不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与叶片水势关系的研究

研究了不同水氮处理对水稻叶片水势及冠层光谱的影响，确立了叶片水势与冠层反射光谱的相关关系。结果表明，水稻叶水势随土壤含水量的升高而升高；在相同干旱胁迫下，低氮处理的叶水势高于高氮处理的叶水势。研究发现，比值指数与归一化指数的比值与水稻叶片水势、相对含水率呈良好的线性相关，从而获得了一种地面遥感监浏水稻全生育期叶片水势的定量方法。     

不同筋力冬小麦冠层反射光谱的差异分析

为了利用冠反射光谱特征监不同筋力小麦品种的生理特征差异,利用不同筋力小麦冠层反射光谱的差异,可对不同小麦品种进行遥感识别与监测。试验以低筋小麦品种扬麦13和高筋小麦品种徐麦31为材料,结合不同生育时期两品种叶面积指数(LAI)、叶绿素含量和叶片氮含量的变化,以及相应的光谱参数,分析不同筋力小麦冠层反射光谱的变化特征。结果表明,在近红外和可见光波段,从拔节期到蜡熟期,扬麦13的冠层光谱反射率均高于徐麦31,在孕穗期两品种的差异最显著;LAI、叶片叶绿素和氮含量均在开花时达最大值,扬麦13的叶绿素含量明显高于徐麦31,而LAI和叶片氮含量则低于徐麦31。比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)与LAI;红边位置(λr)、红边幅值(Dr)与叶绿素含量,氮素反射指数(NRI)、抗大气植被指数(VARIgreen)与叶片氮含量极显著相关,表明RVI、NDVI可以反演LAI;λr、Dr可以反演叶绿素;NRI、VARIgreen可以反演叶片氮含量的变化。以上光谱参数能反映小麦相关指标的变化情况,不同时期可运用小麦冠层反射光谱进行不同筋力小麦品种识别,孕穗期为最佳识别时期。通过本研究,以期为不同筋力小麦品种的遥感识别提供依据。     

冠层反射光谱与小麦产量及产量构成因素的定量关系

基于4个小麦品种、5个施氮水平的田间试验,在比较小麦冠层多光谱和高光谱反射特征的基础上,讨论了不同生育期冠层反射光谱参数与小麦产量及产量构成因素的定量关系。结果表明,拔节期冠层多光谱参数与理论产量和实际产量的相关性较高,可用于预测小麦产量,而冠层高光谱反射参数与小麦产量间的相关性较差,难以直接利用预测小麦产量;冠层的多光谱和高光谱参数对亩穗数的预测效果均较好,小麦拔节期、灌浆中期和成熟期的冠层多光谱参数、高光谱参数均与亩穗数间具有极显著正相关关系（P〈0.01）,从而分别建立了各时期利用高光谱参数A（760,850）/R550、多光谱比值植被指数RVI（810,560）的小麦估产方程。研究结果对选择合适的光谱参数建立估产模型、保证高光谱遥感信息反演精度具有重要价值。     

基于高光谱数据的杨树叶片干物质含量的估算

将杨树叶片实测的理化数据和土壤背景光谱数据作为PROSPECT和PROSAIL模型的输入参数,输出杨树叶片高光谱数据模拟值,通过实测获得叶片尺度和冠层尺度干物质含量、等效水厚度以及高光谱数据,利用统计方法,分别对两种尺度杨树叶片干物质含量进行分析。结果表明:基于归一化指数计算方法,杨树叶片尺度和冠层尺度的最佳估算干物质含量的干物质含量归一化指数(NDMI)波段组合分别为1685,1704nm和1551,2143nm,使用偏最小二乘法分别对筛选波段组成的NDMI(1685,1704)指数和NDMI(1551,2143)指数构建叶片尺度干物质含量和冠层尺度干物质含量的估算模型,叶片尺度干物质含量估算模型精度为R2=0.663,RMSE=0.001g·cm-2,冠层尺度精度为R2=0.91,RMSE=16.7g·m-2。可见,高光谱技术对杨树叶片干物质含量的估算具有较高的精度,可为杨树叶片干物质含量的快速、无损估算提供参考依据。     

