.01)或显著(p<0.05)相关水平;甜菜幼苗期、叶丛生长期、块根膨大期和糖分积累期分别以NDVI、SDr/SDy、CCI和SDb为单一自变量所建立的估测模型最佳,模型决定系数R~2分别达到了0.573、0.212、0.363和0.324。     

基于高光谱的渭北旱塬区棉花冠层叶面积指数估算

以棉花冠层高光谱反射率与冠层叶片叶面积指数(LAI)为数据源,在分析LAI与原始高光谱反射率、一阶微分光谱反射率、光谱提取变量和植被指数相关性的基础上,采用一元线性与多元回归的方法构建了棉花LAI高光谱估算模型,并进行精度估算。结果显示,在可见光范围内随着生育期的推进及施氮量的增加冠层光谱反射率逐渐降低,在近红外范围内从苗期到花铃期随着施氮量增加反射率逐渐增加,花铃期到吐絮期反射率明显降低;各生育期冠层光谱的提取变量与LAI的相关性不强,全生育期各种光谱提取量及植被指数与LAI的相关性高于不同生育期;棉花冠层叶片LAI在反射光谱1 461 nm处相关系数达到最大值(r=-0.726);对于一阶微分光谱,LAI的敏感波段发生在742 nm处,r=0.744;以敏感波段742 nm一阶微分光谱反射率建立的逐步回归估算模型精度最高,RMSE=0.94,RE=26.27%,r=0.78。说明以全生育期为基础,采用一阶微分光谱敏感波段,并根据实际条件选择有效的估测模型,可以进行棉花LAI的预测。     

朱砂叶螨为害棉叶的解剖学观察

朱砂叶螨是为害棉花的重要害螨,棉叶受害后出现黄白色斑点后变红,严重时导致脱落,受害叶片的光合作用等生理活动受到极大干扰。为进一步探讨朱砂叶螨的为害机制,作者对其危害后的棉叶进行了切片观察。     

基于地面高光谱遥感的稻纵卷叶螟为害下的水稻LAI估算模型研究

为了有效监测稻纵卷叶螟的为害状况及其对水稻生长发育产生的危害,本研究通过开展连续的定点大田观测实验,对稻纵卷叶螟虫情及其为害状况进行调查,通过观测水稻冠层光谱反射率和叶面积指数（LAI）等,分析水稻冠层光谱反射率、植被指数与LAI的相关性,筛选出与LAI相关系数高的光谱特征波段和植被指数,构建了多因子LAI估算模型,并利用实测数据进行验证。结果证明模型拟合效果理想,可为我国更好地开展水稻生产监测提供参考。     

棉花对硃砂叶螨抗性的鉴定和机制研究

1988-1991年进行的棉花抗硃砂叶螨试验表明,海岛棉和二倍体栽培棉(中棉和草棉)对硃砂叶螨具有较高水平的抗性,它们的抗螨性已通过远缘杂交技术转移到了感螨的陆地棉栽培品种中。来自四川省和河南省的一些品种以及来自美国的PD种质系对硃砂叶螨的抗性比湖北省当地品种要差。叶片有毛,无腺体和高含淀粉的棉花,硃砂叶螨为害较重;而叶片具有致密茸毛、棉酚、可溶性糖、叶绿素和类黄酮含量高以及叶片鲜重高的品种抗螨性较强。     

