基于连续统去除和偏最小二乘回归的油菜SPAD高光谱估算

【目的】探讨油菜叶绿素含量的高光谱估算方法,为实现油菜叶片叶绿素含量的高效、无损、大面积监测提供理论依据。【方法】以陕西省关中地区油菜叶片为研究对象,分别测定苗期、蕾薹期、开花期及角果期的叶片高光谱数据和SPAD值,提取各生育期连续统去除光谱和7类光谱吸收特征参数,分析原始光谱、连续统去除光谱、光谱吸收特征参数与SPAD值之间的相关关系,构建基于原始光谱特征波段、连续统去除光谱特征波段、光谱吸收特征参数的SPAD估算模型,并对模型精度进行验证。【结果】在可见光范围,光谱反射率由蕾薹期、开花期、苗期到角果期依次递增,最大吸收深度和吸收谷面积逐渐增大。利用连续统去除光谱特征波段与吸收特征参数,分别建立的油菜各生育期叶片SPAD估算模型均优于原始光谱。运用连续统去除光谱特征波段结合最优吸收特征参数构建的偏最小二乘回归估算模型,是进行油菜叶片SPAD估算的最优模型。【结论】连续统去除法对不同生育期油菜叶片叶绿素相对含量具有较好的预测能力,是估算油菜叶片SPAD值的一种实时高效方法。     

不同含油量油菜种子光谱学特性研究

以3种含油量分别为38%、42%、46%的甘蓝型油菜近等基因系为试验材料,采用完全随机区组于2014年10月1日在湖南农业大学油菜基地进行田间试验。分析了3个材料油菜籽含油量以及对应的光谱,并将含油量与光谱反射率之间的相关性进行分析。结果表明,含油量与光谱反射率有一定的相关性,且不同含油量油菜种子之间存在着一定差异。3个不同含油量油菜品种建立的预测模型均以多项式模型最高,3个品种之间存在差异,可用于预选不同含油量油菜。     

不同海拔条件下春油菜光合生理和产油量的响应

以3个甘蓝型春油菜DH系为材料,研究不同海拔环境的油菜叶片叶绿素含量、光合生理、产油量及其相互关系。结果表明,青海晴天条件下,春油菜苗期净光合速率日变化呈"单峰"曲线,无明显的光合"午休"现象,高海拔区域油菜的净光合速率高于低海拔地区,光合速率主要受相对湿度、温度等环境因子的影响;初花期,高海拔区油菜叶片的叶绿素含量和净光合速率显著高于低海拔区,叶片叶绿素含量与净光合速率呈极显著正相关;高海拔区油菜种子生长发育时间长于低海拔区,千粒质量、含油量、小区产油量均显著高于低海拔区;叶绿素含量、光合速率均与小区产油量间呈极显著正相关。     

不同玉米品种生育期叶片SPAD值的比较

利用SPAD-502叶绿素仪测量不同品种生育期不同叶片部位的SPAD值,研究不同玉米品种间叶绿素水平的差异。结果显示,玉米大喇叭口期、抽丝期和灌浆期叶片SPAD值的变化趋势不相同,各玉米品种间SPAD值变化趋势一致。玉米同一叶片不同位置SPAD值存在差异,叶片基部SPAD值与叶绿素含量相关系数为0.931 1,叶片中部SPAD值与叶绿素含量相关系数为0.962 9,叶片尖部SPAD值与叶绿素含量相关系数0.870 7。叶片中部SPAD值与叶绿素含量相关性较高。     

甘蓝型油菜不同含油量品系不同部位碳水化合物积累差异性研究

为阐明甘蓝型油菜不同含油量品系不同部位的果糖和蔗糖等碳水化合物的积累差异性,以TR50组合高、低含油量株系为试验材料,研究了随着油菜开花天数的增加,其植株不同部位的碳水化合物积累变化情况。结果表明:油菜开花后随着天数的增加,不同含油量品系的营养器官的果糖含量呈不断降低的趋势,而生殖器官的果糖含量呈先急速增加再降低的趋势,且高含油量品系生殖器官的果糖含量要显著高于低含油量品系;不同含油量品系的营养器官的蔗糖含量随着开花后天数的增加,呈迅速降低后缓慢增加的趋势,而生殖器官的蔗糖含量随着开花后天数的增加呈不断增加的趋势,且不同含油品系之间存在显著差异。     

不同光强对油菜叶片生理活性的影响

本研究以油菜叶片为材料,对其含水量、叶绿素含量、丙二醛含量、过氧化氢酶活性等生理指标进行测试分析,试验结果表明:相对于全光照的油菜而言,遮荫处理后叶片的含水量显著上升;不同光强处理对叶绿素含量也存在影响:遮荫处理后叶绿素总量、chla、chlb的含量均上升,但chla/chlb下降;遮荫后叶片的丙二醛含量有所上升,但过氧化氢酶活性稍微下降.     

