基于空间统计学的棉花冠层光合有效辐射空间格局分析方法

 运用空间统计学的模拟方法,以不同密度棉花群体为研究对象,对其冠层内光合有效辐射（PAR）的空间分布予以研究。通过拟合PAR透射率的半方差函数模型和绘制等值线图来反映不同密度群体冠层内PAR透射率的空间格局。利用克里格空间内插法和Simpson3/8法计算出盛蕾期棉花群体平均PAR透射率,分析其与LAI的回归关系,并对克里格插值法进行交叉验证。结果表明,冠层PAR存在强烈的空间自相关性,变异函数的最佳理论模型为高斯模型,决定系数均在0.9以上。各密度冠层PAR透射率具有相似的空间格局,但其变异程度有随密度增加而上升的趋势。群体平均PAR透射率与叶面积指数（LAI）呈指数回归关系,与前人研究结果一致。应用空间计学研究PAR空间分布格局,将有助于对PAR 进行精确定位和定量化地估算,为作物科学配置和作物冠层结构调控提供理论依据。     

棉花冠层不同尺度光能空间分布特征研究

【目的】棉花冠层光能空间分布是光能利用率高低的直接影响因素之一。为科学量化光能在棉花冠层的空间分布,本研究旨在分析冠层内光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)各分量的空间变化特征。【方法】用空间统计学方法分析了冠层不同空间点、线、面位置PAR的分布特征。【结果】盛花期棉花行间冠层PAR截获率整体变化呈"V"形,即棉行间PAR截获率低于棉行附近位置;高密度的群体冠层中下部PAR截获率纵向变化速率较缓,同时在距地面60 cm处PAR截获率横向变化幅度也较小;不同冠层区域的PAR截获率与密度呈正相关关系,且随播种后时间均呈现先增后减的变化趋势。【结论】适当增大种植密度可以提高群体PAR截获率。运用空间统计学原理精确定位定量分析冠层内PAR的分布,对合理配置棉花种植模式、研究群体株型结构、培育高光效品种具有指导意义。     

不同密度下棉花群体光辐射空间分布及生物量和纤维品质的变化

【目的】研究不同密度群体棉花生育期、光合有效辐射(PAR)分布、叶面积指数(LAI)和干物质累积特征值的差异。【方法】供试品种为转Bt(Bacillus thuringiensis)基因杂交种中棉所75(CCRI 75)和常规品种鲁棉研28(SCRC 28),2012和2013年密度处理为1.5万、5.1万和8.7万株·hm~(-2)。【结果】不同密度群体在棉花不同生育期PAR存在显著差异,且冠层光透射率随密度增加而减少,不同种植密度的棉花群体冠层株型结构各不相同,不同群体棉花茎叶的空间分布决定PAR的分布;LAI随生育进程呈现出开口向下的抛物线,不同的密度群体LAI均在播种后60 d左右开始快速增加,100 d或110 d后LAI开始急速下降;随密度增加最大生物量累计值减少,且营养器官占单株总干物质的比例增加,而生殖器官所占比例下降;密度显著影响马克隆值大小,高密度下马克隆值最大。【结论】本研究为棉花田间管理、合理密植提供理论依据。     

基于数字图像的棉花长势空间变异分析

为了尽快获取棉花长势信息,分析大田棉花长势空间变异特性,采用计算机数字图像处理技术,在常规光照条件下,利用网格取样方法,采集棉花冠层长势数字图像,提取图像色调值H,研究冠层图像H值的空间分布特点以及数字图像H值与相关农艺性状的关系。结果表明,棉花冠层数字图像H值的空间分布具有中度空间相关性,其变异半方差函数模型为球状模型;数字图像H值与LAI有较好的对数关系,决定系数R2=0.8123;表明群体冠层数字图像H值是可以用来描述棉花田间长势信息的潜在可靠性指标。研究结果将为生产实践提供指导作用,为精准农业田间信息采集与快速检测提供理论依据。     

棉花群体冠层PAR与农艺性状及产量的关联性研究

本文研究了陆地棉品种徐州553三种密度群体冠层PAR的分布规律、PAR与农艺性状及产量的关联性。结果表明:(1)棉田冠层PAR随密度增加而递减;冠层PAR值的高低随生育期变化的顺序是初花期>盛花期>吐絮期>盛铃期。(2)棉田封行后,冠层PAR的垂直分布符合Y=axe~(bx)曲线变化规律。(3)PAR对结果系数、NAR、果枝与主茎夹角、单株果枝数、单铃重和成铃率的直接效应为较大正值,对主茎节距、第一果枝高度、总果节数为较大负值。(4)PAR与皮棉产量(Y)的关系可由Y=a十bx+cx~2拟合,且曲线拟合的理论值与实际值差异小于1％。这些结果丰富了棉花光能利用的理论研究,也为合理密植、改善棉田光能分布以增加产量提供了理论依据。     

