高光谱反射率与大豆叶面积及地上鲜生物量的相关分析

以ASD FieldSpec光谱仪实测了不同生长季大豆的冠层高光谱，同期采集了对应大豆LAI、地上鲜生物量。逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI、地上鲜生物量的相关关系；采用单变量线性回归逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI、地上鲜生物量确定性系数随波长的变化趋势；并建立了以近红外与可见光波段的冠层光谱反射率的比值植被指数RVI与大豆LAI、地上鲜生物量的高光谱遥感估算模型。结果表明，冠层光谱反射率在350～680 nm、760～1050 nm波谱区与大豆LAI、地上鲜生物量相关性     

利用高光谱估测干旱胁迫下接菌根菌大豆叶绿素含量

该研究旨在利用高光谱遥感动态监测干旱胁迫下接种菌根植物生长状况,为菌根技术在旱区农业中的推广提供一定的理论基础。以盆栽大豆为对象,在不同接种丛枝菌根时期采用高光谱遥感技术监测不同干旱胁迫下接菌和不接菌处理大豆叶片的叶绿素含量变化,对比分析了3个水分梯度下及同一水分梯度下接菌和不接菌处理的大豆地上部分干质量、叶绿素含量和叶片光谱在可见光和近红外区域的响应特征差异,建立了大豆叶绿素含量与多个光谱变量的估测模型。研究结果表明:接菌第45天和第64天,同一水分梯度下接菌大豆地上部分干质量优于不接菌处理,且其叶绿素含量也高于不接菌,这些差异在叶片光谱曲线特征中同样得以反映,接种菌根在一定程度上可以缓解干旱胁迫对植物生长的影响;基于多元线性逐步回归方法建立的一阶微分模型能较准确地估测干旱胁迫下接菌大豆的叶绿素含量,其模型决定系数和预测检验决定系数分别为0.90和0.84,具有较高的精度和良好的预测能力。     

基于光谱技术的大豆豆荚炭疽病早期鉴别方法

为更好地指导农户进行植物病害防治,提高大豆豆荚的商品性,减少损失,需要运用快速有效的方法来进行大豆豆荚炭疽病的早期检测。该文应用可见-近红外光谱技术结合连续投影算法(SPA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM),实现了大豆豆荚炭疽病的早期快速无损检测。对194个大豆豆荚样本进行光谱扫描,通过不同预处理方法比较,建立了大豆豆荚炭疽病早期无损鉴别的最优偏最小二乘法(PLS)模型。同时应用主成分分析(PCA)和连续投影算法(SPA)分别了提取最佳主成分和有效波长,并将其作为LS-SVM的输入变量,建立了PCA-LS-SVM和SPA-LS-SVM模型,以样本鉴别的准确率作为模型评价指标。试验结果显示PCA-LS-SVM和SPA-LS-SVM模型都获得了比较满意的准确率,且SPA-LS-SVM模型的准确率最高为95.45%。研究表明,SPA能够有效地进行波长选择,进而使LS-SVM模型获得较高的鉴别率,说明应用可见-近红外光谱技术鉴别大豆豆荚炭疽病是可行的。这为进一步应用光谱技术进行大豆生长对逆境胁迫的反应提供了新的方法,为实现大豆病害的田间实时在线检测提供参考。     

基于近红外光谱的大豆叶片可溶性蛋白含量快速检测

可溶性蛋白是植物生化及抗性生理研究的重要指标之一。快速、准确、无损测定可溶性蛋白含量对作物生长状况的动态监测及抗性作物品种的筛选具有重要意义。近红外光谱具有快速、简单方便、非破坏性的特点,已在农业、食品、化工等领域广泛应用,尤其是近年来基于光谱技术快速无损的获取作物生理生化信息的研究已成为当前农业领域研究的热点。本文采用近红外光谱技术结合化学计量学方法以实现大豆叶片可溶性蛋白含量的快速无损检测。首先,采用Savitzky-Golay平滑(SG)、一阶导数(1-Der)、二阶导数(2-Der)等7种光谱预处理方法分别建立大豆叶片可溶性蛋白含量的偏最小二乘(PLS)预测模型,经对比发现SG预处理方法为大豆叶片可溶性蛋白含量预测的最优光谱预处理方法。其次,分别采用连续投影算法(SPA)、随机蛙跳(RF)和遗传算法(GA)对SG预处理后的光谱数据进行特征波长提取。最后,基于提取的特征波长分别建立了大豆叶片可溶性蛋白含量的SPA-PLS、RF-PLS和GA-PLS预测模型,发现基于SPA提取的11个特征波长建立的大豆叶片可溶性蛋白含量SPA-PLS模型具有最佳的预测效果,其预测集相关系数(R2p)为0.864,预测均方根误差(RMSEP)为1.894 mg/g,预测偏差为2.061(RPD)。上述结果表明,应用近红外光谱技术检测大豆叶片中可溶性蛋白含量是可行的,可为大豆生长状况动态监测及抗性大豆品种的筛选提供新的方法。     