基于高光谱成像技术的油菜叶片叶绿素含量预测

叶绿素是作物生长中的重要因素，可用于实时监测作物的生长状况。以常规高油酸油菜品种为材料，采用大田试验研究油菜叶片在不同栽培措施下幼苗期、蕾薹期叶片的光谱响应，通过计算反射光谱及其反射光谱的一阶导数与SPAD值的相关性，结合逐步回归挑选出油菜叶片敏感波段，并计算光谱指数。采用一元线性回归和神经网络建立叶绿素含量估算模型。结果表明，由光谱指数所构建的神经网络叶绿素估算模型，精度评价结果均显示比较高的水平，幼苗期反射率光谱指数构建的模型精度最高，决定系数R2为0807 0,均方根误差（RMSE）为1131 5，蕾薹期一阶导数光谱指数构建的模型精度最高，决定系数R2为 0873 2, 均方根误差（RMSE）为1322 3，在蕾薹期和幼苗期通过构建BP神经网络模型能够较好的对油菜叶绿素进行反演。为利用高光谱技术大范围监测油菜叶绿素含量提供了一定的理论依据。     

不同氮处理春玉米叶片光谱反射率与叶片全氮和叶绿素含量的相关研究

 采用盆栽试验研究了不同氮营养水平下的春玉米叶片叶绿素和全氮含量与叶片光谱反射率的相关性。结果表明，拔节期和喇叭口期是玉米氮素光谱营养诊断的敏感时期；利用绿峰处叶片最大光谱反射率反演玉米叶片氮素含量和叶绿素含量的精度为：喇叭口期＞拔节期＞开花吐丝期；不同生育时期诊断玉米叶片氮素含量和叶绿素含量时所采用的光谱波段也不同，拔节期和喇叭口期采用可见光波段的光谱反射率可靠性较高，而开花吐丝期采用近红外波段的光谱反射率可靠性较高；两波段组合光谱变量对叶片叶绿素和全氮含量的判别精度高于单一波段的判别精度。     

不同生育期核桃树冠层叶绿素含量高光谱估算研究

无损、实时、精准地对核桃树冠层叶绿素含量进行高光谱估算,对核桃树生长监测、营养诊断具有重要的指导意义。本研究以连续2年测定126棵核桃树不同生育期冠层光谱反射率及叶绿素含量,分析果实膨大期、果实硬核期、油脂转化期和果实成熟期4个生育期冠层光谱变化规律及叶绿素含量变化特征;在冠层光谱反射率400～1 000 nm范围内计算任意两波段组合生成的RVI、DVI和NDVI指数与各生育期冠层叶绿素含量的相关性,确定各生育期最佳敏感波段组合;基于RVI、DVI和NDVI指数构建不同生育期冠层叶绿素含量估算模型,并用第2年监测数据对估算模型进行精度验证。结果表明:(1)核桃树冠层叶绿素含量随着生育期的推进,呈现先增加后降低的趋势,各生育期叶绿素含量的变异系数和标准偏差存在明显差异,冠层叶绿素含量在油脂转化期最大,果实膨大期最小;(2)从果实膨大期到果实成熟期,在可见光波段冠层光谱反射率与冠层叶绿素含量呈负相关关系,在760～1 000 nm的近红外波段由负相关变为正相关;(3)基于两波段组合生成的RVI、DVI和NDVI指数均在油脂转化期与叶绿素含量相关性最大,估算模型拟合效果更好,且精度更高。其中,RVI指数构建的模型在核桃树中后期估算精度较高,前期较低;DVI指数构建的模型在核桃早中期估算精度较高,后期较低;而基于NDVI指数构建的估算模型,在各生育期对叶绿素含量的估算效果均最为理想,验证精度最高。因此,基于两波段组合生成的NDVI指数构建的估算模型,适用于核桃树整个生育期冠层叶绿素含量的估算研究。     

芥菜型油菜叶片黄化突变体的初步研究

为了揭示芥菜型油菜叶片黄化突变体的黄化机理,通过田间统计、叶绿素测定和同工酶分析,初步研究了芥菜型油菜叶片黄化突变体L638-y的生物学特性。结果表明,与原始材料L638-g相比,黄化突变体L638-y的子叶宽度、株高、一次分枝数、单株产量均减少,始花期推迟1 d,生育期减少1 d,说明叶片黄化突变对植株发育的进度影响较大;黄化突变体L638-y的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均明显降低,特别是叶绿素b含量锐减,说明突变影响了叶绿素a向叶绿素b的转变;黄化突变体L638-y与原始材料L638-g叶片的过氧化物酶和酯酶同工酶的条带数目以及条带亮度均无明显差异。提示芥菜型油菜黄化突变体L638-y可能为缺总Chl型,导致叶片缺绿的原因为叶绿素代谢异常。     

