北碚447锦橙叶片农学参数与其反射光谱的相关性研究

以锦橙叶片为材料,采用野外光谱辐射仪测量叶片的光谱反射率,并对叶片进行水分、氮、钾、磷、叶绿素的含量测定,计算光谱反射率一阶微分、二阶微分．采用统计学相关分析法,分析叶片农学参数与反射光谱之间的相关关系．结果表明：农学参数中只有磷含量与叶片原始光谱反射率有显著性相关,且与反射率一阶微分、二阶微分的相关系数大于与原始光谱反射率的相关系数．所有测定的农学参数都与叶片光谱反射率一阶微分、二阶微分之间均有显著性相关,其中氮含量与反射率一阶微分、二阶微分相关性最强,相关系数绝对值达到0.9以上．这说明利用微分技术可以增强叶片农学参数与光谱信息的相关性,并为高光谱遥感定量估算锦橙农学参数提供理论依据．     

脐橙糖度近红外光谱在线检测的建模变量优选

【目的】采用小波压缩结合遗传算法,优选脐橙糖度近红外光谱在线检测的建模变量,提高在线检测精度。【方法】利用近红外光谱检测装置采集脐橙样品的光谱,并将其转换为反射比光谱,在700.28～933.79 nm波段,利用小波变换将一阶微分处理后的近红外反射比光谱变量压缩成小波系数变量。经遗传算法优选后,建立偏最小二乘法（PLS）模型,并对该模型的预测结果进行评价。【结果】利用小波压缩结合遗传算法优选变量建立的脐橙糖度PLS模型,预测效果最优,模型的相关系数为0.759,模型预测均方根误差为0.468 °Brix。【结论】采用小波压缩结合遗传算法对变量进行优选,可提高脐橙糖度近红外光谱在线检测的精度。     

灰漠土土壤全氮含量的高光谱特征分析及估测

【目的】研究传统土壤全氮含量测定方法,解决复杂、耗时、耗力等问题。【方法】以新疆干旱区灰漠土为研究对象,运用经典统计学和光谱学相结合的方法,研究灰漠土土壤全氮含量的光谱反射特性,通过对原始光谱的数据变换和相关性分析,构建了土壤全氮含量的高光谱估测模型,并对模型进行对比和验证。【结果】土壤中全氮含量不同光谱反射特性趋势相近,土壤的光谱反射率在780、1 800和2 140 nm波长附近出现波峰,在1 910 nm附近有明显的波谷,土壤全氮含量与原始光谱反射率相关性较差。通过一阶微分处理后的光谱数据与全氮含量的相关性显著优于原始光谱和二阶微分处理,最大相关系数为0.819,达到极显著相关;利用一阶微分变换从中提取特征波段667和1 414 nm,建立土壤全氮含量的估测模型:Y=2 698.048 X667-1062.149 X1414-0.015,R2为0.75,对估测模型进行验证发现,R2为0.80,当全氮含量过大或过小时,模型估测偏差相对较大,总体预测精度较高。【结论】高光谱分析技术对土壤全氮含量的预测具有一定的意义,利用估测模型可以快速鉴定土壤全氮含量。     

毛竹叶片重要营养元素的光谱敏感波段分析

以毛竹叶片为研究对象,利用ISI921VF-256野外光谱辐射仪获取毛竹叶片光谱反射率,分析毛竹叶片N、P、K含量和高光谱反射率的相关性,筛选N、P、K的光谱敏感波段与光谱敏感波长。结果表明,毛竹叶片N、P和K的敏感波段分别为700～850、600～750nm和450～560nm波段。毛竹叶片N含量在二阶导数光谱的光谱敏感波长为832nm;P含量在一阶导数光谱的光谱敏感波长为631nm;K含量在二阶导数光谱的光谱敏感波长为498nm。通过毛竹叶片的N、P、K含量与光谱敏感特性的相关性分析,对毛竹叶片重要营养元素的最佳光谱敏感波段研究以及高光谱预测反演具有重要意义。     

橡胶树叶片钾素含量高光谱估算模型研究

【目的】文章尝试建立橡胶树叶片钾素含量高光谱估算模型。【方法】基于涵盖2个品种和6个割龄的橡胶树叶片钾素含量和光谱反射率,分别采用偏最小二乘法(PLS)和偏最小二乘-支持向量机(PLS-SVM)构建了橡胶树叶片钾素含量高光谱估算模型。采用多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)、SG平滑(SG)、一阶导数(FD)和二阶导数(SD)等预处理方法或方法组合对叶片原始光谱反射率进行预处理,通过筛选得到最佳预处理模式为SNV+SG+FD的组合方法,其中,SG平滑点数为7,多项式次数为1或2。【结果】利用验证集对PLS模型和PLS-SVM模型进行验证,结果显示,决定系数R~2分别为0.843和0.868,均方根误差RMSE分别为1.331和1.162 g/kg,相对分析误差RPD分别为2.414和2.764。【结论】2种模型均具有良好的估算效果,PLS-SVM模型具有更高的估算精度。     

