棉花叶绿素密度和叶片氮积累量的高光谱监测研究

利用非成像高光谱仪,获取棉花不同品种、不同密度冠层关键生育时期的反射光谱数据,应用光谱多元统计分析技术,研究表明,棉花冠层叶绿素密度（CH.D）和叶片氮积累量（LNA）分别在反射光谱762 nm和763 nm处的相关系数达最大值（R_CH.D= 0.8845**和R_LNA= 0.7870**,n = 47）;而一阶微分光谱数据对CH.D、LNA最敏感的波段均发生在750 nm处(R_CH.D= 0.9098**和R_LNA = 0.9164**,n = 47);采用47个建模样本的一阶微分光谱750 nm处的数值与棉花冠层CH.D建立线性相关模型方程,估算47个检验样本的棉花冠层CH.D,再根据CH.D与LNA建立的线性相关方程估算检验样本的LNA,47个检验样本的实测LNA与估测LNA极显著线性相关（R = 0.8982**,n = 94）,模型方程的估算精度达86.3%,实测值与估算值的R_MSE = 1.0155,相对误差为0.1380。说明基于高光谱数据的棉花冠层叶绿素密度的遥感估测,可以间接用于棉花冠层叶片氮积累量的监测研究。     

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。     

基于光谱指数和偏最小二乘的棉花类胡萝卜素/叶绿素a比值估算

类胡萝卜素(Car)与叶绿素a含量比值(Car/Chla)的变化与植被生长发育变化、环境胁迫及叶片衰老特征等密切相关,可作为植被生理生态及物候的监测指标。不同植被类型和植被品种其色素变化随植被生长发育呈现出不同的变化特征。为了探究适用于干旱区棉花Car/Chla比值估算的光谱指数和估算方法,本研究通过2011年和2012年连续2年的大面积田间试验,获取了棉花不同生育期的叶片及冠层尺度光谱反射率及色素含量信息,对多种光谱指数及偏最小二乘回归(Partial Least Square Regression, PLSR)用于Car/Chla比值和Car估算进行了探讨。对比表明,基于光化学指数(PhotochemicalReflectanceIndex,PRI)的线性和一元二次模型对Car/Chla比值和Car的估算精度最高,由PRI-Car/Chla线性模型得到的叶片和冠层尺度的Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R2大于0.6, PRI-Car的R2大于0.36;基于PLSR模型得到的Car/Chla比值估算值与实测值之间的拟合关系略优于基于PRI的估算模型,由其得到的叶片及冠层尺度Car/Chla比值估算值与实测值之间的决定系数R2大于0.80,Car估算值与实测值之间R2大于0.73;不论基于PRI还是基于PLSR方法,对Car/Chla比值的估算精度均高于Car含量,该结论进一步证实了Car/Chla比值遥感监测的可行性,丰富了对棉花生长高温胁迫、养分胁迫等环境胁迫及病虫害等遥感监测的依据指标。     

基于高光谱数据的棉花冠层FPAR和LAI的估算研究

 通过非成像高光谱仪和光量子传感器,获取了棉花2品种4水平种植密度冠层关键生育时期的反射光谱数据和光合有效辐射值;利用光谱多元统计分析技术与微分处理,分析表明,反射光谱813 nm（_ρ813）和758 nm（_ρ758）处分别是光合有效辐射截获量（FPAR）和叶面积指数（LAI）的敏感波段。用反射率_ρ813和_ρ758分别与FPAR和LAI建立的线性相关模型方程估测FPAR和LAI,经检验,它们的实测值与估测值之间均呈极显著的线性相关（r_FPAR=0.7199^**,r_LAI=0.6430^**,α=1％,n=70）,模型方程的估算精度分别达96.5%、81.7%;而一阶微分光谱数据与FPAR在350 ~2500 nm波段范围相关不显著,与LAI的最大相关发生在734 nm波段处。基于一阶微分光谱_ρ′734与棉花冠层LAI线性相关的模型方程,估测LAI,实测值与估测值之间呈极显著的线性相关（r_LAI=0.6947^**,α=1％,n=70）,估算精度为82.4%,与反射光谱758 nm估测LAI的精度接近。结果表明,棉花冠层光谱数据可以对光合有效辐射截获量FPAR和LAI进行实时、无损、动态、定量的估算。     

