基于高光谱遥感的小麦条锈病胁迫下的产量损失估计

为利用高光谱遥感监测小麦条锈病,并对小麦条锈病胁迫下的产量损失进行估计,通过分析发生条锈病后的小麦冠层光谱及一阶微分的特征,分析病情指数对产量及产量构成因素的影响,分析产量和不同生育时期的光谱反射率及一阶微分光谱的相关关系,从中提取相关性高的植被指数和一阶微分参数建立产量模拟方程。结果表明,在一定范围内,产量损失随着病情指数的增大而增大,光谱反射率与产量在各个生育期都表现出稳定的显著正相关关系,从中提取相关性高的植被指数(NDVI和RVI)和一阶微分参数(SDr),利用植被指数(NDVI和RVI)建立的多时相产量模拟方程,其模拟效果较好;利用一阶微分参数(SDr)建立的不同生育时期产量回归方程,模拟的精度较高。研究结果对利用高光谱遥感监测作物病害胁迫下产量具有实际应用价值。     

毛竹林叶片磷和钾含量的不同尺度光谱响应研究

研究不同尺度光谱对毛竹林叶片磷和钾含量的响应机制,为实时掌握毛竹林生长状况和营养水平有理论意义和实践指导价值。以毛竹林叶片与冠层2个尺度的原始光谱为数据源,通过一阶微分光谱等光谱变换,采用回归统计分析构建不同尺度磷素和钾素含量与敏感波段的光谱估算模型,并对其稳定性和预测性进行精度评价。结果表明：叶片光谱分析中以磷含量一阶微分光谱为变量的线性回归方程模型拟合精度高达74.90%,且在建立专一性较高的磷素含量估算模型上更有优势;冠层光谱分析中以钾含量一阶微分光谱为变量的线性方程模型拟合精度高达78.71%,且在建立专一性较高的钾素含量估算模型上更有优势;同时,一阶微分光谱可降低空间异质性以提高光谱估算模型反演精度。     

棉花苗期冻害高光谱特征研究

 通过盆栽、霜箱模拟冻害,结果表明:冻害棉苗叶绿素含量、光合、蒸腾速率显著低于对照组。叶绿素含量与高光谱特征相关分析表明对照组高相关波段集中在红、近红外波段,而冻害组集中在蓝、绿、红波段。根据相关系数及高光谱反射率、一阶导数、倒数后对数三类特征值差异显著性分析,反射率、一阶微分不易选取冻害胁迫诊断波段,利用反射率倒数后对数,B696、B720、B768、B845可作为诊断波段。由诊断波段的反射率值计算的植被指数与叶绿素含量相关性要比单一波段更高,由倒数对数和一阶微分值计算的植被指数与叶绿素含量相关性反而低于单一波段。利用诊断波段的倒数后对数光谱特征值用于反演苗期冻害叶片叶绿素含量。     

基于高光谱的土壤有机质含量反演研究

土壤有机质含量是土壤肥力的一个重要指标,利用高光谱对土壤有机质含量进行定量化反演,为精准农业地表土壤有机质含量的快速测定提供参考。利用美国ASD FieldSpec FR地物光谱仪,在室内条件下对经过处理的土壤样品进行光谱测量,通过对土壤样品光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行相关性分析,建立土壤光谱变量与土壤有机质含量的多元回归关系模型。结果表明：在波长492 nm、663 nm、1221 nm、1317 nm、1835 nm和2130 nm处,采用光谱反射率一阶微分建立的土壤有机质含量反演回归模型,预测精度最好,决定系数R2为0.909。建立的土壤有机质含量高光谱反演模型,可以较好地预测土壤有机质含量,从而为精准农业土壤有机质含量的快速测定提供新的途径。     

秋玉米SPAD值的光谱估算模型研究

研究不同秋玉米品种叶片SPAD值与一阶微分光谱的相关关系,筛选出8个品种的敏感波长和一阶微分光谱参数,建立不同品种SPAD值的一元线性、指数、多项式和基于一阶微分光谱参数的预测模型,计算建模集和验证集的均方根误差RMSE和相对误差RE。结果发现,不同秋玉米品种SPAD值与光谱一阶微分相关系数较高,均在0.8以上;不同秋玉米品种光谱一阶微分的敏感波段位于650~680nm;基于敏感波长建立的SPAD值预测模型均表现出较好效果,多项式模型效果最佳,模型估测精度在不同品种间存在差异;在8个秋玉米品种中,正大999的多项式预测模型表现最佳,其建模集RMSE和RE分别为2.762和3.643%,其验证集RMSEv和REv分别为3.322和4.518%。     

