铜离子、铅离子胁迫的玉米冠层微分光谱与污染效应

通过设置玉米在不同浓度重金属铜、铅处理下的污染试验,测定玉米冠层在不同浓度重金属铜、铅污染下的高光谱反射率及其对应玉米叶片中的叶绿素、铜含量,分析玉米叶片中的叶绿素含量与土壤中重金属铜、铅浓度的关系,受不同浓度重金属铜、铅污染的冠层光谱的一阶、二阶、三阶、四阶微分光谱及其所对应的微分光谱角的区别,以及微分光谱及其所对应的微分光谱角与叶片中重金属铜含量的相关性。结果表明,玉米叶片中的叶绿素含量与土壤中Cu2+、Pb2+含量呈负相关;微分光谱波段位置的微分值和微分光谱角值可明显分辨受不同浓度重金属铜、铅的污染,微分光谱波段位置的微分值和微分光谱角值与叶片中重金属铜含量有显著相关性。     

小麦条锈病单叶片光谱和叶绿素含量关系分析

为了利用遥感监测小麦条锈病,研究条锈病侵染后小麦单叶光谱和叶绿素含量变化,人工接种条锈病菌在小麦幼苗上,测得接种1～24d的光谱和叶绿素含量,将其叶绿素含量与光谱及其一阶微分做相关性分析,利用光谱微分参数进行方程的模拟。接种1～12d,感染条锈病的叶片叶绿素含量与原始光谱及其一阶微分光谱在可见光波段呈负相关关系,接种13～24d,两者在可见光波段呈正相关的关系。接种后1～12d的方程模拟中以SDb为变量的模型为最佳模型,接种13～24d的方程模拟中以SDr/SDg为变量的模型为最佳模型,说明可利用光谱参数进行条锈病侵染小麦的早期监测。     

叶片—冠层尺度的毛竹林分光谱特征

通过测定毛竹林的林分光谱数据与相应的叶绿素含量,选用原始光谱反射率、导数变换光谱与"三边"参数3种光谱形式,研究不同形式的光谱信息与相应叶绿素含量的相关关系,揭示毛竹林分光谱特征在叶片—冠层尺度的差异。结果表明,叶片尺度上,原始光谱反射率对叶绿素的敏感波段在可见光区域的543~580nm,导数光谱的敏感区域在532~543nm、599~607nm以及728~736nm,"三边"参数的敏感参数为黄边面积参数(SDy);冠层尺度上,原始光谱在可见光区域及近红外区域对叶绿素的响应程度未达到显著性水平,导数光谱的敏感响应波段在近红外区域的816~819nm,"三边"参数中各参数与叶绿素含量均没有良好的相关性。叶片—冠层尺度上,某些波段的导数光谱比原始光谱对叶绿素具有更好的响应,并且"三边"参数的黄边区域参数对叶绿素的敏感性均高于其他参数,但冠层尺度与叶片尺度光谱对叶绿素的敏感区间不存在重叠。     

基于分数阶微分的葡萄叶片SPAD值高光谱遥感反演研究

【目的】探明高光谱遥感技术反演葡萄叶片叶绿素含量的可能性,构建葡萄叶片叶绿素含量反演模型,为快速且无损估测葡萄长势提供技术参考。【方法】以西南山区成熟期葡萄叶片为研究对象,同步获取冠层叶片高光谱数据和SPAD值,研究不同分数阶(0.0～1.4阶,步长0.2阶)微分光谱反演葡萄叶片SPAD值的能力,构建多个基于特征波段和光谱指数的单因素模型及基于连续投影算法的多因素模型。【结果】不同SPAD值葡萄叶片原始光谱曲线整体一致,在可见光区域反射率较低而在近红外区域反射率高;可见光、近红外区域反射率与SPAD值分别呈反比和正比;随着分数阶上升,特征波段由近红外向红边靠近,光谱指数由近红外与蓝光组合变更为近红外与绿光组合,单因素模型建模变量相关性呈先升后降趋势,在0.6阶达峰值;除0.6与0.8阶外,其余分数阶微分光谱单因素模型建模变量均为DSI;多因素模型优于单因素模型,机器学习算法可提升传统回归模型精度,所有模型以0.6阶下SPA-GA-XGBoost回归模型精度最优,其建模与验证R²分别为0.79和0.75,相应均方根误差(nRMSE)分别为15.54%和14.45%。...     