基于扫描成像的作物近地高光谱获取与特征分析

为了验证自主研制的扫描成像光谱仪（PIS）在近地应用的可行性,该文以小麦、玉米为研究对象,利用PIS近地获取作物冠层和叶片的高光谱图像,在对田间和室内获得的成像数据进行对比分析的同时,探讨了成像光谱采集过程中的影响因素。此外,将PIS获取的成像高光谱与地物光谱仪（ASD）测定的高光谱进行比对研究。结果表明：PIS能准确收集作物的光谱信息,且采集的高光谱数据与ASD具有很好的一致性;PIS在田间采集作物光谱信息时,受氧气吸收的影响,在760 nm处有明显的干扰吸收;PIS除了能反映作物不同叶位叶片、不同器官光谱的差异,还可依据影像提取杂草、土壤对作物冠层光谱的影响程度。上述初步结果为进一步应用PIS进行农作物长势诊断提供了参考。     

机器学习结合高光谱植被指数与SPAD值估算冬小麦氮含量

冬小麦叶片氮含量与叶片光合作用和营养状况密切相关，直接影响植株生长发育，而茎秆中的氮含量与茎秆中纤维素、半纤维素和木质素的比例和含量密切相关，直接影响茎秆质量及植株的抗倒伏能力。然而，有关对冬小麦茎秆氮含量估算研究较为有限，限制了从氮含量角度判断茎秆质量及对倒伏的预测能力。为精准估算冬小麦不同器官（叶片、茎秆）氮含量，该研究通过2年田间试验，获取冬小麦4个关键生育期（拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期）和3种施氮水平条件下（N1、N2和N3）的冠层光谱反射率、叶片、茎秆氮含量及叶片SPAD (soil and plant analyzer development， SPAD)值。分析了不同生育期和施氮水平条件下高光谱植被指数对叶片和茎秆氮含量的敏感性，并结合5种常用的机器学习算法：随机森林回归（random forest regression，RFR）、支持向量回归（support vector regression，SVR）、偏最小二乘回归（partial least squares regression，PLSR）、高斯过程回归（gaussian process regression，GPR）、深度神经网络回归（deep neural networks，DNN）构建冬小麦叶片和茎秆氮含量估算模型。结果表明：高光谱植被指数对叶片和茎秆氮含量的敏感性受到生育期和施氮水平的影响。在灌浆期，最佳植被指数双峰冠层植被指数 DCNI（double-peak canopy nitrogen index）对叶片氮含量的敏感性最高，R²为0.866。对茎秆氮含量，在抽穗期的敏感性最高，最佳植被指数归一化叶绿素比值指数 NPQI（normalized phaeophytinization index）与氮含量相关系数R²＝0.677。施氮水平的提升增加了光谱植被指数对茎秆氮含量的敏感性。结合SPAD值的机器学习算法提升了氮含量的估算精度，对叶片氮含量，在不同生育期和施氮水平条件下估算精度提升了1%～7%，其中在全生育期的归一化均方根误差NRMSE从0.254提升到0.214，抽穗期的NRMSE提升最大，从0.201提升到0.128。对茎秆氮含量，全生育期的NRMSE从0.443提升到0.400，抽穗期的NRMSE提升最大，从0.323提升到0.268。在全生育期，结合SPAD值的DNN模型对叶片（R²=0.782、NRMSE=0.214）和茎秆（R²=0.802、NRMSE=0.400）氮含量的估算精度最佳。研究说明，SPAD值与光谱植被指数结合有利于提升冬小麦不同生育期和施氮水平条件下叶片和茎秆氮含量的估算精度。     