基于高光谱数据的病害胁迫下杉木冠层色素含量估算研究

分析炭疽病胁迫下杉木冠层的高光谱特征,探索建立病害胁迫下杉木冠层色素含量的高光谱估算模型,从而促进高光谱遥感技术在森林病虫害监测中的应用。于2011年4-6月,在湖南省攸县实地调查杉木炭疽病,并测定不同程度炭疽病胁迫下杉木冠层的光谱反射率及其色素含量。将冠层光谱、一阶微分及相应的色素含量数据分别进行相关分析,采用回归分析方法,选取部分样本建立色素含量估算模型,并利用其余的样本对模型进行精度检验。结果表明,可见光和近红外区域是病害杉木色素反射和吸收的敏感区域,色素含量与一阶微分光谱在红边（695~754 nm）内相关性最高,单波段一阶微分光谱741 nm处的相关系数最大。其中,以差值植被指数DVI[FD587,FD741]为变量的幂函数模型估算Chla+b、Chla和Chlb含量的精度最高,相对误差均小于15%,均方根误差在0.093~0.241之间。本研究表明,受不同程度炭疽病胁迫下杉木冠层的光谱反射差异较大,可利用高光谱信息定量估算病害胁迫下杉木冠层的色素含量,且估算精度较高。     

克钦湖叶绿素a的高光谱定量模型研究

水中叶绿素a浓度是衡量水体富营养化程度的最基本的指标,为了监测扎龙湿地克钦湖水体叶绿素a的浓度,笔者利用高光谱地物光谱仪对克钦湖进行了现场光谱测量和同步采样分析,通过分析克钦湖水体反射光谱特征,利用一阶微分法、归一化反射率和反射率比值法分别建立了叶绿素a的遥感定量模型。结果表明：利用697 nm一阶微分建立的线性模型,其R2为0.703;利用归一化反射率建立的模型中,精度最高的是采用604 nm反射率的线性模型,R2为0.794;利用R703/R677反射比建立模型精度进一步提高,R2为0.879。经过模型验证表明,所建模型可以用来实现对克钦湖叶绿素a的定量估算,为今后进行克钦湖叶绿素a遥感反演提供了研究基础。     

不同类型土壤全氮含量的高光谱预测研究

为了探明土壤全氮的敏感波段,对比不同统计方法建立的预测模型的反演精度与稳定性,以红壤、石灰土、潮土和水稻土4个土类的土壤为研究对象,利用ASD Pro FR地物光谱仪,在室内条件下测定350~2500 nm波段范围的土壤高光谱数据,经分析不同光谱指标与全氮含量数据的相关性,确定全氮的敏感波段,并建立相应的反演模型。结果表明,反射系数、反射系数对倒的一阶微分、反射系数倒数的一阶微分、反射系数的一阶微分、反射系数对数的倒数、反射系数对数的一阶微分与全氮的最高相关系数分别出现在2153、1079、1853、528、1392、438 nm;所有预测模型中,以895、1079、1138、1149、2163、2183、2336、2337 nm波段反射率对倒的一阶微分建立的多元逐步回归模型为最佳模型;逐步回归与一元线性回归相比较而言,逐步回归建立的预测模型的精度和稳定性更佳。     

小波分析在大豆叶绿素含量高光谱反演中的应用

实测了不同水肥耦合作用下,大豆冠层高光谱反射率与叶绿素含量数据,并对光谱反射率、微分光谱与叶绿素含量进行了相关分析;采用叶绿素A与叶绿素B诊断波段构建了特定植被指数,对叶绿素A、叶绿素B进行了回归分析;采用小波分析对采集的光谱反射率数据进行了能量系数提取,并以小波能量系数作为自变量进行了单变量与多变量回归分析,对叶绿素含量进行估算。经分析发现,叶绿素A、B与光谱反射率在可见光与近红外波段的相关系数的变化趋势基本一致——在可见光谱波段呈负相关,近红外波段呈正相关,红边处相关系数由负变正。特定色素植被指数可以提高大豆叶绿素估算精度（R2>0.73）;小波能量系数回归模型可以进一步提高大豆叶绿素含量的估算水平,以一个特定小波能量系数作为自变量的回归模型,叶绿素A其确定性系数R2为0.76,叶绿素B为0.78;以4变量与9变量回归分析结果表明：叶绿素A实测值与预测值的线性回归确定性系数R2分别大于0.85、0.89;叶绿素B实测值与预测值的线性回归确定性系数R2分别为0.86、0.90。     

玉米和大豆LAI高光谱遥感估算模型研究

以ASD FieldSpec光谱仪实测了不同生长季的大田玉米、大豆的冠层高光谱与作物的叶面积指数LAI。采用单变量线性与非线性拟合和逐步回归分析的方式,建立了玉米、大豆LAI高光谱遥感估算模型,并对模型的估算结果进行了初步分析。分析结果表明,绿光波段反射峰区、红光波段以及近红外区的单波段反射率与作物的LAI有较强的相关性,而其他波段的反射率与作物的LAI的相关性相对较弱;以高光谱的窄波段构造的NDVI和RVI与作物的LAI的相关程度高,回归模型的预测水平高;而以多波段逐步回归方式构造的统计模型的预测效果最好。     