棉叶螨的抗药性现状与治理策略

棉叶螨也称为棉红蜘蛛,属蛛形纲叶螨科,其种类繁多,分布范围广,世代周期短,是为害棉花的一类重要害螨。目前,用于防治棉叶螨的化学药剂主要是神经毒剂及呼吸抑制剂2大类,且棉叶螨对多数药剂产生了不同程度的抗性,以二斑叶螨Tetranychus urticae为首的植食性害螨已成为世界上抗药性最严重的节肢动物之一。美国路易斯安那州棉田二斑叶螨种群对阿维菌素产生了1 415倍抗性,而国内棉花上棉叶螨主要对有机磷类药剂产生了较强抗性,最高为467倍。棉叶螨产生抗药性的机制主要涉及靶标突变及解毒代谢增强,其中靶标突变主要涉及乙酰胆碱酯酶、电压门控钠离子通道和谷氨酸门控氯离子通道等;细胞色素P450单加氧酶、羧酸酯酶和谷胱甘肽S-转移酶等一种或多种解毒酶共同参与害螨对化学药剂的解毒代谢。该文主要从棉叶螨的种类及分布、用于防治棉叶螨的化学药剂、棉叶螨的抗药性现状、抗药性机制解析和抗药性治理策略5个方面进行阐述,提出因地制宜的抗药性治理策略,旨在为棉叶螨的田间防治提供指导。     

亚洲玉米螟为害后玉米冠层光谱变化和产量损失研究

2006年在河北农林科学院植保所农场夏播高感亚洲玉米螟的玉米品种郑单958上,于大喇叭口期人工接种2龄玉米螟幼虫以造成不同梯度为害,利用便携式遥感光谱仪(ASD FieldSpec UV/VNIR)在玉米不同生育期收集冠层光谱信息,调查食叶级别,并在收获时统计蛀孔率和产量。结果表明:(1)各生育期食叶级别和对应生育期内的冠层光谱反射率值呈显著负相关,且各个级别之间方差分析差异显著;(2)各波段冠层光谱反射率值和每株虫孔数量的相关性分析得到相关性曲线,750～900nm相关系数较高,可作为监测的敏感波段;(3)乳熟期光谱数据、平均每株虫孔数量和产量及产量损失率之间均可建立极显著回归方程。用光谱仪所测数据估测产量损失率的精确度比用传统查虫数据估测产量损失率的精确度高,且省时省工。     

棉叶螨危害对棉花生理和产量的影响

棉叶螨危害致使棉花生理和代谢发生紊乱是造成棉花减产的内在原因。1984—1985年,作者采用人工接螨和控制螨量的方法,任其自然繁殖28天,使各处理株间出现螨量和被害指数梯度,然后测定各处理株主要生理参数及其产量。结果表明,当全株每叶初接螨量在5头以上、螨群最高繁殖量高于35头时,处理株比对照株组织水势增高13.11—34.31％;叶绿素含量减少39.60—62.50％;光合强度减弱23.47—89.29％;过氧化氢酶活性降低22.79—48.04％;呼吸强度变化差异不显著。棉叶中可溶性糖、全氮、全磷损失显著,营养恶化。单株籽棉重降低35.18—45.10％,平均铃重降低24.34—35.53％。据此,确定棉叶螨防治标准为全株平均每叶螨量20头。     

Contradictions in host plant resistance to pests: spider mite (Tetranychus urticae Koch) behaviour undermines the potential resistance of smooth-leaved cotton (Gossypium hirsutum L.)

BACKGROUND: Two‐spotted spider mites (Tetranychus urticae Koch) oviposit near leaf veins or in leaf folds on the undersides of cotton (Gossypium hirsutum L.) leaves where the humid boundary layer offers protection from desiccation. The authors predicted that the boundary layer of glabrous cotton leaves should be shallower than that of hairy leaves, providing some resistance to mites. The dynamics of mite populations, leaf damage, leaf gas exchange and crop yield on two leaf hair isolines (smooth versus hairy) in two genetic backgrounds was assessed. RESULTS: Mite colonies developed faster on the hairy leaf isolines, but leaf damage per mite was higher in smooth leaf isolines, indicating more intense damage. A 50% reduction in photosynthesis on the hairy isolines required 1.8 times more mites than smooth leaves. The yield of cotton was reduced in + mite treatments, but the magnitude of reduction was similar for hairy and smooth isolines. CONCLUSION: Paradoxically, the relative inhospitality of glabrous leaves may have induced mites to concentrate in protected leaf sections, causing more localised and more severe damage, negating the yield benefits from fewer mites. These results highlight interactions between leaf microenvironment, pest behaviour and plant productivity that may have implications for other instances of plant resistance. Copyright © 2010 Society of Chemical Industry     