不同土壤水分条件下玉米叶片/冠层气孔导度的光谱监测模型

通过玉米水分控制试验,测定不同水分条件下各生育期叶片气孔导度、叶面积指数和冠层光谱反射率等,以分析玉米叶片气孔导度的变化规律及其与光谱植被指数的相关性,从而建立基于光谱植被指数和土壤湿度的叶片气孔导度模型。结果表明：玉米在可见光区和近红外中、长波区的反射率随着土壤水分的降低而上升,但叶片气孔导度（Gs）、叶面积指数（LAI）、比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）随着土壤水分的下降而降低;玉米NDVI和RVI与单叶片和冠层气孔导度均呈极显著指数函数关系（P〈0.01）,且对单叶片气孔导度的拟合效果优于对冠层导度的拟合效果,而经土壤湿度订正的RVI监测模型优于NDVI监测模型。表明通过测定冠层反射光谱率可实时、迅速地定量监测玉米叶片的气孔导度,为大面积作物气孔导度估算奠定基础。     

基于分数阶微分光谱指数的小麦条锈病遥感监测模型构建

为提高小麦条锈病的遥感监测精度,该研究利用分数阶微分能够突出光谱的细微信息以及描述光谱数据间微小差异的优势,在对条锈病胁迫下小麦冠层光谱数据进行分数阶微分处理的基础上,构建了两波段和三波段分数阶微分光谱指数,并将其应用于小麦条锈病的遥感探测。研究结果表明,1.2阶次微分光谱与小麦条锈病冠层病情严重度的相关性最高,较原始反射率光谱、一阶微分光谱和二阶微分光谱分别提高了20.9%、3.9%和20.5%;基于分数阶微分光谱指数的最优分数阶次及其对应波长构建的三波段分数阶微分光谱指数对小麦条锈病的探测能力优于两波段分数阶微分光谱指数,其中分数阶微分光化学指数与冠层病情严重度的相关系数达到0.875;以分数阶微分光谱指数为自变量构建的高斯过程回归（Gaussian Process Regression,GPR）模型对小麦条锈病冠层病情严重度的预测精度优于反射率光谱指数,其训练数据集及验证数据集病情指数（Disease Index,DI）预测值和实测值间的决定系数较反射率光谱指数分别提高了3.8%和19.1%,该研究结果对进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测具有重要意义。     

利用高光谱指数进行冬小麦条锈病严重度的反演研究

通过选取不同条锈病抗性品种(高抗、高感、中间)进行田间不同梯度(对照、轻度、中度、重度)的接种试验,在接种后每隔7 d左右,同步测定了不同品种、不同处理的冠层光谱、单叶光谱和对应目标的病情指数以及叶面积指数、叶倾角等生物物理参数和叶绿素、SPAD数值等生物化学参数。通过对获取的光谱数据和生物物理参数和生物化学参数进行统计分析。研究结果表明,小麦被条锈病感染以后,叶片叶绿素含量急剧下降,通过研究叶片绿度值(SPAFD)值与叶绿素含量之间的关系,建立了叶片叶绿素含量和叶片SPAD数值之间的线性关系方程。通过在借鉴前人研究结果的基础上,通过筛选光谱指数,在冠层水平上构建作物冠层结构不敏感色素反演指数(CCII=TCARI/OSAVI)来反演全生育期不同处理的SPAD数值,此反演结果受品种类型、冠层结构和土壤背景的影响较小,线性方程的决定系数达到极显著的水平。在单叶水平选取归一化的光化学指数(NPRI)来反演单叶的病情指数(DI),线性方程的决定系数达到极显著的水平。所以该文通过选取适当的高光谱指数进行冬小麦条锈病严重度的反演的理论和方法是可行的。且反演结果受不同品种、不同叶面积指数和土壤背景等的影响均较小。     