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。     

土壤游离氧化铁高光谱特征与定量反演

【目的】建立基于可见-近红外光谱的土壤游离铁精确预测模型,简单、快速、经济地预测土壤游离铁,有助于研究土壤发生和分类。【方法】采集广西壮族自治区的铁铝土、富铁土、淋溶土和雏形土等82个旱地土壤剖面的B层土壤,进行室内土壤化学分析、光谱测定,分析不同光谱变换后的光谱反射率与土壤游离铁含量的相关性。基于特征波段利用偏最小二乘回归(PLSR)和逐步多元线性回归(SMLR)法建立土壤游离铁含量光谱预测模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对预测偏差(PRD)确定最优模型。【结果】土壤光谱曲线分别在457、800和900 nm波段附近有明显的游离铁吸收和反射峰特征;土壤游离铁含量与原始光谱反射率呈负相关;原始光谱经过微分变换后,游离铁含量与光谱反射率相关性显著提高;基于400～580和760～1 300 nm特征波段和一阶微分光谱变换的SMLR模型预测精度最高,其验证集的R2和RPD分别为0.85和2.62,RMSE为8.41 g·kg~(-1)。【结论】将可见近红外光谱技术应用于土壤游离铁含量高效快速地预测具有良好的可行性。广西旱地土壤光谱反射率与土壤游离铁含量具有高度的相关性,应用逐步多元线性回归方法可以很好地建立土壤游离铁含量反演模型。     

新温185号核桃叶片光谱特征及其对施肥的响应

【目的】通过肥料效应田间试验,了解不同氮(N)、磷(P)、钾(K)施肥水平下新温185号核桃叶片光谱反射率的变化特征,并检验其光谱指数是否存在差异性,以期为探索采用光谱技术监测其树体营养的可能性提供科学依据。【方法】基于"3414"肥料效应田问试验,使用单通道高光谱非成像光谱辐射仪(UniSpeeSC)测定新温185号核桃叶片在不同N、P、K施肥水平下的光谱反射率。【结果】新温185号核桃叶片光谱反射率依赖于波长,在510和680 nm附近出现吸收谷,在550 nm附近出现反射峰,在710⁷80 nm波段出现了一个陡峭的爬升脊,在810780 nm波段出现了一个陡峭的爬升脊,在810¹000 am波段出现了一个较高的反射平台。不同N、P、K施肥水平下,新温185号核桃叶片的光谱反射率依波长变化发生了一定程度的改变,并且叶片光谱指数ND_(705)存在显著差异(P<0.05)。【结论】存在利用叶片光谱反射率监测新温185号核桃树体营养的可能性,可尝试采用光谱技术监测其树体N、P、K营养的进一步研究。     

苹果叶片的高光谱特征及其色素含量监测

【目的】分析苹果叶片的高光谱特征,探索建立苹果叶片色素含量的高光谱监测模型,以促进高光谱技术在苹果长势监测中的应用。【方法】通过方差分析方法,分析苹果春梢和秋梢停止生长两个时期功能叶片的不同部位、不同含水率、不同品种的高光谱特征。利用相关分析方法,研究高光谱参数与叶片色素含量间的关系,并建立基于光谱参数的叶片色素含量监测模型。【结果】在760—1300nm的近红外波段,叶片光谱反射率后部低、前部高、中部居于二者之间;随着叶片含水率降低,光谱反射率逐渐增大;不同品种的叶片,光谱反射率差异显著。光谱参数R800/R550、红边面积Sr和绿峰反射率Rg与叶片色素含量之间有较好的相关性,并分别建立了色素含量监测模型。其中以Sr建立的Chla、Chl(a+b)、Car含量监测模型和以R800/R550建立的Chlb含量监测模型为最佳。经均方根误差(RMSE)和相对误差(RE%)指标测试表明,模型能较好地监测苹果叶片色素含量。【结论】用红边面积Sr和波段组合R800/R550来监测苹果叶片色素含量效果较好,为苹果长势遥感监测提供了理论依据。     

