不同水分处理对烟草叶片高光谱及红边特征的影响

采用ASD Fieldspec HH光谱仪, 测定了不同水分处理下两个烟草品种叶片的光谱特性, 分析其红边特征参数的变化规律及其与烟叶生理指标的相关性。结果表明: 不同水分处理之间的烟草叶片光谱反射率差异明显, 但两个品种的变化规律一致。烟草伸根期和旺长期, 近红外光区的光谱反射率随土壤水分的增加而升高, 成熟期则呈相反趋势, 且光谱反射率在旺长期达到最高值。不同水分处理下烟草叶片一阶微分光谱趋势总体一致, 但红边一阶导数光谱差异显著。红边位置随土壤水分减少向长波方向移动, 发生“红移”现象。红边幅值和红边面积在伸根期和旺长期均随土壤含水量的增加而发生“红移”现象, 成熟期则发生“蓝移”现象。烟草叶片的红边位置同其生理指标的相关性要优于其他参数, 同叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量、叶片鲜重、叶片干重、叶面积和叶片含水率均呈极显著相关关系; 红边幅值和红边面积与叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量和叶片含水率之间均呈极显著性正相关, 红边面积同叶片干重呈极显著性负相关关系。     

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。     

不同施氮量下缺钾对水稻叶片营养及生理性状的影响

【目的】氮和钾是作物生长所必需的大量元素,在水稻生长发育、产量形成等过程中发挥着至关重要的作用。南方稻田缺钾以及氮钾肥不合理施用已成为限制水稻高产的重要影响因子。本研究在田间条件下,探讨了不同施氮量下缺钾对水稻生长发育与叶片生理特性的影响,进而阐明缺钾导致营养生长期水稻叶色暗绿的营养及生理机制。【方法】采用两因素完全随机设计田间试验,因素A为不同施氮水平,包括不施氮、低氮（N 90 kg/hm2）和正常施氮（N 180 kg/hm2）;因素B为不同施钾水平,包括不施钾和正常施钾（K₂O 120 kg/hm2）。测定水稻分蘖期和幼穗分化期地上部干物质,叶面积指数,叶片氮、钾、镁和叶绿素含量（叶色值）,叶片含水率、叶片可溶性糖含量、比叶重以及叶片SPAD值。【结果】1）在不施氮条件下缺钾对水稻分蘖期和幼穗分化期干物质、叶面积指数均无显著影响,而在施氮条件下显著降低水稻分蘖期和幼穗分化期干物质、叶面积指数;随施氮量的增加,缺钾对干物质及叶面积指数的影响加剧,其中N₁₈₀K₀处理的降幅最为明显;氮钾交互作用对水稻各生育期的干物质和叶面积指数均有显著或极显著影响。2）在不施氮条件下缺钾对分蘖期和幼穗分化期叶片氮含量和叶绿素含量、叶片可溶性糖含量、比叶重以及叶片SPAD值均无显著影响,而在施氮条件下以上各指标显著增加,其中N₉₀K₀处理的叶片氮含量和叶绿素含量均可以达到N₁₈₀K₁₂₀处理水平;无论施氮与否,缺钾均显著降低分蘖期和幼穗分化期叶片钾含量,而显著增加叶片镁含量。3）回归分析结果表明,比叶重与叶片可溶性糖含量呈极显著正相关关系（P < 0.01）。【结论】水稻干物质、叶面积指数、叶片营养及生理状况、叶色表现等对缺钾的响应明显受到施氮量的影响。在施氮条件下缺钾造成叶片中可溶性糖大量积累,进而导致比叶重增加;结合田间试验观察及叶片营养及生理性状可知,水稻叶色（叶绿素含量）在不施氮条件下不受缺钾的影响;而在施氮条件下,缺钾造成水稻叶片单位质量及单位叶面积氮含量和叶绿素含量显著增加,这是田间条件下水稻叶色呈现暗绿的主要原因,从而也影响生育期植株氮素营养诊断。     

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。     

基于棉花红边参数的叶绿素密度及叶面积指数的估算

利用野外非成像高光谱仪,测试棉花两个品种4种配置种植方式两年关键生育时期的冠层反射光谱数据,应用光谱微分技术,获取棉花微分光谱680～750 nm波段的红边参数：红边面积（SDr）、红边斜率（Dr）以及红边位置（λr）变量;将棉花红边面积、红边斜率分别与其冠层叶绿素密度（CH.D）、叶面积指数（LAI）进行相关分析,它们的相关性均达到1%极显著水平,其中红边面积与叶绿素密度的相关性最好（RCH.D=0.8787**,n=137）;并且红边面积较红边斜率对叶绿素密度、叶面积指数的预测精度更高。以棉花新陆早13号和19号为建模样本,通过红边面积与叶绿素密度的线性相关模型,分别反演新陆早13号、19号冠层叶片的叶绿素密度,结果表明对这两个棉花品种的叶绿素密度估算精度分别达87.4%和83.3%,说明高光谱红边参数是估算棉花叶绿素密度和叶面积指数的一种简单、快捷、非破坏性的有效方法。     