苹果叶片高光谱特性与叶绿素含量和SPAD值的关系

以礼富一号和嘎啦苹果为材料,分别测量了叶片的光谱反射率、SPAD值和叶绿素含量,分析了叶片的SPAD值和叶绿素含量与微分光谱之间的相关性。结果表明,苹果叶片的叶绿素含量与SPAD值呈线性相关,品种间的SPAD值和光谱反射率都存在差异。苹果叶片叶绿素含量的敏感波段位于694 nm。基于敏感波段的微分数值,建立了一阶微分光谱值与苹果叶片SPAD值和叶绿素含量的回归模型,确定系数分别达到0.781 8和0.589 9,为利用高光谱遥感技术反映苹果生长状况的叶绿素信息提供了依据。     

基于高光谱的琯溪蜜柚叶片磷素含量估算模型研究

蜜柚叶片磷素(phosphorus,P)含量是准确诊断和定量评价生长状况的重要指标,为快速、无损、精确地估测磷素含量,需要建立蜜柚叶片磷素含量高光谱估算模型。基于蜜柚叶片高光谱数据和磷素含量实测数据,提取原始光谱及一阶微分光谱特征波段和光谱特征变量,构建单变量估算模型、偏最小二乘回归模型和BP神经网络回归模型,并确定蜜柚叶片磷素含量最佳估算模型。在350～1 050 nm波段,原始光谱和一阶微分光谱与叶片磷素含量在可见光范围内有多波段相关性显著,并出现多个极值。原始光谱敏感波长为549和718 nm,一阶微分的敏感波长为528、703和591 nm。在建立的回归模型中,选择决定系数较高的模型进行精度检验,其中BP神经网络模型的拟合R²(0.775 9)最大,偏最小二乘估算模型的拟合R²(0.749 9)次之。综合建模精度和模型检验精度,确定BP神经网络模型为蜜柚叶片磷含量的最佳估算模型,建模和验证的R²分别为0.71和0.775 9;其次为偏最小二乘估算模型,建模和验证的R²分别为0.64和0.74...     

佛手瓜叶片光谱特征与SPAD值估算模型研究

构建佛手瓜叶片叶绿素含量估算模型，为实现高光谱技术监测佛手瓜叶片叶绿素含量变化提供参考依据。利用SPAD-502 PLUS叶绿素仪同步测定佛手瓜叶片的SPAD值，以Field Spec 3地物光谱仪采集佛手瓜叶片光谱数据。对原始光谱去噪处理后经一阶微分变换、倒数对数变换和倒数对数的一阶微分变换提取其特征波段，然后利用红边及绿峰位置构建了SPAD值的预测模型，并采用决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)对模型进行精度评价。结果表明，在400～1 000 nm波长范围内，佛手瓜叶片光谱特征在可见光区的绿峰波段反射率在22%左右，在近红外区形成高反射率，达到56%左右。通过对原始光谱曲线进行一阶微分变换、倒数对数变换和倒数对数的一阶微分数学变换后，提取出佛手瓜叶片的特征波长分别有520、550、640、650、670、680、700 nm。以单一红边位置与佛手瓜SPAD值建立的模型，r²为0.814 2,以此模型进行SPAD值预测，得到预测值与实测值的决定系数r²为0.833 7,RMSE为2.83,RE为...     

塔里木河流域上游天然胡杨叶片叶绿素与可见光-近红外光谱反射率的相关性研究

采用ISI921VF-512野外地物光谱辐射计实地测量了塔里木河上游天然胡杨5月至10月叶片可见光-近红外波段光谱反射率以及叶绿素含量,比较了不同月份间叶绿素含量的差异,并对叶绿素含量与光谱反射率进行了相关分析.研究结果表明:不同月份之间胡杨叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量差异极显著(p＜0.01),叶绿素含量最高的月份是8月,最低的月份是10月;胡杨叶片的可见光-近红外波段反射光谱与绿色植物的反射光谱曲线是一致的,不同波长位置的光谱反射率与叶绿素含量的相关性因波长不同而存在明显差异.在510 ～ 710 nm,胡杨光谱反射率与叶绿素含量之间呈极显著负相关,其中645nm处的相关系数最低(r在-0.45～-0.35之间);在415 ～510 nm和710～920 nm,胡杨光谱反射率与叶绿素含量之间呈极显著正相关,其中769 nm处相关系数最高(r在0.34～0.41之间).645nm和769 nm是两个具有特殊意义的波长位置,用于指示胡杨叶片叶绿素与反射率的相关性.     