利用高光谱遥感技术监测小麦土壤重金属污染

为了探讨基于小麦叶片高光谱间接估测土壤重金属含量的潜力,该研究以江苏省宜兴市徐舍镇为研究区域,于2019－2020年采集农田土壤样品和小麦叶片光谱,经7种不同的光谱变换预处理后,以遗传算法（genetic algorithm,GA）优化的偏最小二乘回归算法（partial least squares regression,PLSR）对预处理后的光谱建立土壤重金属镉（Cd）和砷（As）含量的估测模型,并对模型结果进行精度评价。研究结果表明：1）光谱预处理技术能够突出光谱中的一些隐藏信息,对小麦叶片光谱进行微分变换、多元散射校正、标准正态变换等数学变换后更加有利于提取光谱敏感信息。2）GA-PLSR相较于一般的PLSR方法提高了模型精度,将GA用于光谱波段选择可以优化模型精度和提高稳定性。3）土壤Cd含量的最佳估测模型为标准正态变换预处理光谱与GA-PLSR结合,其外部验证的决定系数为0.87、均方根误差为0.04 mg/kg、相对分析误差为2.72;土壤As含量的最佳估测模型为多元散射校正预处理光谱与GA-PLSR结合,其外部验证的决定系数为0.91、均方根误差为0.32 mg/kg,相对分析误差为3.25。因此,能够利用小麦叶片高光谱间接估测土壤重金属Cd和As含量,该研究为将来实现定量、动态、无损遥感监测大面积农田土壤重金属污染状况提供参考依据。     

Pioneer Mediterranean Shrub Species Revegetating Soils Developed on Mining Soils/Spoils

Spontaneous and autochthonous species of plants growing on degraded and contaminated soils/spoils that survive in such environments show, in general, no symptoms of toxicity. This study compares concentrations of chemical elements in different leaves maturation and in different seasons of several native species in a massive sulphide in an abandoned mine area. The objective is to evaluate if these species can play an important role on the stabilization of degraded soils and mine spoils. Total concentrations of chemical elements were great in soils. However, in general, only <1% of the total concentration was extracted by DTPA or ammonium acetate solutions. Total and available fraction of the chemical elements has similar behaviour between soil sites. Mature leaves have higher concentrations of As, Cu, Fe, Mn, Pb and Zn than younger ones. An opposite behaviour occurs with S. Winter and spring variations in most chemical elements concentrations in the plant leaves are not significantly different, except for As. Elemental concentrations of plant leaves are independent of the same elements concentrations (total and available fraction) in soils where plants have grown. The concentrations of As, Cu and Pb in plant leaves were below the level of risk to be ingested by grazing animals, although soils are above the reported thresholds. Therefore, all studied plant species can be considered for phytostabilization programmes, but the use of the land for pasture may not be a solution considering that animals ingest soil along with herbage. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Short-Term Effect of Drought and Salinity on Growth and Mineral Elements in Wheat Seedlings

Both drought and salinity cause nutrient disturbance, albeit for different reasons: a decrease in the diffusion rate of nutrients in the soil and the restricted transpiration rates in plants for drought and extreme soil sodium (Na)/calcium (Ca), Na/potassium (K), and chloride (Cl)/nitrate (NO₃) ratios for salinity. The objective of this study was to examine short-term effects of drought and salinity on nutrient disturbance in wheat seedlings. Wheat was grown in a greenhouse in soil under drought and saline conditions for 26 days after sowing. At harvest, shoot biomass and length, and fresh weight and dry weight of the blade and sheath in expanded leaves 3 and 4 and expanding leaf 5 were determined. Mineral elements (K, Ca, magnesium (Mg), phosphorus (P), nitrogen (N), Na, sulphur (S), iron (Fe), zinc (Zn), and manganese (Mn)) in leaf blades and sheaths were also analyzed. At harvest, the reduction in plant height, shoot biomass, and accumulative evapotranspiration under drought was similar to that under salinity as compared with control plants. However, drought decreased the accumulation of all ions in the blade of the youngest leaf 5 compared with the control, whereas there was either an increase or no difference in all ion concentrations under saline conditions. The change in concentration for most ions in the blade and sheath of expanded leaves 3 and 4 varied among control, drought, and salinity plants, which indicated a different competition for nutrients between the sheath and blade of expanded leaves under drought and saline conditions. It can be concluded from this study that ion deficiency might occur in expanding leaves under drought but not saline conditions.     