基于冠层光谱的早籼稻籽粒粗蛋白含量估测

利用2019年长江中下游早籼稻早中熟组种质资源为材料,分析主要生育期冠层光谱反射率与籽粒粗蛋白含量的关系,筛选出可用于早籼稻籽粒粗蛋白含量预测的敏感生育期和敏感波长,建立了基于敏感波长和光谱参数的籽粒粗蛋白的一元线性、多元线性、指数和多项式预测模型,用决定系数（R ²）、均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）对模型精度进行评价,以期找到估测早籼稻籽粒粗蛋白含量的最适模型。研究发现,在孕穗期514、580、638和695nm波长处冠层一阶微分光谱反射率与籽粒粗蛋白含量相关性达到极显著水平;在基于敏感波长的估测模型中,四元线性模型估测效果最佳,其建模集R ²、RMSE和RE分别为0.566、0.342%和2.874%,验证集R ²、RMSE和RE分别为0.518、0.154%和1.303%;在基于光谱参数构建的估测模型中,DSI(R′₅₁₄和R′₆₃₈)为自变量构建的多项式模型估测效果较优,其建模集R ²、RMSE和RE分别为0.638、0.312%和2.639%,验证集R ²、RMSE和RE分别为0.581、0.230%和2.307%。     

单作套作大豆叶片氮素积累与光谱特征

种植模式和氮肥水平直接影响作物的生长和氮素的吸收,无损、即时监测大豆叶片氮素水平对大豆生产中的氮肥精确管理十分重要。本研究设置4个氮肥水平,分析单作套作下大豆在不同生育时期叶片氮素动态和光谱特征,明确对叶片氮素敏感的光谱特征参数,构建单作套作大豆通用的叶片氮素积累量估测模型。结果表明,随大豆生育时期的推进,单作套作种植模式下的大豆冠层叶片氮素积累量均呈现单峰变化趋势,最大值出现在N3处理下的结荚期,两种模式两年最大值平均分别为8.70 g m~(–2)和8.38 g m~(–2);不同生育时期和种植模式的大豆冠层原始反射光谱的变化规律与冠层叶片氮素变化规律均为先增加后降低,原始反射光谱在700~1000 nm波段的反射率以结荚期为拐点先增大后减小,最大反射率达到60%~70%左右;通过对单作套作大豆冠层光谱一阶导数变换,红边幅值呈现先增加后降低的趋势,同时红边位置随叶片氮积累量的增加和减小出现"红移"与"蓝移"现象。经波段自由组合和回归分析表明,以DSI(771、755)构建的线性(y=–1.249+3.209x,R~2=0.847)和乘幂(y=–1.470x~(1.676),R~2=0.872)模型能较精确地估测不同生育时期大豆冠层叶片氮素状况。     

2014年~2019年河北省收获玉米质量情况调查

为了掌握河北省收获玉米质量情况,为承储企业收购粮食、加工企业选择优质玉米提供有力的技术支持,对2014年~2019年河北省收获玉米质量进行调查。分别对容重、不完善粒含量、水分、淀粉含量、粗蛋白质含量、粗脂肪含量和百粒重等指标从不同年份变化、不同城市间平均值比较进行分析。结果表明:2014年~2019年河北省新收获玉米质量均处于较好水平。2018年为玉米质量最好年份,容重最高,不完善粒含量和水分最低;13个市的玉米质量进行比较,容重、不完善粒均达到一等要求,水分均控制在安全水分以下。秦皇岛市、辛集市容重为各市最好,并且不完善粒和水分含量最低;而且,秦皇岛市新收获玉米的粗蛋白质、粗脂肪含量为各市最高,淀粉含量最低。     

花生籽仁蛋白质含量近红外光谱模型的建立

采用近红外漫反射光谱非破坏性分析,结合偏最小二乘法,以河北省地方花生品种为研究对象建立了花生籽仁蛋白质含量的近红外光谱模型。结果表明,对原始光谱数据采用一阶导数+变量标准化处理的方法建立的模型其校正或预测效果最佳。该模型的校正集和验证集决定系数分别为0.9245和0.9018,校正标准误和预测标准误分别为0.3601和0.4153。用该模型对16个未参与建模的花生品种进行了预测,结果表明该模型具有很好的预测能力,可以用于花生品种蛋白质含量的快速检测。     

利用冠层反射光谱预测小麦籽粒品质指标的研究

以两个专用小麦品种为材料，系统分析了小麦花后冠层反射光谱特征和籽粒品质形成的动态变化规律以及两者之间的关系。结果表明，花后冠层光谱反射率在可见光波段逐渐升高，而在近红外波段逐渐降低。开花期反射光谱与籽粒品质指标相关较好，但用来直接预测籽粒品质还存在一定的局限性。由于反射光谱能可靠推断叶片氮素状况，而     

