倒伏春性冬小麦冠层光谱特征及倒伏严重度预测

采用高光谱仪测定不同春性冬小麦品种于不同时期倒伏的群体冠层光谱反射率,分析不同倒伏条件下的小麦冠层光谱特征,建立可快速、有效监测小麦倒伏严重程度的数学模型,为合理评价倒伏程度提供依据。结果表明,小麦倒伏后冠层光谱反射率增加,可见光波段550 nm附近出现1个波峰,670 nm附近出现1个波谷;近红外波段1 000 nm处出现1个较明显的波动,呈现2个波谷,1个波峰。同一倒伏级别下,倒伏时期不同,光谱反射率曲线存在差异,可见光波段乳熟末期冠层反射率高于开花期光谱反射率,而近红外波段恰好相反;在同一倒伏时期,倒伏级别越高,光谱反射率越大。倒伏级别与冠层光谱反射率的相关系数于760 nm处达最大(r=0.973 4**)。与NDVI、RVI、DVI相比,采用760 nm处冠层光谱反射率和DVI可有效评估春性冬小麦倒伏严重度。     

高光谱对冬小麦倒伏的响应

为了解冬小麦倒伏与冠层光谱的响应关系,以2013年6月的倒伏冬小麦为研究对象,通过测定倒伏角度及其冠层光谱,研究倒伏程度与冬小麦冠层原始光谱的关系,并进一步分析倒伏冬小麦与红边特征参数的响应规律。结果表明,在可见光范围内(400~760 nm),倒伏冬小麦的反射率比正常冬小麦的反射率高,冬小麦的倒伏程度与光谱反射率呈正相关;倒伏冬小麦在倒伏角度为20°~60°范围内,光谱反射率的增长速率大致相同。分析红边参数可知,倒伏冬小麦的红边位置随着倒伏程度的增加会发生红移现象,且红边幅值、红边面积随着倒伏程度的增大而增大。研究表明,冬小麦冠层高光谱能够敏感响应冬小麦倒伏程度,可为采用光谱遥感技术实时、快速、无损监测冬小麦倒伏奠定一定的理论基础。     

基于冠层光谱红边参数和植被指数的 冬小麦水分胁迫监测

基于冬小麦不同水分胁迫试验,采用便携式光谱仪测定冬小麦抽穗期、开花期和灌浆期受不同水分胁迫处理的冠层光谱反射率,分析不同水分处理下冬小麦冠层光谱特性,并对植被指数、红边参数与冠层叶片含水率和土壤含水率进行相关性分析,构建各生育期叶片含水率和土壤含水率的最佳监测模型,实现对冠层叶片含水率以及土壤含水率的监测评估。结果显示,在整个生育期,冬小麦的冠层光谱反射率在可见光范围呈现绿峰红谷,尤其在旺盛生长时期,随着水分胁迫程度加深,绿峰红谷逐渐变得不明显,红谷抬升幅度增大;相反,在近红外波段范围内水分胁迫主要使得反射率表现为明显下降;冬小麦红边参数随生长进程呈蓝移现象,灌浆期受胁迫程度越重的红边参数越低;植被指数(EVI、NDVI、SAVI、WI)在开花期之后具有不同程度的下降趋势,至灌浆期有大幅度减小,且随受胁迫程度加深植被指数下降幅度增大;植被指数和红边位置、红边面积在灌浆期与叶片含水率和土壤含水率有显著相关,其中植被水分指数WI、归一化植被指数NDVI和红边位置λ_(red)相关性较佳,其建立的叶片含水率和土壤含水率估算模型效果较好,决定系数r~2均大于0.84,平均相对误差(MRE)≤0.207。综合分析认为,冠层反射光谱特征和植被指数与冬小麦冠层叶片含水率和土壤含水率相关性良好,可利用高光谱遥感参数对冬小麦的水分状况进行快速、准确监测。     

灌浆期小麦倒伏后光谱变化特征

[目的]研究灌浆期小麦倒伏后的光谱变化特征。[方法]通过人工模拟小麦灌浆期的倒伏现象,采用光谱仪测量倒伏小麦的光谱反射率,分析了冠层光谱变化的原因及特征。[结果]小麦倒伏越严重,植株光谱变化特征越明显。小麦倒伏后,其冠层光谱反射率整体增大。其中,灌浆前、中期5级倒伏小麦在近红外波段的反射率最高。随着时间的推移,正常生长和倒伏的小麦冠层光谱反射率发生了同样的变化。[结论]该研究为使用遥感影像监测目标区域、获得倒伏面积及受灾程度提供了理论基础。     

河南省冬小麦倒伏多角度光谱曲线研究

2014年利用人工模拟的方法开展了冬小麦倒伏试验。在冬小麦4个生育时期设定了与竖直方向呈30°(C1),60°(C2)和90°(C3)3种倒伏梯度和正常生长0°(CK)4个处理,通过SAC光谱仪监测冬小麦倒伏获取冬小麦在不同时间、不同倒伏程度情况下的光谱数据,分析冬小麦光谱反射率曲线图,总结冬小麦倒伏后光谱反射率的变化特征。结果表明,正常生长的冬小麦和倒伏冬小麦的反射率特征一致,红色波段反射率最低,近红外波段的反射率最高,发生倒伏后对应的反射率在可见光波段和近红外波段整体上升,倒伏角度越大,反射率越高。对比冬小麦倒伏后光谱反射率和遥感影像亮度值的变化,可监测冬小麦倒伏时间、受灾程度,预测产量损失。在本研究基础上可实现利用遥感技术对冬小麦倒伏地区的动态监测。     