温洲蜜柑叶片光谱反射率与叶绿素含量的相关性

以日南一号温州蜜柑为试材,对不同时期、不同黄化程度叶片反射光谱及叶绿素含量进行研究,结果表明,日南一号叶片反射光谱在350～1 750 nm范围内,出现了5次反射峰,其中可见光区域552 nm和近红外长波1 680nm波段处各出现了1次较弱的反射峰,在近红外短波段范围出现了3次强反射峰.在整个测定波段范围内,光谱反射率强弱为夏梢叶片＞春梢叶片＞秋梢叶片.随着叶绿素含量降低,叶片反射率增强,但叶绿素含量进一步降低,反射率出现减弱.在可见光波段范围,光谱反射率强弱为重度黄化叶＞中度黄化叶＞轻度黄化叶＞正常叶,而在近红外区域,出现中度黄化叶＞重度黄化叶＞轻度黄化叶＞正常叶的趋势.     

GC-MS法比较4个锦橙品种果皮精油成分差异

[目的]分析不同锦橙品种精油成分的种类及含量差异,为其香味研究和加工利用提供理论依据.[方法]利用水蒸气蒸馏法提取北碚447锦橙、开县锦橙、蓬安100号锦橙和铜水72-1锦橙果皮精油,采用气相色谱—质谱联用仪(GC-MS)进行检测,并利用谱库检索、结合保留指数(RI)及相关文献对精油成分进行鉴定分析,采用内标法测定各成分含量.[结果]从北碚447锦橙、开县锦橙、蓬安100号锦橙和铜水72-1锦橙果皮分别检测出38、29、21和15种精油成分,均以烯烃类化合物居多;以蓬安100号锦橙果皮精油的成分总含量最高(4865.85μg/gFW),开县锦橙的最低(4339.02μg/gFW).4个锦橙品种共有精油成分13种,含量较高的有D-柠檬烯、β-月桂烯、β-芳樟醇、α-蒎烯和桧烯;北碚447锦橙果皮精油特有成分最多,包括正癸醛、1-辛醇、香茅醛等10种,开县锦橙果皮精油特有成分为α-香柠檬烯,蓬安100号锦橙果皮精油特有成分为大根香叶烯D.[结论]不同锦橙品种精油成分种类及含量存在明显差异,可作为品种鉴定的重要特征,同时为柑橘果皮精油香气成分的工艺研究和皮渣综合利用提供重要的数据参考.     

基于样本挑选和不同偏最小二乘方法的近红外光谱玉米淀粉组分校正模型的研究

[目的]获得精度高、鲁棒性强的玉米近红外光谱淀粉组分检测模型。[方法]用一阶导数和Savitzky．Golay平滑对玉米1300～2298nlTl近红外光谱进行预处理,而后分别以RS（random sampling）、KS（Kennard Stone）、Duplex、SPXY（sample set partitioning based on joint x-y distance）方法选取最佳校正集样本集合,最后分别用PLS（Partial Least Squares）、iPLS（intervalPLS）和siPLS（synergy interval PLS）方法建立校正模型。[结果]采用sPXY方法选取有代表性的校正集合样本,以siPLS方法所建立的近红外光谱玉米淀粉组分校正模型最优,校正样本集合中r为0．9917,RMSECV为n1073,预测样本集合中r达到了0．9944,RMSEP为0．0814。[结论]SPXY-siPLS方法建立的近红外光谱玉米淀粉组分校正模型,不但可以减小参与建模的数据规模．而且缩短了运算时间．预测能力和精度也均得到提高。     

银杏叶叶绿素荧光特性及其含量测定研究

[目的]研究银杏叶叶绿素的荧光特征及其含量的变化规律。[方法]以新鲜银杏叶为材料,采用混合有机溶剂进行萃取,并用分光光度法对银杏叶叶绿素的含量进行测定,通过比较不同月份银杏叶叶绿素的含量,得到叶绿素含量的变化规律,同时研究银杏叶叶绿素的特征荧光发射峰和磷光寿命。[结果]银杏叶叶绿素有2个特征荧光发射峰,分别位于691和718 nm处,在2个发射峰处的磷光寿命分别为8.61和8.21μs;在不同月份的银杏叶中,叶绿素含量从大到小依次为7月、4月、11月,但叶绿素a/b比值从大到小依次为4月、11月、7月。[结论]该研究为银杏叶叶绿素的进一步研究提供参考。     

可见-近红外光谱预测土壤有机质含量的研究

[目的]基于土壤可见-近红外直接测定系统,重点研究和开发土壤有机质含量的校正分析模型。[方法]主要利用测试系统对来自关帝山森林土壤的20个样本在400～1 000 nm范围内进行光谱测试和分析。[结果]采用光谱法测定的有机质含量与采用权威化学方法测定的值基本一致。[结论]使用偏最小二乘回归分析,建立了土壤有机质与土壤光谱特性的预测模型。     