基于吸收光合有效辐射和光合有效辐射截获量监测棉花生长状况

 通过光量子传感器,获取了2个棉花品种不同种植密度冠层6个关键生育时期的光合有效辐射（PAR）,分析了吸收光合有效辐射（APAR）和光合有效辐射截获量（FAPAR）与棉花冠层生长特征的关系。结果表明;棉花开花期和花铃期,为APAR与FAPAR高值期,盛铃期和盛铃末期下降,吐絮期为低值期;利用多元统计分析技术,分别建立了棉花APAR、FAPAR与棉花冠层叶面积指数、覆盖度、地上鲜生物量和地上净初级生产力的相关关系模型。采用APAR与覆盖度,FAPAR与叶面积指数相关性最高的模型方程,分别估算棉花覆盖度和叶面积指数,实测值与估测值之间呈极显著的线性相关关系,估算精度分别为99.1%和99.5%。     

玉米冠层内光合有效辐射三维空间分布的测定和分析

设计了一套田间观测试验，以测定光合有效辐射（PAR，Photosynthetic Active Radiation）在玉米冠层内三维空间上的分布规律。对实测资料的分析得出如下结论：（1）玉米冠层内平均PAR的垂直分布具有随着向下累计叶面积指数的增加而指数递减的趋势。在冠层中上部，PAR透光率较高，递减很明显，冠层下部则维持较低水平，变化不     

棉花光合生产与干物质积累过程的模拟

在综合已有作物模拟模型优点的基础上,构建了基于生态生理过程的棉花光合生产与干物质积累动态模拟模型。模型中引用了高斯积分法计算冠层每日的PAR总截获量和光合同化量,考虑了PAR的日变化规律和太阳高度角变化对直射PAR消光系数的影响,在量化直射辐射对光合作用贡献的同时,分别计算了天空散射辐射、冠层和土壤散射辐射的强度。模型充分考虑了温度、生理年龄、氮素、水分等因子对光合作用和呼吸作用的影响。利用不同遗传类型品种、不同管理方式下的棉花干物质积累动态对模型进行了检验,结果表明模拟值与观测值吻合度较好,模型不仅具有较强的机理性而且具有较高的预测性和实用性。     

小麦冠层结构与光分布研究

１９８７～１９８９年分别在江苏沐阳和南京卫岗进行了小麦冠层结构与光分布及产量形成关系的研究。结果表明，小麦叶面积指数、最大叶面积密度出现的高度及叶倾角影响光在冠层内的分布，消光系数的垂直分布可反映叶面积和光的空间分布状况。低产群体的最高叶面积指数小于４．０，最大叶面积密度出现部位较低，消光系数分布均匀，但漏光严重，光能利用率低；过旺群体最大叶面积指数过大，最大叶面积密度出现部位较高，消光系数呈上大、中小分布，光在冠层上部递减迅速，中下部光环境差，叶片早衰，净同化率低；高产群体叶面积及其垂直分布合理，孕穗期最大叶面积密度出现在相对高度０．６０～０．６５处，冠层中下部消光系数较大，上部较小，利于光向冠层深处透射，冠层５０ｃｍ处透光率４０％～６０％，地面透光率２．５％～３．０％，净同化率较高，产量最高。     

落叶松冠幅大小对林下光照强度的影响研究

以吉林省蛟河市落叶松林为研究对象,采用2017年的树冠冠幅数据,并通过冠层分析仪取得的林下冠层光分析数据,在此基础上利用Arcgis软件建立树木空间分布数据库,构建了上层林木冠幅空间变化数据和林下光环境变化趋势数据,利用空间叠加分析功能分析了树木冠幅变化与林下光环境变化的关系。     

基于等高线渲染法的克里金插值展示技术

目前，空间数据在Web端的表达方式存在网络传输数据量大、插件依赖性强、交互性较差等问题。为了减轻浏览器承载的压力、快速高效地实现空间数据在Web端的可视化表达，本文设计了一种基于等高线渲染法的克里金插值展示技术：在克里金插值算法和等高线渲染法的支持下，用户在Web端通过“框选”工具选择采样点区域，其中采样点数据被传输到服务端进行处理生成插值结果，并返回到Web端进行快速渲染。此技术成功应用在柑橘信息管理系统中，结果表明克里金插值结果的成图时间有效缩短，且Web端的交互性显著增强。     

Hyperspectral Estimation Model of Chlorophyll Content in Cotton Canopy Leaves under Drip Irrigation at Different Growth Stages

[Objective] This article is aimed to estimate the chlorophyll content of cotton canopy leaves in drip irrigation fields at different growth stages in northern Xinjiang and establish a model for estimating chlorophyll content in growth time series by using hyperspectral. [Method] Using Xinluzao 45 as the experimental material, the chlorophyll content and the corresponding spectral reflectance of cotton canopy leaves at different nitrogen levels and growing stages were measured, and the relationship between 12 indices and the chlorophyll content was analyzed. The estimation models of the chlorophyll content in cotton canopy leaves under drip irrigation were established. [Result] The correlation coefficient between the chlorophyll content of canopy leaves and Vogelmann red edge index was high in the four growing periods of cotton, and the correlation coefficient was 0.944, 0.907, 0.895, 0.930, respectively. And the spectral reflectivity was the highest at the flowering and boll period. The precision of the model established by the multivariate regression method is higher than that of the single exponential linear model with the determination coefficient more than 0.8 and the root mean square error smaller than that of the single exponential linear model. The model of the budding stage (y＝82.509_x1＋89.937_x2－94.438) has the best precision. [Conclusion] The chlorophyll content can be estimated by the models established at different growth stages, and the budding stage model has the best monitoring effect.     