UV-B增强下施硅对水稻冠层反射光谱特征的影响

通过田间试验,在UV-B增强和施硅条件下,利用ASD便携式手持光谱仪在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期选择典型晴天观测冠层光谱曲线,通过计算一阶导数曲线分析光谱的红边参数特征。UV-B辐射设2个水平,即对照(自然光,ambient UV-B,A)和UV-B增强(比自然光增强20%,elevated UV-B,E);施硅设2个水平,即不施硅和施硅(硅酸钠,200kg SiO_2·hm~(-2))。结果表明:UV-B增强下水稻叶面积指数(LAI)和叶绿素含量(SPAD值)降低,而施硅可提高叶面积指数(LAI)和SPAD值,缓解UV-B增强对水稻生长的抑制作用。各处理间水稻冠层光谱的差异主要体现在近红外波段,UV-B增强使水稻近红外波段反射率降低,施硅使近红外波段反射率上升。UV-B增强使水稻光谱红边位置蓝移,施硅使红边位置红移。随着生育期推移,水稻光谱红边位置、红边幅值和红边面积均呈现先增后减的趋势,且在拔节期达最大。     

微分光谱遥感及其在水稻农学参数测定上的应用研究

通过不同氮素营养水平的水稻田间试验,解析了水稻冠层微分光谱对消除背景(湿土、水面)信息的影响,证实微分光谱在消除背景信息的影响方面起到了很好的作用。用微分光谱确定出最优的波段宽度应小于10nm;将微分光谱应用于农学参数测定,存在红边位移现象,在孕穗期之前,红边随施氮量增加向长波方向移动“红移”;孕穗期之后“红移”现象基本消失,而发生“蓝移”。红边参数(红边、红边振幅、红边振幅与最小振幅的比值、红边峰值面积)与上层叶片的叶绿素含量、LAI有着密切的关系,而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素之间相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简捷方法。从而证实了利用微分光谱测定一些农学参数的可行性     

不同施氮水平下温室番茄叶片反射光谱特征分析

利用便携式光谱辐射仪测定了温室番茄叶片的光谱反射率,研究了不同施氮水平下特定光谱指数与叶片氮含量、光合速率及产量的关系。结果表明,温室番茄叶片的光谱反射率在可见光波段随供氮水平的升高而降低,在近红外波段随供氮水平的升高而增加。随施氮水平的提高,绿峰的蓝移和红边的红移现象明显,而红谷反射率与光合速率之间的关系可用二次方程拟合,相关系数达0.805。番茄叶片氮含量的敏感光谱波段为580~695 nm,740~900 nm,由695 nm、770 nm两个波段构建的高光谱指数(RVI、NDVI)与叶片氮含量的相关性显著。而基于原始光谱数据对番茄产量的估测也可在温室中得到很好的运用,其中光谱指数RV(I710,680)、VARI700和产量的拟合方程最优。     

夏播玉米根系分布与含氮量对氮肥类型与施氮量的响应

连续两年施用不同氮肥和用量,考察了夏玉米（郑单958）根系在不同土层的分布与含氮量,分析其与产量、地上部氮素累积量的相关性。结果表明:1）施氮抑制夏玉米生育前期根系生长与下扎,抑制作用表现为:复合肥＞包膜尿素＞尿素;施氮使吐丝期0—25与50—80 cm土层根量增大,25—50 cm土层根量减少;总根量表现出:尿素＞复合肥＞包膜尿素,且差异显著。2）施氮显著提高夏玉米9叶展开期0—25 cm土层与吐丝期25—80 cm土层根系含氮量;氮肥类型影响根系含氮量,且差异显著。3）吐丝期25—80 cm土层根系含氮量与产量呈显著正相关（P＜0.05),与地上部氮素累积量呈极显著正相关（P＜0.01﹚;在25—50 cm,根系鲜重密度、体积密度和干重密度与产量及氮素累积量表现为负相关,在其他土层表现为正相关。其中,0—80 cm土层根系干重密度与产量呈显著正相关（P＜0.05),0—25 cm土层根系鲜重密度与产量、0—80 cm土层根系鲜重密度与氮素累积量呈明显正相关（P＜0.1）。可见,玉米根系分布与含氮量明显受到氮肥类型与施氮量的影响,施氮主要通过提高表土层根系鲜重、根系总鲜重与总干重及中下层根系含氮量实现夏玉米增产增效目的。     