基于连续小波变换的干旱胁迫下玉米冠层叶绿素密度估测

测定了玉米各生育时期干旱胁迫下冠层叶绿素密度及冠层光谱数据,利用原始光谱反射率与冠层叶绿素密度进行相关性分析,采用常用植被指数、波段自由组合、连续小波变换构建玉米冠层叶绿素密度估测模型,并用决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)进行精度检验。结果表明:冠层叶绿素密度在抽雄期相较于正常对照,轻度、中度、重度干旱胁迫处理分别下降7.8%、29.5%、44.2%;波段自由组合指数RVI(555,538)、NDVI(555,538)和敏感小波系数bior5.5(26,792)、rbio2.6(22,790)、gaus6(21,791)与叶绿素密度的相关性较高,相关系数绝对值均达到0.900以上;基于敏感小波系数构建的冠层叶绿素密度估测模型验证集R~2均在0.850以上,相较于其他植被指数模型R~2平均提升20.6%,RMSE平均降低32.6%;最优模型为以gaus6(21,791)为自变量的一元线性回归模型,R~2为0.864,RMSE为1.532。利用连续小波变换对光谱数据进行预处理,可以有效提升玉米冠层叶绿素密度估测模型的精度。     

Remote detection of rhizomania in sugar beets

ABSTRACT As a prelude to remote sensing of rhizomania, hyper-spectral leaf reflectance and multi-spectral canopy reflectance were used to study the physiological differences between healthy sugar beets and beets infested with Beet necrotic yellow vein virus. This study was conducted over time in the presence of declining nitrogen levels. Total leaf nitrogen was significantly lower in symptomatic beets than in healthy beets. Chlorophyll and carotenoid levels were reduced in symptomatic beets. Vegetative indices calculated from leaf spectra showed reductions in chlorophyll and carotenoids in symptomatic beets. Betacyanin levels estimated from leaf spectra were decreased at the end of the 2000 season and not in 2001. The ratio of betacyanins to chlorophyll, estimated from canopy spectra, was increased in symptomatic beets at four of seven sampling dates. Differences in betacyanin and carotenoid levels appeared to be related to disease and not nitrogen content. Vegetative indices calculated from multi-spectral canopy spectra supported results from leaf spectra. Logistic regression models that incorporate vegetative indices and reflectance correctly predicted 88.8% of the observations from leaf spectra and 87.9% of the observations for canopy reflectance into healthy or symptomatic classes. Classification was best in August with a gradual decrease in accuracy until harvest. These results indicate that remote sensing technologies can facilitate detection of rhizomania.     

基于高光谱数据的棉花叶绿素密度定量提取研究

利用ASD FieldSpec FR野外光谱仪,测试了棉花(2个品种4水平种植密度)各生育时期的光谱数据及对应的叶绿素密度(CH.D),分析了它们随生育期的变化规律,并对棉花冠层光谱数据与CH.D进行了回归分析.结果表明:用归一化植被指效(NDVI)建立的幂指数模型的相关系数最大(r=0.722**,n=30),可用以较好地提取棉花CH.D;红边斜率与棉花群体CH.D的线性相关达到1%极显著水平(rdλred=0.679**,n=30),用棉花新陆早19号729 nm波段的一阶微分光谱值与群体CH.D建立的线性回归模型,估测棉花新陆早13号的CH.D,实测CH.D与预测CH.D的相关系数r=0.8818**(n=30),估计精度为82.3%,RMSE为0.254 g/m2,说明可以用高光谱遥感数据对棉花冠层CH.D进行遥感定量监测.     