基于红边参数的棉花冠层叶片氮积累量之估算研究

测试了棉花2个品种4水平种植密度的4个关键生育时期冠层反射光谱,应用微分技术处理棉花冠层反射光谱,提取了红边(680～750nm)波段范围的最大一阶微分值(Dr)和红边面积(SDr)参数。分析了棉花冠层红边参数在不同生育期的变化特征和棉花吐絮期的两种生长类型的冠层红边状况,表明红边位置可以指示它们的氮素状况。以新陆早8号的SDr为自变量与对应的LNA为因变量进行相关分析,SDr与冠层LNA达1%极显著相关(R=0.9186**,n=32),利用其构建的模型方程估算新陆早6号的LNA,实测LNA和估测LNA的估计标准差为0.8909g/m2,估算精度为88.1%(R=0.9277**,n=32),说明采用高光谱提取的红边参数信息是无损实时、快捷评价棉花氮素状况的有效方法。     

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。     

棉花叶面积指数和地上干物质积累量的高光谱估算模型研究

 用ASD FieldSpec光谱仪实测棉花冠层不同生育时期的高光谱数据,同期获取棉花叶面积指数(LAI)和地上干物质积累量(Above-ground Dry Matter Accumulation,ADMA)。分析棉花冠层反射光谱与棉花LAI、地上部干物质积累量（ADMA）的相关关系,分析结果表明,反射光谱数据与棉花LAI、ADMA的相关系数的最高值分别发生在783 nm（r=0.6394^**）和766 nm处(r=0.6287^**);对反射光谱数据进行统计分析,建立了基于比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)的5种函数形式的棉花LAI、ADMA估测模型。经检验,基于RVI的估测模型具有较高的精度;对一阶微分光谱数据与棉花LAI和ADMA的逐步回归相关分析表明,敏感波段分别发生在736 nm（r=0.6769^**）和742 nm处(r=0.6847^**)。由736 nm、742 nm波段处的微分数值建立的LAI和ADMA线性回归估测模型,R值均达到了1%极显著的检验水平,说明一阶微分光谱敏感波段的数值,对棉花LAI和ADMA具有一定的估算能力。     

玉米粗脂肪含量高光谱估算模型初探

通过测定不同品种玉米不同器官（叶片、茎、穗和叶鞘）的室内光谱反射率及其对应的粗脂肪含量,采用相关性分析以及单变量线性拟合分析技术,对粗脂肪含量与原始光谱反射率、光谱反射率一阶微分之间的关系进行了分析。结果表明,采用高光谱反射率对玉米粗脂肪含量进行估算具有可行性。对所构建的方程采用3类指标进行精度检验,认为由1 954 nm处光谱反射率一阶微分所构建的指数模型可对玉米粗脂肪含量较好地预测。     

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。     

小麦籽粒蛋白质含量高光谱预测模型研究

为定量分析小麦籽粒蛋白质含量、叶片氮素营养指标、冠层高光谱参数的相互关系,确立能够准确预测小麦籽粒蛋白质含量的敏感光谱参数和定量模型,2003—2006年在连续3个生长季不同小麦品种和不同施氮水平的4个大田试验条件下,于小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株氮素含量和籽粒蛋白质含量。试验1以低蛋白质含量的宁麦9号和高蛋白质含量的豫麦34为材料,试验2以低、中、高蛋白质含量的宁麦9号、扬麦12和豫麦34为材料,试验3以低蛋白质含量的宁麦9号、中蛋白质含量的扬麦10号和淮麦20以及高蛋白质含量的徐州26为材料,试验4以低蛋白质含量的宁麦9号和中蛋白质含量的扬麦10号为材料。结果显示,不同品种小麦的籽粒蛋白质含量随施氮水平的提高而增加,可以通过开花期叶片氮含量和氮积累量进行可靠的估测。而不同试验条件下的叶片氮含量和氮积累量可以基于统一的光谱参数进行定量反演,其中基于REPle和mND705的叶片氮含量监测模型及基于SDr/SDb和FD742的叶片氮积累量监测模型,具有可靠的预测性和适用性。根据特征光谱参数—叶片氮素营养—籽粒蛋白质含量这一技术路径,以叶片氮素营养为交接点将两部分模型链接,建立了基于开花期高光谱参数的小麦籽粒蛋白质含量预测模型,经独立资料检验表明,以参数mND705、REPle、SDr/SDb和FD742为变量建立成熟期籽粒蛋白质含量预报模型均给出较好的检验结果。因此,利用开花期关键特征光谱指数可以直接评价小麦成熟期籽粒蛋白质含量状况,其中基于mND705参数的预测模型更为准确可靠。     