玉米全氮含量高光谱遥感估算模型研究

该文对不同品种玉米测定了其室内光谱反射率及其对应的全氮含量，采用相关性分析以及单变量线性与非线性拟合分析技术，对全氮含量与原始光谱反射率、光谱反射率一阶微分、一些高光谱特征参数(如红边波长、红边位置以及红边面积等)以及由一阶微分光谱所构建的一些比值植被指数和归一化植被指数之间的关系进行了分析，结果表明：全氮含量与原始光谱在716 nm处具有最大相关系数(r=-0.847)，呈极显著负相关，并且基于此波长所构建的对数关系估算模型明显优于线性模型；与光谱反射率一阶微分值在759 nm处具有最大相关系数(r=0.944)，呈极显著正相关，并且基于此波长所构建的线性和非线性模型的拟合效果接近；对于所选取的3类高光谱特征变量，全氮含量除了与黄边位置(λy)以及由红边面积和黄边面积所构建的比值植被指数和归一化植被指数的相关性较弱之外，与其余变量均呈极显著相关关系，说明由这些变量对玉米全氮含量进行估算具有可行性；对所建立的各类方程进行精度检验，最终筛选确定由759 nm处的光谱反射率一阶微分值所构建的指数模型作为对玉米全N含量的预测模型最为理想。     

基于红边参数的夏玉米长势监测及其营养诊断研究

分析了夏玉米各组分含量、红边参数以及两者间的相关性。结果表明,可利用FD-Max反演叶面积指数,利用Depth672反演茎秆全N含量,利用Lwidth反演叶片全N含量、叶片和茎秆的含水量以及可溶性糖含量。构建了以红边参数为自变量的各组分的反演模型,对反演模型预测性分析表明,利用上述红边参数预测农学组分是可行的。     

红边参数在作物营养诊断和品质预报上的应用

通过对红边参数与反映作物碳氮代谢典型的生物化学参数叶片全氮和叶片可溶性糖进行相关分析,结果表明,可运用红边位置来反演叶片可溶性糖含量,归一化最小振幅来反演叶片全氮含量。并建立了基于红边参数的生化组分统计回归模型和基于叶片全氮与可溶解性糖比值与籽粒蛋白品质指标间的回归方程,并对建模试验所建立方程进行了检验。表明利用运用红边参数反演叶片全氮和可溶性糖含量进而预测小麦蛋白品质是可行的。为生产上利用遥感手段大面积、无破坏、及时评价冬小麦生长状态和在开花期进行小麦品质的预测预报研究提供重要依据。     

氮素营养对小麦群体光合碳同化作用的影响及其调控机制

小麦春季生育期间,群体光合速率(CPR)的动态变化呈单峰曲线,于孕穗至开花期达到最大值,不同氮素用量处理CPR的峰值大小、峰值出现时间和高值持续期不同。群体单位叶面积光合速率(CPR pa)与氮素用量呈显著负相关,高氮条件下CPR的提高主要起因于其群体叶面积的增大和冠层光截获率的增加。叶面积系数(LAI)随氮素用量增加呈逐渐增大趋势,但高氮处理生育后期LAI的衰减速率较快。CPR与同期及相邻生育时期的LAI呈显著正相关表明,CPR与LAI两者之间存在着相互制约关系。生育中后期 CPR 的日变化呈单峰曲线。不同氮素处理生育期间群体干物质的累积量与CPR的表现相似,CPR与同期及下一时期的群体干物质累积量成显著正相关。供试氮素范围内,整个春季生育阶段的群体叶源量(CKSC)随氮素用量增加呈抛物线型变化,施N 225kg·hm^-2处理群体叶源量最高,与开花期CPR、开花 蜡熟CKSC和同期CPR及LAI衰减速率的表现趋势相同。表明提高生育后期的群体光合速率,延长其高值持续时间,对于增加整个春季生育阶段的群体碳同化量具有重要作用。     

氮素营养对小麦群体光合碳同化作用的影响及其调控机制

小麦春季生育期间,群体光合速率(CPR)的动态变化呈单峰曲线,于孕穗至开花期达到最大值,不同氮素用量处理CPR的峰值大小、峰值出现时间和高值持续期不同。群体单位叶面积光合速率(CPR pa)与氮素用量呈显著负相关,高氮条件下CPR的提高主要起因于其群体叶面积的增大和冠层光截获率的增加。叶面积系数(LAI)随氮素用量增加呈逐渐增大趋势,但高氮处理生育后期LAI的衰减速率较快。CPR与同期及相邻生育时期的LAI呈显著正相关表明,CPR与LAI两者之间存在着相互制约关系。生育中后期 CPR 的日变化呈单峰曲线。不同氮素处理生育期间群体干物质的累积量与CPR的表现相似,CPR与同期及下一时期的群体干物质累积量成显著正相关。供试氮素范围内,整个春季生育阶段的群体叶源量(CKSC)随氮素用量增加呈抛物线型变化,施N 225kghm-2处理群体叶源量最高,与开花期CPR、开花 蜡熟CKSC和同期CPR及LAI衰减速率的表现趋势相同。表明提高生育后期的群体光合速率,延长其高值持续时间,对于增加整个春季生育阶段的群体碳同化量具有重要作用。     