杜仲叶有效成分的提取

研究了杜仲叶中以桃叶珊瑚甙为代表的有效成分的溶出过程。试验结果表明，提取温度、ｐＨ值以及水的离子总量对提取率具有显著影响；利用回归试验设计，得出溶解模型和最佳提取条件，即当温度为７６．５℃、ｐＨ值为５．８７、水的电导率为１００μΩ^－１时，有效成分预期有最大溶出量；在此条件下的试验结果与预测值吻合较好。     

冬枣果实发育期结果枝叶与营养枝叶矿质元素动态变化的比较

对比研究冬枣果实发育期内结果枝叶和营养枝叶片矿质元素动态变化的差异性,可为制定冬枣不同类型叶片的营养诊断标准提供理论依据。以沾化冬枣为试验材料,比较研究了沾化冬枣不同果实发育阶段（始花期、盛花期、末花期、硬核期、完熟期）结果枝叶和营养枝叶中矿质元素N、P、K、Ca、Mg、Na的含量动态变化及其差异性。结果表明,冬枣果实发育过程中,自始花期至完熟期叶片N、P含量呈下降趋势,K含量呈逐渐增高趋势,而Ca及Mg含量则呈先增高后降低的变化趋势,叶片Na含量在果实发育过程中变化较小,只有在完熟期呈现突然增高现象。在上述各生长发育阶段内,结果枝叶K含量多大于营养枝叶,而N、P、Ca、Mg、Na含量则呈相反的变化规律。方差分析表明,在盛花期至末花期内,两种类型叶片Ca、Mg含量的差异均达到显著水平（P<0.05）,N含量只有在盛花期存在显著差异,而两种类型叶片K和Na含量在各果实发育阶段内均无显著差异。叶片元素含量比值分析表明,冬枣叶片N/P在盛花期至完熟期逐渐增高,其值均大于16,可知该阶段冬枣叶片生长主要受P元素限制;K/Na、Ca/Na、Mg/Na在果实发育期内的变化规律与K、Ca、Mg元素变化规律基本类似,在完熟期这3个比值均较前期明显降低。相关分析结果表明,冬枣叶片中N/P主要由P含量决定,Ca/Na、Mg/Na分别由Ca与Na、Mg与Na共同决定,而在营养枝叶中K/Na主要由Na含量决定。综上,盛花期至末花期（6—7月）是冬枣矿质元素相对稳定时期,可作为冬枣结果枝叶和营养枝叶营养诊断的适宜时期,同时冬枣结果枝叶该时期可适当施加适量Ca、Mg肥料,从而保证冬枣的果实品质和产量。     

应用基于红外热画像技术的CWSI简化算法判断作物水分状态

以不同水分处理下的冬小麦为研究对象,通过基于红外测温技术的Jackson理论模式和Jones简化模式分别计算作物水分胁迫指数（CWSI）,并以理论模式计算值为参考,对Jones模式反映华北地区冬小麦水分胁迫的表现进行初步分析.结果表明,两种计算模式得出的CWSI值与不同水分处理下的冬小麦根层土壤含水量均有较好的相关性,但Jones模式可更好地指示作物缺水状态,对叶片气孔导度的变化更敏感.根据研究结果初步确定了冬小麦高产条件下的CWSI阈值.本研究显示Jones简化模型能准确反映作物水分状态,并易于实现田间多点观测,可用于准确指导农田灌溉.     

干旱胁迫对小麦叶片核糖核酸酶活力及合成的影响

干旱协迫下，抗旱（陕合６号）与干旱敏感（郑引１号）小麦品种叶片中的核糖核酸酶活性均有所增加，增加幅度与其相对含水量变化呈显著负相关。１４Ｃ－Ｌｅｕ掺入后，样品粗提液经ＰＡＧＥ分离并染色，发现干旱处理叶片的两个低分子女（１２ｋＤ、１７ｋＤ）具ＲＮａｓｅ活性的蛋白质的放射性掺入总量低于对照，但占总蛋白的放射性比例高子对照，证明干旱胁迫下存在ＲＮａｓｅ的从头合成（ｄｅｎｏｖｏｓｙｎｔｈｓｉｓ）。讨论了胁迫下ＲＮａｓｅ活性增加的原因。     