水分胁迫下湿地松优良半同胞家系光合色素的响应

为研究湿地松半同胞家系光合色素对水分逆境的响应，采用盆栽试验和吸光度测定方法，以湿地松普通种子为对照（CK），测定了七个湿地松优良半同胞家系在弱度水分胁迫（土壤相对含水量为55%~60%）、中度水分胁迫（土壤相对含水量为35%~40%）和强度水分胁迫（土壤相对含水量为20%~25%）条件下的光合色素，对湿地松优良半同胞家系在不同水分胁迫条件下的光合色素进行了研究，结果表明：无论是不同水分梯度还是不同家系水平，Chl、Chla、Chlb、Chla/Chlb、Caro、Caro/Chl均有极显著差异；从正常水分至水分胁迫初期Chl、Chla、Chlb、Chla/Chlb稍微下降，后随着水分胁迫程度的加深下降较快，从正常水分至水分胁迫初期Caro、Caro/Chl先稍微下降，胁迫中期上升，胁迫后期下降；所有半同胞家系的Chl、Chla、Chlb、Chla/Chlb、Caro高于普通种（ck），在水分胁迫条件下家系464、1027的Chl、Chla、Chlb、Chla/Chlb、Caro高于家系的平均水平，家系609、46的Caro/Chl值高于家系的平均水平。在水分胁迫条件下具有较高的光合色素是家系464、1027生长快、产量高的主要生理原因之一。     

不同生育时期玉米洪涝胁迫遥感监测与评估

In order to set up remote sensing monitoring and evaluation technology of maize flood stress and loss, a simulation experiment with different flood stress degrees was developed at different stages. Chlorophyll content, canopy spectral reflectance and coverage were monitored in vivo, and yield level was tested finally. The results showed that chlorophyll content decreased under flood stress at jointing and filling stages. The decreasing extend was significant at jointing stage and the value of maximal relative change reached -56.30%. There was little influence on chlorophyll at silking stage. Flood stress could reduce the coverage, especially at jointing stage, the most serious treatment was only 46.33%, followed by silking stage and filling stage. Flood stress reduced production at last, and the reduction was more serious in the early stage than in the later stage. There was a negative correlation between reflectance and flood stress degree at jointing stage and silking stage. It was extremely significantly difference at near infrared platform bands and significantly at green peak bands. There was no significant positive correlation between reflectance and flood stress degree at filling stage. Reflectance and spectral indexes with extremely significant correlation can be used to monitor flood. Two models with DSIPI were set up to evaluate flood loss at jointing and silking stage separately.     

不同生育时期玉米洪涝胁迫遥感监测与评估

为建立玉米洪涝灾害遥感监测和评估技术,本研究开展不同生育期不同程度的模拟试验,持续活体监测叶片叶绿素、冠层光谱和覆盖度并测产。结果表明,拔节期洪涝胁迫可显著降低叶绿素含量,最大程度相对变化值达-56.30%,吐丝期胁迫对叶绿素无影响,灌浆期胁迫促使叶绿素下降但并不明显。洪涝胁迫能降低覆盖度,拔节期影响最大,胁迫严重的覆盖度仅46.33%,吐丝期次之,灌浆期较小。洪涝胁迫造成的减产,生育前期影响比后期严重。拔节期和吐丝期各波段反射率与洪涝胁迫程度呈负相关关系,近红外平台波段达到极显著水平,绿峰波段次之,达到显著水平。灌浆期各波段反射率与洪涝胁迫程度呈正相关关系,相关性未达到显著水平。与胁迫程度呈极显著相关的光谱反射率和植被指数可以用于监测玉米洪涝灾害。最终基于胁迫之后与胁迫前的结构不敏感色素指数SIPI的差值DSIPI,建立拔节期和吐丝期洪涝胁迫产量损失率评估模型。     