基于可见-近红外光谱技术的油菜叶片叶绿素含量无损检测研究

    为了快速无损获取油菜叶片叶绿素含量信息,试验研究了油菜叶片的可见-近红外反射光谱特性与叶绿素含量之间的定量关系.试验采集140个油菜叶片样本,其中70个样本用于建模,另外70个样本用于模型预测.光谱曲线扫描采用美国USB4000光纤光谱仪,叶绿素含量值采用日本Minolta 公司生产的SPAD-502仪测定.实验发现,波段范围680～730 nm处的光谱吸光度与油菜叶片叶绿素含量之间具有显著相关性.同时发现油菜叶片厚度对建模预测精度有较大影响.试验首先用待定系数法构造叶绿素含量预测方程;然后用标准遗传算法对其进行参数优化.试验确定最优光谱范围是696.82～716.53 nm.不考虑叶片厚度时,建模和预测关联度r分别是0.4823 和0.5649.考虑叶片厚度校正后,建模和预测关联度r分别提高到0.8936 和0.9178.说明基于可见-近红外反射光谱技术实现油菜叶片叶绿素含量快速无损检测是可行的.     

芥菜型油菜不同叶色叶绿素含量与冠层反射光谱的定量关系

以绿色和紫色叶的盆栽芥菜型油菜为试验对象,分别于幼苗期和抽薹期测定其冠层高光谱和SPAD值,研究两者之间的关系。研究结果为:以绿叶型油菜原始光谱两特征波段和一阶导数光谱两特征波段构建光谱参数,其中基于DVI'(717,955)的线性和多项式模型拟合决定系数较高,分别达到0.429 8,0.453 5;以紫叶型油菜原始光谱两特征波段构建光谱参数,其中基于RVI(698,107 2)的指数模型拟合决定系数较高,达到0.425 3。研究结果表明,高光谱模型具有一定的预测精度,可为区域尺度油菜生长的快速、无损遥感监测提供参考。     

基于高光谱植被指数的马铃薯叶片叶绿素含量估测模型

【目的】筛选相关性好的植被指数构建马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b估测模型,为科学、无损地进行马铃薯叶片叶绿素含量估算提供技术支撑。【方法】采用便携式高光谱地物波谱仪,获取不同施氮水平下不同生育时期的马铃薯植株叶片光谱反射率,提取植被指数,测定马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b含量,并研究叶绿素含量与植被指数的相关性。【结果】12个植被指数与叶绿素a、叶绿素b含量相关性较好,其中修正归一化差异指数(mND_(705))、修正简单比值指数(mSR_(705))、地面叶绿素指数(MTCI)、修改叶绿素吸收反射指数(MCARI)与叶绿素a、叶绿素b含量相关性最好。基于这4个植被指数建立的估测模型中,MTCI构建的乘幂模型估测叶绿素a含量的效果最佳,mND_(705)构建的指数模型估测叶绿素b含量的效果最佳。【结论】MTCI构建的乘幂模型能较为精确地估测叶绿素a含量,mND_(705)构建的指数模型能较为精确地估测叶绿素b含量;这2种模型可用于间接监测马铃薯植株的氮营养亏缺状态。     

基于不同传感器的纽荷尔脐橙叶片叶绿素含量检测技术评价

【目的】研究基于不同传感器的叶片叶绿素含量监测方法,探索建立轻简、高效的柑橘叶绿素含量监测技术。【方法】以枳砧纽荷尔脐橙当年生春梢叶片为试材,采用便携式地物光谱仪FieldSpec4、数字图像技术、荧光及多酚含量测量仪Multiplex?Research和SPAD 502分别获取叶片光谱反射率、图像信息、荧光值和叶绿素含量,分析各数字化指标、叶片光谱指标、荧光值与叶绿素含量（SPAD值）的相关性。基于不同指标采用偏最小二乘法（partial least squares regression,PLS）及内部交叉验证构建叶绿素含量定量反演模型,并进行模型精度检验以及各传感器监测叶片叶绿素含量的可行性评价。【结果】 基于地物光谱仪FieldSpec4、荧光及多酚含量测量仪Multiplex?Research、数字图像技术获得参数信息与叶片叶绿素含量均呈极显著相关,模型拟合度较好,相关系数均在0.7以上。其中,通过地物光谱仪获取的532 nm、586 nm与705 nm特征波段光谱数据经一阶导数（FD）预处理建立的偏最小二乘法（PLS）预测模型效果最优,MRE=1.80%,RPD=3.801。其次为基于数字图像分析技术以G-B作为特征参数建立一元二次回归模型,MRE=1.98%,RPD=3.946。以及基于荧光及多酚含量测量仪Multiplex?Research获取的特征荧光参数建立PLS模型,MRE=2.37%,RPD=4.807。【结论】地物光谱仪、Multiplex?Research、数字图像技术均可应用于纽荷尔脐橙叶片叶绿素含量的估测。其中,以地物光谱仪FieldSpec4预测精度相对最优,Multiplex?Research便捷程度最高,数字图像技术用于大批量样品的测定操作性相对较强。     