棉花产量遥感预测的L-Y模型构建

本文利用LAI动态与棉花产量的关系建立了叶面积指数—产量（L-Y）模型,以期利用多时相遥感数据,实现对棉花产量定量遥感预测。模型建立以小区控制和大田生产试验数据为基础,以农学原理为背景,采用数学推演方法,具简单、灵活、普适性强等特点。检验结果表明,用便携式光谱辐射计测定棉花冠层高光谱反射率,以棉花全生育期LAI动态与棉花产量的关系和近地高光谱遥感参数模型监测的多时相LAI,可很好地定量预测棉花产量,估算误差约为5.44%,RMSE达到116.2 kg·hm^-2,预测值与实测值相关系数为0.836,达极显著水平。L-Y模型为棉花卫星遥感估产提供了参考模型,对其他作物使用动态生长信息提高遥感估产水平也有一定的借鉴意义。     

Daily photosynthetic radiation use efficiency for apple and pear leaves: Seasonal changes and estimation of canopy net carbon exchange rate

The estimation of whole canopy carbon assimilation rate using the relationship between daily net CO₂ assimilation rate (A_n) and daily incident photosynthetically active radiation (PAR) for individual leaves within the canopy has been considered an alternative to whole canopy gas exchange measurements. This relationship has been reported as being linear, but it has been explored only between the end of active shoot growth and harvest and in few species. Apple (Malus domestica) trees were used to study the seasonal changes in the relationship between daily A_n and incident PAR in individual leaves during the growing season of 2007 and this was done for pear (Pyrus communis) trees in 2008. Fifty leaves exposed to different light environments within the canopy of a given tree were selected. For each leaf seven times a day incident PAR and A_n was measured. Daily incident PAR and A_n was estimated by integrating instantaneous values. The relationship between daily A_n and daily incident PAR within the canopy had different patterns depending on the time of the season. It was always curvilinear early and late in the season, but tended to be more linear between the end of active shoot and harvest (mid-season). The initial slope and curvature of the relationship changed during the season and both were significantly related to daily PAR above the canopy. Whole canopy net carbon exchange rate was estimated considering canopy intercepted PAR and the relationship between daily A_n and incident PAR in individual leaves. The values were similar to those reported in the literature during mid-season. Estimated whole canopy net carbon exchange rate varied substantially after harvest, depending on whether a linear or curvilinear response of daily A_n to PAR for individual leaves within the canopy was considered. We showed that apple and pear whole canopy net carbon exchange rate can be estimated during mid-season, which is the most relevant phase for tree fruit production, using the following parameters: photosynthetic rate of well exposed leaves, daily pattern of incident photosynthetically active radiation (PAR), daily integral of PAR intercepted by the canopy and leaf area     

基于近地高光谱棉花生物量遥感估算模型

分析棉花地上鲜生物量冠层高光谱反射率变异系数，反射率光谱、一阶微分光谱与地上鲜生物量相关关系得结果表明：在可见光近红外波段棉花冠层反射率光谱变异系数在672 nm波段处最大；棉花地上鲜生物量与反射率光谱相关系数最大值在可见光波段出现在589~700 nm，在近红外波段出现在865~919 nm波段，且前者大于后者。地上鲜生物量与一阶微分光谱相关系数在可见光波段出现524~528 nm、552~588 nm、710~755 nm 3个高值区。基于以上研究，选择19个高光谱特征参数建立了棉花地上鲜生物量高光谱遥感监测模型，经检验，单波段中以F₆₂₉估算水平最高，估算模型为Y = 9.7914 exp(－20.738 F629)，准确度为83.9%、RMSE为0.64 kg m^-2、预测值与实测值相关系数为0.940**；组合参数以[629, 901]指数形式估算模型估算水平最高，模型为Y = 0.0986 exp(4.3696[629, 901])，准确度达84.0%，RMSE为0.55 kg m^-2，预测值与实测值相关系数为0.960**，上述两个模型为参选模型中估算棉花地上鲜生物量最佳高光谱估算模型。     

基于机器视觉的棉花群体叶绿素监测

研究了利用机器视觉技术快速获取棉花群体叶绿素信息的方法，以期获得预测性高的颜色特征参数。结果表明，RGB颜色系统的G－R、(G－R)/(G+R)、r与g的组合值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数呈极显著相关，而且拟合度较高；HIS颜色系统的Hue值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数之间也极显著相关。对筛选出的两组模型进行检验，预测精度在84.07%~93.04%之间，推荐预测精度最高的G－R参数作为获取棉花群体叶绿素信息的最佳颜色指标。G－R预测叶绿素含量和群体绿色指数的模型分别为y=－1.3008+0.2125(G－R)－0.0038(G－R)2（R²=0.8669**）和y=－0.9726+0.1227 (G－R)－0.0016(G－R)²（R²=0.7487**）。