旱区糜子农田冠层高光谱反射特征研究初报

高光谱遥感监测技术能快速获取作物冠层相关参数信息,是实时监测作物长势的重要技术。为探索不同糜子品种的冠层光谱反射特征,试验研究了不同品种和不同栽培密度条件下糜子冠层光谱反射率,并分析了其红边特性。结果表明,不同品种糜子的光谱反射率在总体上呈现一致的变化趋势,在各波段存在不同的差异;不同密度梯度下,最大密度处理D3的光谱反射率在350~1 000 nm波段略大于其他处理,其余波段差异不显著;从开花期到灌浆后期,光谱的红边位置出现"蓝移"现象,红边幅值减小。     

干旱胁迫对冬小麦冠层光谱及红边参数的影响

[目的]干旱是影响我国北方麦区的重要气象灾害之一。及时准确获取和掌握麦田干旱情况,对各级政府部门做出相应决策、采取积极有效的防旱、抗旱措施具有重要意义。作物冠层光谱分析是进行作物长势监测及灾害诊断的基础和有效手段,探索干旱胁迫下冠层光谱特征的变化规律,可为作物田间干旱遥感监测的展开提供先决条件。[方法]利用野外光谱测量仪对干旱胁迫下冬小麦冠层光谱进行采集,并对光谱特征及红边参数变化趋势进行分析。[结果]在可见光波段,光谱反射率为成熟期灌浆期抽穗期开花期拔节期孕穗期;在近红外波段,光谱反射率为抽穗期开花期拔节期孕穗期灌浆期成熟期。随着生育期的推进,红边幅值先增大后减小(max=0.007 6,min=0.001 3),红边位置先红移后蓝移(max=739 nm,min=700 nm),红边面积先增加后减小(max=0.316 73,min=0.070 69)。干旱胁迫越重,绿峰越不明显,红谷越浅,近红外平台越低;干旱胁迫越轻,绿峰越凸出,红谷越深,近红外平台越高。随着干旱胁迫程度的增大,红边幅值逐渐减小(max=0.008,min=0.00571)、红边位置逐渐蓝移(max=737 nm,min=727 nm)红边面积也逐渐减小(max=0.320 65,min=0.243 66)。[结论]研究结果可为实现快速、精准的农业干旱遥感监测提供参考及依据。     

不同灌溉条件下冬小麦叶面积指数的高光谱监测

LAI是作物长势监测的一个重要指标,实时、无损和准确地估测冬小麦LAI具有重要的实践意义。通过对冬小麦进行不同的灌溉处理试验,研究LAI与冠层光谱反射率的关系,计算350～2 450 nm不同波段组合的原始光谱指数和导数光谱指数,筛选最优波段组合光谱指数,并建立LAI的监测模型。结果表明,冬小麦LAI与冠层光谱反射率和不同波段组合光谱指数相关性较好;冬小麦LAI监测的最优光谱指数为DVI(435,447),以此为自变量建立的指数模型y=10.669e~(-701.9x)表现最优,模型最稳定。     

不同氮肥条件下冬小麦冠层高光谱特征及红边参数变化

为快速、准确、无损地监测小麦长势和营养状况,对不同氮素处理下4个小麦品种的冠层高光谱信息进行分析,并进行了红边参数与农学组分的相关分析。结果表明,在同一氮肥条件下,同一品种小麦在不同生育期的冠层高光谱反射率差异明显,且在近红外波段的差异大于可见光波段。随着氮肥施用的增加,近红外反射率有明显升高的趋势,而可见光处反射率降低并呈单峰曲线,且随着施氮量的增加反射光谱的红边和绿峰分别发生红移、蓝移。在冬小麦红边参数中,红谷位置、最小振幅及绿峰位置与农学组分之间呈负相关,而其余各红边参数与农学组分之间呈极显著正相关;建立了基于红边振幅的各个组分之间的回归统计模型,且模型较为稳定。     

倒伏胁迫下玉米抽雄期叶面积密度光谱诊断

【目的】叶面积密度（leaf area density,LAD）反映作物在垂直方向上体积内叶面积总量的差异,体现作物冠层内叶面积随着高度变化的分布状况。本文旨在探索玉米叶面积密度对于倒伏胁迫强度的表征能力及其光谱响应规律。【方法】以抽雄期倒伏夏玉米为研究对象,获取倒伏后玉米多期LAD及冠层光谱数据,对倒伏玉米冠层光谱进行一阶微分和小波变换处理,根据LAD与冠层光谱一阶微分及小波分解系数的相关性分析,筛选LAD敏感波段和最佳小波分解尺度,采用偏最小二乘法构建倒伏玉米LAD光谱诊断模型,并利用实测样本验证模型精度。【结果】玉米LAD随着倒伏胁迫程度的增强而增大,LAD可有效表征玉米倒伏胁迫强度及其自身恢复能力;玉米倒伏后冠层结构发生较大变化,倒伏玉米冠层光谱反射率较正常玉米整体增高,近红外波段的增幅相比可见光波段更高,倒伏强度越强则光谱反射率越高;LAD敏感波段主要分布在蓝光波段354—442、472—495 nm和红光波段649—829 nm以及近红外波段903—1 195 nm和1 564—1 581nm;同一阶微分处理相比,基于连续小波变换的玉米倒伏LAD诊断模型的验证R²提高6.08%—9.11%,RMSE降低23.08%—31.63%;小波分解尺度对LAD诊断精度有一定的影响,中低尺度模型精度优于高尺度模型,其中第5尺度构建的模型对LAD的拟合效果最优（R²=0.898,RMSE=1.016）。【结论】利用连续小波变换技术对玉米冠层高光谱解析,可有效诊断倒伏胁迫下的玉米叶面积密度,可以为玉米倒伏胁迫灾情遥感监测提供必要的先验知识。