钾肥用量对甜瓜生长发育、产量及品质的影响

[目的]研究甜瓜在膜下滴灌栽培条件下对甜瓜生长发育及产量品质的影响.[方法]田间小区试验,施钾量不同处理为:0、75、150、225 kg/hm2.[结果](1)随施钾量的增加,干物质积累快增期(△t)延长,施钾处理比不施钾处理延长了1～6d;施钾增加了甜瓜在At时期内的干物质积累量,在快增期时施钾处理单株积累量比不施钾处理增加95.15～139.67 g;Ko、K1、K2、K3各处理总干物质积累速率依次在播种后63、66、65、64 d达到最大值.(2)合理施用钾肥,有利于甜瓜茎粗增长,成熟期K2处理比K0、K3处理的茎粗值分别高出3.49、3.17 mm.(3)施钾量在150 kg/hm2时,叶绿素含量、含糖量达到最大值.(4)施钾对甜瓜有明显的增产作用,施钾量在150 kg/hm2时,甜瓜产量达到最大值31 223 kg/hm2.[结论]在经一元二次方程模拟后得出钾肥最佳经济施用量为116 kg/hm2.     

长波近红外光谱在土壤总氮分析与稳定性中的应用

[目的]通过定标集、预测集、检验集的建模过程,采用偏最小二乘(PLS)方法结合波段选择建立土壤总氮快速分析的近红外(NIR)光谱模型。[方法]为了避免模型评价失真,基于随机性、相似性和稳定性,提出一种严谨的建模体系。将全谱扫描区(400～2 498nm)分成可见区(400～780 nm)、短波近红外区(780～1 100 nm)和长波近红外区(1 100～2 498 nm)。[结果]经过比较、检验,结果表明长波近红外达到了最好的模型效果和稳定性,最优PLS因子数为8,检验的预测均方根误差(V-SEP)和预测相关系数(V-RP)分别为0.118 g/kg和0.857,得到客观、稳定的预测模型。     

采后葡萄可溶性固形物含量的高光谱成像检测研究

提出一种应用高光谱成像技术检测葡萄可溶性固形物含量的方法。使用高光谱成像系统采集葡萄漫反射光谱,在500~1 000 nm光谱,采用多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)进行光程校正,结合一阶微分(1-Der)、二阶微分(2-Der)、Savitzky-Golay(S-G)平滑方法及其组合对原始光谱进行预处理,建立可溶性固形物含量的偏最小二乘法(PLS)和逐步多元线性回归(SMLR)模型。结果表明:采用PLS和SMLR建模方法均取得较好的预测效果。采用经过MSC、1-Der和S-G平滑相结合预处理后的光谱建立PLS预测模型,校正集的相关系数Rc为0.979 1,RMSEC为0.265,预测集的相关系数Rp为0.962 0,RMSEP为0.372;采用原始光谱、1-Der和SG平滑相结合预处理后的光谱建立SMLR预测模型,校正集的相关系数Rc为0.967 8,RMSEC为0.327,预测集的相关系数Rp为0.947 2,RMSEP为0.394。以上表明,基于高光谱成像技术可以实现采后葡萄可溶性固形物含量的准确无损检测。     

青荚叶中多糖及矿物元素含量的分析

[目的]测定青荚叶中多糖和矿物元素的含量,为开发青荚叶食品新资源提供理论依据。[方法]采用可见分光光度法测定了河南省卢氏县产青荚叶中多糖的含量,在380～550nm波长范围内扫描确定最大吸收波长。用原子吸收分光光度法测定了K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn和Cr9种常量、微量元素的含量。[结果]最大吸收波长为490nm;青荚叶中多糖含量为46．6671mg／g;青荚叶中含有丰富的矿物元素,其中含量较高的元素是Ca、Mg、Fe、Mn和Zn。[结论]青荚叶中含有丰富的矿物元素和多糖,具有广阔的开发利用价值。     

不同月份杜仲叶中绿原酸含量的研究

[目的]测定与比较不同月份杜仲叶中绿原酸的含量。[方法]用浓度30%甲醇回流40 min,采用反相液相色谱法测定杜仲叶中绿原酸含量。色谱柱为Kromasil C18柱,流动相为甲醇-0.02%磷酸溶液(体积比22∶78),波长327 nm,流速1.0 ml/min。绿原酸在9.78~238.00μg/L时呈良好线性关系,r为0.999 8,回收率为97.9%。[结果]通过对10年树龄的光皮杜仲树叶4~12月绿原酸含量的分析,叶中含量平均为2.55%,6月达到最高。[结论]该法快速、简单、准确。