华北棉区二代棉铃虫和叶螨为害棉花的动态复合防治指标研究

1993年在河南省郑州市进行二代棉铃虫和叶螨对棉花的复合为害和动态防治指标田间开放式小区试验。按“206”回归最优设计布置处理,以肩然感虫结合人工接虫形成棉铃虫量和螨害指数梯度组合,用协方差分析排除黄萎病干扰,以订正后的皮棉损失率为试验结果。主成分分析证明棉铃虫和叶螨的一次及二次型数值,尤其是二者的交互作用与皮棉损失率都呈显著正相关,得出二者复合为害二次曲线方程为: y=-0.13903 0.16901x_1-2.535×10~(-4)x_1~2 1.0502x_2-0.01185x_2~2 3.614×10~(-4)x_1x_2±0.63 由此推导出3％允许皮棉损失率的棉铃虫单独为害防治指标为29.5头3龄幼虫/百株,叶螨单独为害防治指标为3.11％螨害指数,以及一系列动态复合防治指标。     

河西走廊棉田主要害虫发生动态及植物源杀虫剂防治技术

为了解甘肃省河西走廊棉区5种常见害虫的田间种群消长动态,明确防治适期并提出以植物源药剂为主的棉花害虫绿色防控技术,于甘肃省敦煌市和瓜州县棉田连续3年采用人工调查和性诱剂诱捕器监测棉蚜Aphis gossypii、棉叶螨、棉蓟马Thrips tabaci、烟粉虱Bemisia tabaci及棉铃虫Helicoverpa armigera的发生动态,同时开展以植物源农药为主的不同类型杀虫剂的田间药效筛选试验,建立科学防控用药技术流程。结果表明,棉蚜全年有6月中旬和7月中下旬2个发生高峰期,建议防治适期为7月上中旬;棉叶螨全年有7月上旬和7月下旬（2017年除外）2个发生高峰期,建议防治适期为6月下旬和7月中旬;烟粉虱全年只有8月中旬至9月中下旬1个高峰期,建议防治适期为8月上中旬;棉蓟马全年只有7月上旬至8月上旬1个高峰期,建议防治适期为7月上旬;棉铃虫1年发生3代,幼虫在7月下旬、9月上旬和9月中旬各有1个发生高峰期,成虫在7月上中旬、8月中下旬和9月中旬各有1个高峰期,建议防治适期应为7月上旬。软皂水剂、藜芦碱、苦参碱、啶虫脒和吡虫啉可用于防控棉蚜,药后14 d防效达76.93%~91.25%;藜芦碱、苦参碱、矿物油、软皂水剂、松油、阿维菌素、阿维·哒螨灵、螺螨酯和硅藻土+有机硅助剂可用于防控棉叶螨,药后10 d防效达72.39%~92.81%;软皂水剂、藜芦碱、印楝素、硅藻土+有机硅助剂、阿维菌素和噻虫嗪可用于防控烟粉虱,药后7 d防效达65.84%~84.29%;除虫菊素、苦参碱、多杀霉素、噻虫嗪和吡虫啉可用于防控棉蓟马,药后14 d防效达72.92%~90.93%。表明在该地区棉田主要害虫防治适期,建立以植物源农药替代传统化学药剂的防控技术,可用于我国河西走廊棉区棉花害虫的绿色防控。     

硃砂叶螨为害对棉花生理活动的影响

本试验利用玻璃房中盆栽棉花,研究了硃砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus)为害对棉花生理活动的影响。试验结果显示,螨害棉株生理活动发生了很大变化。螨害棉叶叶绿素含量减少,气孔阻力增大,蒸腾强度减弱,导致光合作用强度的降低。受害棉叶还表现细胞膜透性的增加,过氧化物酶同工酶和酯酶同工酶酶谱都发生了变化。棉叶氨基酸总量和可溶性蛋白质含量随为害程度的增加而减少。所测17种氨基酸,多数含量减少,以谷氨酸、组氨酸、酪氨酸减少量最多,但半胱氨酸含量积累增加。故此可以认为螨害影响了棉叶有机氮正常合成和分解的过程。