镧—甘氨酸对酸雨胁迫下植物根系生长的影响

采用营养液培养法，研究了酸雨对大豆根系生长的影响。结果表明，pH3.0酸雨严重抑制大豆幼苗根系生长，损伤生理机能；La-Gly浸种的大豆植株，根系受酸雨的胁迫减轻，这同La-Gly稳定质膜结构和保护酶（CAT，POD）功能，降低丙二醛（MDA）含量，提高根系活力，促进根系生长等作用有关。     

水稻、大豆与芦苇农田冠层光谱特征研究——以辽河三角洲为例

对辽河三角洲遥感实测的42个水稻、15个芦苇和15个大豆野外冠层光谱数据分析结果表明,平均光谱水稻<芦苇<大豆;一阶微分平均光谱水稻、芦苇和大豆形态相近,528nm处水稻<芦苇<大豆,700~760nm间水稻<芦苇<大豆,水稻存在705nm处波峰、715nm波谷和728nm波峰,而芦苇仅有725nm处波峰,大豆仅有705nm处波峰;二阶微分平均光谱360~963nm间水稻、芦苇和大豆形态相近,且差异主要表现在1086~1150nm处,1086~1113nm间水稻和芦苇为单峰,大豆为双峰,1113~1150nm间水稻、大豆为单峰,芦苇为双峰。并探讨了水稻、芦苇和大豆一阶微分光谱与二阶微分光谱中明显的波峰和波谷对区分三者的实际作用。     

基于高光谱图像处理的大豆品种识别(英文)

大豆组分(油,蛋白质,脂肪等)在不同的大豆品种间差异很大。对于提高大豆品质来说,大豆品种识别是一个关键因素。该文利用高光谱图像技术对不同的大豆品种进行识别。利用高光谱成像系统获取大豆样本1 000～2 500 nm范围的光谱反射数据;应用主成分分析法(PCA,principal component analysis)对获取到的光谱数据进行数据降维并去除冗余数据;在分类算法中将得分高的主成分值作为输入特征,通过PCA方法从每个特征图像中提取4个特征变量(能量、熵、惯性矩和相关性);对于具体特征提取,从16个特征变量中提取8个重要特征参数;根据选择的特征,应用神经网络方法构建分类器;训练精度精度达到97.50%,平均测试精度达到93.88%以上。结果表明,应用高光谱图像技术结合神将网络建模方法可以对大豆品种进行分类。     

大豆叶绿素含量高光谱反演模型研究

叶绿素是植物体进行光合作用、进行第一性生产的重要物质，能够间接反映植被的健康状况与光合能力，同时也能反映植被受环境胁迫后的生理状态。高光谱遥感为快速、大面积监测植被的叶绿素变化提供了可能。该研究实测了不同水肥耦合作用下，大豆冠层的高光谱反射率与叶绿素含量数据，对二者进行了相关分析；采用特定叶绿素敏感波段建立了植被指数叶绿素估算模型；最后采用相关系数较大的波段作为神经网络模型的输入变量进行了叶绿素含量的估算。经对比发现叶绿素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>0.736)，但是人工神经网络模型可以大大提高大豆叶绿素含量的估算水平，当隐藏层节点数为4时，R²大于0.94，随着隐藏层节点数的增加，R²可高达0.99，表明神经网络模型可以大大提升高光谱反演大豆叶绿素含量的能力。     

水稻微分光谱和植被指数的作用探讨

通过两年两个不同品种水稻在不同供氮水平下的田间试验，测定了水稻冠层在生长过程中不同时期的高光谱反射率及对应的叶绿素、类胡萝卜素含量，分析了微分光谱对消除水稻冠层光谱的背景影响和植被指数在农学参数测定中的作用。结果表明：由微分光谱所得的红边位置、红边斜率与盖度和供氮水平之间有一定的相关性，与叶面积指数、地上生物量及冠层叶绿素、类胡萝卜素含量有显著相关；水稻多光谱植被指数RVI、NDVI与叶面积指数LAI及其地上部生物量之间有极显著相关性；高光谱植被指数及其变量与植被盖度、供氮水平、叶面积指数、地上生物量及叶绿素、类胡萝卜素含量之间存在相关性。这表明，用微分光谱技术与植被指数方法来监测水稻的色素含量和长势应该是可行的。     