凋落叶多样性对其持水性能的影响

将新鲜的尚未分解的木荷、火力楠、乳源木莲、楠木、杉木凋落叶组合为杉乳楠(SRN)、杉火楠(SHN)、杉火乳(SHR)、杉火乳楠(SHRN)、杉火乳楠荷(SHRNM)凋落叶多样性组合,以杉木凋落叶(S)为对照,采用室内浸水法,探究6组凋落叶多样性组合之间持水能力的差异。结果表明:各组凋落叶多样性组合的最大持水率大小关系为SRNSSHRSHRNSHRNMSHN,最大吸水速率的大小关系为SSRNSHRSHRNMSHRNSHN;各组凋落叶多样性组合的失水率均随时间的增加而提高,失水速率随着时间的变化不断减小,最大失水率的大小关系是SSRNSHRNSHRSHRNMSHN,最大失水速率大小关系为SRNSSHRNSHN=SHRNMSHR;失水试验24h后,各组凋落叶多样性组合的含水率由大到小为SHRSRNSHRNMSHRNSSHN;凋落叶多样性组合中各树种凋落叶之间对水分的吸收与流失均无促进作用。通过分析发现,持水率、失水率与时间的关系可用对数函数表示,吸水速率和失水速率符合幂函数关系。综合比较6组凋落叶多样性组合的持水性能,SHR与SRN凋落叶多样性组合的持水性能较好,可以更好的涵养水源。     

温州蜜柑叶片黄化果园土壤及叶片的养分含量特征

弄清叶片黄化柑橘园土壤与叶片的养分含量特征,为改善柑橘园营养状况,提高柑橘产量和品质提供理论与技术支撑。通过对黄化和无黄化温州蜜柑园土壤、叶片的养分含量进行分析,研究影响温州蜜柑叶片黄化的关键因子。结果表明,温州蜜柑叶片的钙、镁、硼含量与SPAD值呈显著或极显著正相关,叶片黄化是由叶片中钙、镁、硼含量不足所造成的,属于综合缺素型,同时叶片中钾、铁、锰含量较高,叶片对钙、镁、硼的吸收与对钾、铁、锰的吸收之间存在相互拮抗的关系;土壤酸化是叶片黄化的主要驱动因子,pH值较低一方面降低了土壤中钙、镁、硼的有效性,另一方面,土壤中较高的铁、锰含量抑制了柑橘对钙、镁、硼的吸收,最终导致叶片因缺钙、缺镁、缺硼而出现黄化。喷施含钙、镁、硼的叶面肥料,防止土壤酸化是改善温州蜜柑叶片黄化的有效措施。     

Nitrogen Vertical Distribution and Status Estimation Using Spectral Data in Maize

Nitrogen (N) is often distributed in a vertical gradient and the symptom of N deficiency usually appears earlier in the lower leaves than in the upper ones. As for hyperspectral technology, identifying the sensitive leaves and the effective index are the two key factors for timely N topdressing. The results of this paper showed that the N contents in the lower leaves produced significant difference among different N rate treatments (a = 0.001) and showed an extremely significant relationship with soil nitrate nitrogen at 30 days after emergence. Taking the optimal treat as a reference, Nitrogen Stress Index (NSI) and Nitrogen Spectral Stress Index (NSSI) of the lowest two leaves could indicate plant N deficiency and guide nitrogen topdressing. NSI or NSSI could change regularly with the nitrogen stress degree and indicate the necessary amount of N topdressing. NSSI is relatively a better indicator since it comes from a fast, timely, uncontaminated, and nondestructive method.     

枇杷叶黄酮类化合物的水浸提工艺研究

以提高水提液中黄酮类化合物浓度为目的,通过4组单因素试验和均匀试验研究了枇杷叶黄酮类化合物的最佳水提工艺。结果表明：在原料细度1.2 mm×1.3 mm,料液比34 g/250 mL条件下,枇杷叶黄酮类化合物的最优水提工艺条件为水的pH值8.0,水提温度100℃,水提时间105 min。按优化工艺条件水提的产品黄酮类化合物浓度0.979 mg/mL。