利用冠层光谱监测小麦籽粒蛋白质积累动态

于2003-2006年连续3个生长季, 利用不同小麦品种在不同施氮水平下进行大田试验,在小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株氮素含量、生物量和籽粒蛋白质积累量(GPA)。通过定量分析小麦籽粒蛋白质积累量、冠层氮素营养指标及高光谱参数的相互关系,确立了能够准确预测小麦籽粒蛋白质积累动态的敏感光谱参数及定量模型。结果表明,在籽粒灌浆期间冠层氮素营养指标(CNNI)自开花期随时间进程的积分累积值与对应时期籽粒蛋白质积累状况存在显著的定量关系,其中植株氮积累量(PNA)表现最好。对冠层氮素营养指标的光谱估算,在不同品种、氮素水平、生育时期和年度间可以使用统一的光谱模型。根据特征光谱参数-冠层氮素营养指标-籽粒蛋白质积累量这一技术路径,以冠层氮素营养指标为交接点将两部分模型链接,建立高光谱参数与籽粒蛋白质积累量间定量方程。经不同年际独立数据的检验,基于SDr/SDb–PNA–GPA技术路径建立模型可以估算小麦籽粒生长过程中蛋白质积累动态,预测精度和相对误差分别为0.954和13.1%。因此,利用关键特征光谱参数可以实时监测小麦籽粒生长进程中蛋白质积累状况。     

基于高光谱植被指数的棉田冠层特征信息估算模型研究

 采用ASD Field Spec Pro VNIR 2500型光谱辐射仪获取了棉花不同生育时期的冠层高光谱反射率。并通过光谱分析技术，建立了基于高光谱植被指数——归一化植被指数和比值植被指数的棉田冠层特征信息的定量模型。经过对估算模型的精度检验和评价，最终筛选出表征棉花冠层结构特征参数的最佳估算模型。结果表明，基于归一化植被指数预测棉花叶面积指数，以幂函数（y=11.084x^12.024，r=0.8076^**）的模型为最优；基于比值植被指数预测棉花单位面积地上部鲜生物量，以指数函数（y=52.261·exp(0.1024x)，r=0.8114^**）的估计模型为最优；基于比值植被指数预测棉花单位面积地上部干生物量，以指数函数（y=9.5552·exp(0.1133x)，r=0.8330^**）的模型为最优。可见，利用高光谱遥感技术可以分析、模拟、评价、预测棉花冠层特征参量，为精准种植棉花提供了依据。     

钙对低磷胁迫杉木叶绿素及其荧光特性的影响

通过设计7个钙磷浓度室内水培模拟试验,进行不同钙磷胁迫杉木叶绿素及其荧光参数的比较,探讨钙对低磷环境杉木抗逆性的影响。结果表明：随着低磷胁迫时间的推移,不同钙浓度处理杉木叶绿素含量变化明显,与正常供养CK处理相比,钙对缓解低磷逆境杉木叶绿体受伤程度、保持较高光合效率有显著作用,其中钙浓度Ⅳ（2.0 mmol/L）和Ⅴ（1.0 mmol/L）的这种作用尤为明显。无磷无钙Ⅵ处理条件下杉木叶片PSⅡ反应中心破坏最为严重,且受光抑制程度最大,处理Ⅲ和Ⅳ则较小。施钙可有效缓解低磷胁迫对Fm值的抑制作用。     

UV-B辐射增强对甘薯光合特性和紫外吸收物质的影响

为探索UV-B辐射增强对甘薯光合特性和紫外吸收物质含量的影响,以徽薯为试验材料,以自然光为对照,设2个UV-B辐射增强处理[在自然光基础上增加UV-B辐射3.6和7.2kJ/(m ²·d)分别编号为T1、T2处理],测定不同辐射强度下光合色素含量、光合作用参数和紫外吸收物质含量。结果表明：叶绿素a（Chla）、叶绿素b（Chlb）、类胡萝卜素（Car）和叶绿素a/b的值均随UV-B辐射强度的增加而降低,且Chla、Chlb和Car分别在处理第100、80和40天时对辐射变化最敏感;净光合速率（P_n）显著下降,气孔导度（G_s）降低,胞间CO₂浓度（C_i）和蒸腾速率（T_r）无明显变化规律,气孔限制值（L_s）的变化趋势与C_i相反;紫外吸收物质显著升高,呈CK相似文献