基于光谱变换的高光谱指数土壤盐分反演模型优选

该文探索基于光谱变换建立光谱指数,进而建立土壤盐分反演模型的可行性。运用倒数、导数、对数等15种光谱变换对土壤含盐量进行反演,并利用原始光谱的波段反射率构造光谱指数对土壤盐分进行建模。在15种高光谱变换中,一阶微分R'和一阶对倒数(log1/R')变换下土壤盐分估算模型的精度较高。但总体而言,基于单一光谱变换和光谱指数的模型模拟精度均较低。采用光谱变换建立光谱指数,并进一步建立土壤盐分反演模型,结果表明,基于(log1/R')光谱变换构建归一化植被指数,然后建立的土壤盐分精度最高,经验证,其R2为0.89,均方根误差为3.34 g/kg,高于单一方法构建的模型,可为半干旱地区土壤盐分反演提供参考。     

Absorption spectra of humic acids

For the purpose of explaining the forming process of soil humic acids, the author determined the absorption spectra of various humic acids. From soils and peats which were pretreated with 5% HCl at 70°C for 30 minutes or from those which were not, humic acids were extracted by treating with 0.5% NaOH at boiling temperature for 30 minutes. In these humic acids, the one which is extracted after acid pretreatment is provisionally designated as SrL humic acid and the other as L humic acid. The supernatant alkaline solutions obtained by centrifuging the above mentioned extracts were acidified with hydrochloric acid, and precipitated humic acids were filtered and washed with water until Cl' free. Humic acids were dissolved in 0.1% NaOH and ultrafiltered using collodion membrane. The filtrates were acidified with hydrochloric acid and humic acids were collected by centrifuging, transferred on the filter paper, washed with dilute hydrochloric acid and water successively, then air-dried and pulverized.     

土壤剖面的反射光谱研究

研究表明，土壤反射光谱包含有丰富的土壤信息，可从中获取有机质含量、氧化铁含量、质地、主导粘土矿物类型等多种有用信息。本文以不同地区的土壤剖面为例，解读它们的反射光谱，以获得土壤形成特征的某些信息，为在土壤研究中进一步应用反射光谱提供有益的探索。     

The infra-red spectra of humic acids

It is well krown that many investigations have been presented on the visible and ultraviolet absorption spectra of soil humic acids, and they contributed greatly to our knowledge on the nature of humus. On the other hand, there have been very few works on the infared spectra of humic acids, though it is expected that they would give us useful information on their nature, especially furctional groups.     

冬小麦冠层光谱红边特征分析

通过对不同N素营养水平冬小麦冠层光谱特性的田间试验研究,发现红边位移现象:在孕穗期前,红边随施N量增加向长波方向"红移";孕穗期后"红移"现象基本消失,继而发生"蓝移"。红边参数中红边斜率(dλred)与叶片N累积量(TN.D)、叶绿素含量(CHL.T)、叶绿素密度(CHL.D)的相关关系通过显著性检验,红边面积(∑dλ680~760)和叶片全N含量(N%)的相关关系通过显著性检验,红边位置(λred)、红边斜率、红边面积与叶面积指数有着密切关系,均通过极显著性检验,一些红边参数可作为小麦农学参数估测的简便方法。     

The infrared absorption spectra of soil components

In the preceding paper (1), the authors had determined the infrared absorption spectra of humic acids obtained from various soils of different origin, and concluded that they were, according to their infrared characteristics, classified into four groupes, i.e., A,B,Rp, and P types. After that, the authors conducted some experiments of the infrared spectra of soil components in order to get some information on the nature of so-called humin, and forms of soil clay and clay humus complex. The infrared spectra of silica, sesquioxides, clay minerals and humates of aluminium, iron and calcium were also determined for comparison. These experimental results will be given in this paper.     

Application of body size spectra to nematode trait-index analyses

Current trait-based indices of soil fauna for assessing soil quality rely on extensive knowledge of life history traits for hyper-diverse groups. We look at the effects of clear-cut forest harvesting and subsequent wood ash application on the free-living nematode community using trait-based indices and body size spectra. We test the hypothesis that body size is a unifying trait and that the body size spectra can be used to demonstrate changes in soil quality while overcoming taxonomic impediments. Undisturbed boreal forest floor soils were compared with clear-cut sites amended with zero, one-half calcium equivalent wood ash, equivalent calcium reintroduction, and twice calcium reintroduction. Total abundance, trait-based metrics for the Maturity Index, and two metrics of body size spectra were calculated. Nematode abundance was not a good indicator of soil disturbance, while traditional trait-based approaches (the summed Maturity Index) demonstrated predicted changes in community structure. Analysis of two types of body size spectra elucidated how the community had changed under disturbance, and revealed that smaller bodied organisms were lost under ash amended treatments compared to both clear-cut and undisturbed forest. Using the body size spectra for nematodes is a simple addition to current trait-based approaches that can supplement soil assessments for disturbance and quality without requiring taxonomic expertise.