高温胁迫下水稻红边特征及SPAD和LAI的监测

为了促进高光谱遥感技术在水稻长势监测及其灾害评估中的作用,该文以扬稻6号与南粳43为试验对象,通过高温胁迫试验,测定孕穗期高温胁迫后2个品种在不同生育期冠层高光谱反射率、红边参数和叶片绿色度（SPAD）值及叶面积指数（LAI）。结果表明,2个水稻品种剑叶的SPAD值与LAI随生育期的进行呈先上升后下降的趋势,在开花期均达到最大值,在始穗期与蜡熟期时较低。随着高温胁迫的加剧,SPAD值和LAI不断减小。冠层光谱红边位置、红边幅值与红边面积在开花前呈“红移”,开花后呈“蓝移”现象。随着胁迫温度的提高,3个红边参数也呈现“蓝移”现象。不同生育期剑叶SPAD值和LAI与红边特征参数均具有显著或极显著的相关关系。相对于红边幅值,以红边位置为参数所建的模型能更好地预测水稻剑叶的SPAD值和LAI。     

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     

水稻叶面积指数与MODIS植被指数、红边位置之间的相关分析

对模拟中分辨率成像光谱仪（MODIS）两个植被指数归一化植被指数（NDVI）、增强植被指数（EVI）以及红边位置（REP）与水稻叶面积指数（LAI）进行了相关研究。利用光谱分辨率为3 nm 的ASD FieldSpec UV/VNIR 光谱仪获得了2002年两个不同水稻品种——杂交稻和常规稻整个生长期的高光谱数据，同时对水稻LAI进行了测定。利用一阶微分计算红边位移。模拟了MODIS 3个波段，波段1(620-670 nm，红波段)，波段2(841～876 nm，近红外)和波段3(459～479 nm，蓝波段)，并用这些波段计算了MODIS-NDVI和EVI。结果表明：对于常规稻，MODIS-NDVI、EVI和REP与水稻LAI呈现出良好的相关性；而对于杂交稻，与水稻LAI相关性来说，MODIS-EVI和REP要比MODIS-NDVI更敏感。分析原因，主要是因为杂交稻同常规稻相比在生长的中后期LAI比较大，MODIS-NDVI容易饱和；而MODIS-EVI和REP由于可以消除背景影响，增强对LAI的敏感性。因此MODIS-EVI和REP可以更有效地监测水稻叶面积指数。     

玉米不同层位叶片生理生化指标与SPAD值的关系

  【目的】  研究不同层位玉米叶片氮素指标的变化，确定在不同生育时期进行营养诊断的最佳叶片，以便能够及时、准确地进行氮素营养光谱诊断，实现玉米高产和肥料高效益。  【方法】  设置两年 (2017和2018) 的盆栽试验，共设6个施氮水平，分别在玉米的关键生育时期 (拔节期、大喇叭口期、开花吐丝期和灌浆期) 按叶片层位取样，分析叶片生理生化指标 (叶片氮含量、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、叶片厚度和净光合速率) 的变化及其与SPAD值的关系，确定利用SPAD值对叶片氮含量进行估算的最佳叶片。  【结果】  1) 叶片氮含量、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、叶片厚度及净光合速率随着氮肥增施呈现先增加后平稳的趋势，与叶片SPAD值呈正相关关系；可溶性糖含量随着氮肥增施呈先减少后平稳的趋势，与SPAD值呈负相关关系。2) 叶片氮含量、叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、叶片厚度、净光合速率及SPAD值垂直分布上均表现为上层叶片>下层叶片；可溶性糖含量表现为下层叶片>上层叶片。3) SPAD值与叶片氮含量之间建立的线性回归模型均达极显著水平，拔节期和灌浆期的上层叶片、大喇叭口期和开花吐丝期的中层叶片氮含量与SPAD值回归决定系数 (R2) 较高，分别为0.768、0.865、0.893、0.924。  【结论】  生育期、氮水平和叶片层位显著影响玉米叶片中与氮素营养相关的生理生化指标，呈现一定的空间异质性，在玉米拔节期和灌浆期利用SPAD值进行叶片氮含量营养诊断时应考虑测定上层叶片 (顶两片、三片完全展开叶)，而在大喇叭口期和开花吐丝期应测定中层叶片 (中两片完全展开叶、穗位叶及以下两片叶)。