应用近红外反射光谱法整粒测定小样品油菜籽含油量的研究

以完整油菜籽为样品,通过光谱预处理和回归统计方法来优化油菜籽含油量的近红外反射光谱法所建立回归方程,同时采用三种不同用量的样品杯进行近红外扫描分析.结果表明,光谱预处理对较正结果影响较大,不同光谱数学处理以3级导数处理较好,综合考虑定标组和检验组的效果,采用"2,3,3,1"、 "2,6,6,1"和"3,3,3,1"的三种处理组合较好     

小麦-玉米轮作体系下长期定位秸秆还田对籽粒产量及品质的影响

以莱阳潮土区长期定位秸秆还田小麦-玉米轮作为研究对象,探讨秸秆还田条件下施用氮肥以及单施有机肥对小麦、玉米产量以及籽粒品质的影响。采用氨基酸组成分析法、半微量凯氏定氮法以及残余法,对不同秸秆还田施肥处理下籽粒品质做出分析,得出2季秸秆还田施氮肥(WCN)处理小麦、玉米籽粒粗脂肪含量较1季秸秆还田施氮肥(WN)处理显著提高5.72%和9.49%。秸秆所占比例越大越有利于提高籽粒粗脂肪含量。WCN处理小麦、玉米籽粒蛋白质含量较2季秸秆还田(WC)处理显著提高32.53%,72.44%,表明氮肥所占比例越大越有利于提高蛋白质含量。单施有机肥与2季秸秆还田施氮肥能显著提高小麦、玉米产量。不同秸秆还田处理对小麦籽粒赖氨酸、胱氨酸、丙氨酸影响较小,对玉米籽粒胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸影响也较小,除天门冬氨酸、亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸、胱氨酸、丙氨酸外,长期不同秸秆还田处理对其他氨基酸的影响趋势与氨基酸总量的变化规律类似。综上所述,在秸秆还田的基础上配施氮肥能够得到较高的产量,提高籽粒品质。     

作物种子的营养成分与其萌发特性关系的探讨

选择7种作物种子,测定百粒重、发芽率以及发芽期间的丙二醛浓度和酶活性指标的变化情况,结果表明,种子粗脂肪与淀粉含量呈负相关,可溶性糖含量与粗脂肪含量和淀粉含量无相关关系。样本间百粒重和4d发芽率区别明显,且二者之间没有相关性;二者主要与粗脂肪含量呈正相关。发芽期间,淀粉类种子MDA含量较低且为逐步上升趋势,脂肪类种子MDA含量较高且为先升后降趋势,并且随粗脂肪含量的增加而升高,随可溶性糖和淀粉含量的增加而降低。淀粉类种子POD活性呈下降趋势,脂肪类种子POD活性变化较复杂,主要随着粗脂肪含量的增加而上升。CAT活性呈逐步上升趋势,SOD活性呈逐步下降趋势,这2个指标的变化趋势在淀粉类种子和脂肪类种子之间没有区别,主要随可溶性糖含量的增加而下降。总体来看,相对于脂肪类种子,淀粉类种子在萌发方面具有一定的优势,生产中可以适当降低播种量。种皮较厚的种子出苗率较高但发芽速度慢,生产中最好采取一定的催芽引发措施,以促进其出苗。     

基于水稻冠层光谱特征构建粳型水稻籽粒蛋白质含量预测模型

水稻籽粒蛋白质含量是评价稻米品质的主要指标之一。本文以不同施氮水平下的4年田间试验为基础,系统分析了水稻成熟籽粒蛋白质含量与不同时期冠层反射光谱的相关性。结果显示,籽粒蛋白质含量与可见光波段(460~710 nm) 反射率呈负相关,与近红外波段(760~1 220 nm) 反射率呈正相关,其中孕穗期冠层单波段反射率与成熟籽粒蛋白质含量的相关性最高,在16个波段中以760 nm波段反射率与籽粒蛋白质含量的拟合效果最好,复相关系数达0.795。进一步分析比值植被指数、差值植被指数、归一化植被指数和红边参数等光谱参数与成熟籽粒蛋白质含量的相关性,运用线性逐步回归分析方法对相关拟合较好的16个参数进行筛选,建立了水稻成熟籽粒蛋白质含量（GPC）监测模型,GPC=－0.15× DVI(1 500, 950) + 3.00。利用不同年份不同品种及不同施氮水平下的观测数据对模型进行检验,预测值和实测值的精确度为0.56~0.86,准确度为0.85~1.18,根均方差（RMSE）为3.51%~19.91%,表明模型预测值与实测值之间符合度较高,对水稻成熟籽粒蛋白质含量具有较好的预测性。