种子包衣和烯效唑调控油菜生长的研究

在种子播种前进行包衣处理,在油菜幼苗三叶期叶面喷施烯效唑,于不同生育期取样测定种子包衣和烯效唑对油菜生长的调控作用。结果表明：种子包衣在苗期能显著地促进幼苗生长,增加最大叶的长度和宽度,叶色变深,叶绿素含量提高,根系活力增强,根系与地上部的干物重显著增加。烯效唑对包衣油菜的生长有一定的调控作用,使其绿叶数增多,叶片变小增厚,叶色变深,叶绿素含量增加,茎杆增粗,延缓其衰老。种子包衣对油菜整个生长发育过程起调控作用,增加油菜的一次分枝、角果数及地上部的干物重,并促进每角粒数的增加,因而籽粒产量比对照增加２２．３％,烯效唑对包衣油菜生长的调控主要是延缓植株衰老,增强其光合作用能力,使其根重、茎重、单株种子重增加,最终达到高产,籽粒产量比对照增加２４．８％。     

海岛棉生育期中各节位叶片叶绿素含量和比叶重的变化

1995－1996年分别对零型海岛棉新海10号和新海13号全程8个生育期1－20节位叶片叶绿素含量和比叶重的检测表明,各节位叶片的叶绿素a、b、a＋b含量、a／b比值和比叶重随叶序增大或生育期的延续而呈现由高、低、低→高→低、低→高的直线和单峰曲线变化;零型海岛棉虽属阳生植物,但中部节位叶片叶绿素含量较高,a／b比值较低,与其它节位叶片相比表现出阴生植物特性;叶绿素a／b比值随叶位的下降而减小,随生育进程而递降,使棉株耐密植、耐阴性逐渐增强;各期各节位叶片的叶绿素a、b、a＋b含量与比叶重之间分别呈正相关。上述结果为揭示零型海岛棉密植高产的光合生理机制提供了科学依据。     

桑叶叶绿素光谱特征及其含量测定的初步研究

[目的]研究桑叶叶绿素的光谱特征及其含量的变化规律。[方法]以新鲜桑叶为材料,采用有机溶剂萃取法和分光光度法对桑叶叶绿素进行提取与含量测定,通过比较不同节位桑叶及桑叶不同部位的叶绿素含量,分析桑叶叶绿素的光谱特征及其含量的变化规律。[结果]桑叶叶绿素的光谱特征与其他高等植物叶绿素的光谱特征类似;不同节位桑叶中叶绿素含量为中部〉底部〉顶端,但叶绿素a／b的比值却为底部〉硕端〉中部;而桑叶不同部位叶绿素含量及a／b比值的高低顺序依次为叶柄〉叶中〉叶尖。[结论]不仅为叶绿素的提取及含量测定提供了方法性参考,而且有益于叶绿素的进一步研究。     

不同光谱LEDs对辣木幼苗生长及叶绿素含量的影响

[目的]研究LED补光对辣木幼苗生长及叶片中叶绿素含量的影响。[方法]以印度改良辣木(Moringa oleifera PKM-1)为试验材料,在相同外界环境下采用不同光谱条件的LEDs(Light Emitting Diodes)光源对辣木垂直补光,每组辣木补光12 h/d(8∶00—20∶00),测定不同补光处理下辣木幼苗的生长情况及其叶片中叶绿素含量。[结果]经红蓝4∶1(4R1B)LEDs处理的辣木种子发芽率高于对照,经过LEDs补光的3组辣木幼苗存活率均高于对照。LEDs补光处理的辣木幼苗株高、茎粗、全株干重、茎叶干重、总叶绿素含量均优于对照。其中光谱条件为全红的LEDs对辣木幼苗生长的促进效果最为显著,株高增加了120.66%,茎粗增加了52.11%,全株干重增加了52.35%,茎叶干重增加了33.57%,叶绿素总含量增加了19.28%。[结论]LED灯补光处理能显著促进辣木幼苗的生长及其叶片中叶绿素的合成。