基于高光谱的水浇地与旱地春小麦拔节期叶绿素含量估测模型对比研究

测定拔节期水浇地与旱地春小麦冠层光谱、叶绿素含量、覆盖度、苗高和叶宽,采用回归分析方法建立春小麦叶绿素含量高光谱估测模型,并对模型精度进行检验。结果表明: 阳坡和双面坡地春小麦拔节期叶绿素含量与原始光谱反射率在可见光和近红外波段均呈正相关,水浇地和阴坡地在723 nm以前相关系数为负,723 nm以后为正。各地类春小麦叶绿素含量与各高光谱变量的相关性均较好,均达到了极显著水平(P<0.01)。无论在可见光还是近红外波段,水浇地春小麦叶绿素含量均与倒数之对数lg(1/R)的相关性最好,相关系数最大值可达0.98;阴坡地则与一阶微分的相关性最好,最大为0.94;而与阳坡和双面坡地相关性最好的高光谱指数为归一化植被指数。在 各个波段,倒数之对数模型lg(1/R)、一阶微分模型(p′)和归一化植被指数模型(N)分别是估测水浇地、阴坡地、阳坡和双面坡地春小麦叶绿素含量的最佳模型。虽然各模型R²均超过0.90,精确度均大于0.91,但阴坡地、阳坡和双面坡地的模型精确度和准确度略低于水浇地。以上模型的建立可为今后估测水浇地与旱地春小麦的健康状况提供参考。     

基于光谱植被指数的冬小麦叶绿素含量反演

植物功能叶的SPAD值与其氮素和叶绿素有较强的相关性,研究功能叶SPAD与其冠层光谱的关系,对实现植株叶绿素含量快速、无损检测具有重要意义。本文通过对冬小麦生育期的冠层原始光谱进行一阶导数变换,研究其功能叶片SPAD值与冠层光谱的相关性,对监测冬小麦叶绿素含量的敏感波段进行了提取,并建立了叶绿素含量与冠层反射光谱的定量关系。结果表明,基于小麦冠层原始光谱反射率、冠层光谱导数反射率与SPAD的相关系数曲线,提取的各形式下冬小麦叶绿素含量的敏感波段分别为500、690、760和470、630、723nm;并构建了冬小麦叶绿素含量的预测模型,以FDNDVI(630,723)预测模型较好,其R2可达0.9485,模型验证参数R2、MRE和RMSE分别为0.8099、0.0294和1.805,拟合效果较好,表明该模型能有效地对冬小麦叶绿素含量进行预测。该研究结果可为冬小麦长势监测提供一定的理论参考。     

苹果冠层叶绿素含量高光谱估算模型

【目的】 研究一种快速、简便、无损的苹果冠层叶绿素含量估测模型。探索苹果品种岩富10号冠层的高光谱特征和叶绿素含量的估测方法,为该地区岩富10号苹果营养的快速诊断奠定基础,为红富士苹果精准化管理和-7光谱尺度研究提供参考依据。【方法】以红富士苹果(Malus domestica Borkh. cv. Red Fuji)主栽品种岩富10号叶绿素含量以及冠层高光谱反射率为数据源,分析叶绿素含量与冠层原始光谱(R)、微分光谱(R')之间的相关关系,利用敏感波段建立新的对应关系,构建岩富10号叶绿素含量的多种回归估测模型,并对不同模型进行了精度评价。【结果】微分光谱用于岩富10号叶绿素含量的估测精度要显著高于原始光谱反射率;利用敏感波段组合新定义的衍生变量拟合程度更优;在多种回归方式中,三次多项式模型的拟合程度最好,最优模型为357 nm等7个波段组合定义的新植被指数所建立的三次多项式模型,其精度为0.839。【结论】应用光谱技术对南疆塔里木盆地阿克苏地区岩富10号叶绿素含量进行定量反演是可行的。     

基于高光谱的苹果盛果期冠层叶绿素含量监测研究

【目的】建立苹果冠层叶绿素含量及冠层光谱特征参量间的定量关系模型,以促进高光谱技术在苹果树精准施肥以及快速、无损长势监测中的应用。【方法】以蒙阴县果园的苹果树为试验材料,连续2年分别测定了苹果冠层光谱反射率和冠层叶绿素（Chl(a+b)）含量,分析了冠层叶绿素含量与光谱反射率之间的相关关系,并计算了400—1 000 nm任意两波段组合而成的RVI、DVI、NDVI和RDVI,分析了它们与冠层叶绿素含量的关系,以逐步回归分析做比较,建立了苹果冠层叶绿素含量监测模型。【结果】结果表明,以单变量估算叶绿素含量的最佳光谱指数为NDVI(975,742),相关系数为0.5093。利用多元逐步回归建立的苹果冠层叶绿素含量最佳监测模型为Y=-0.56(log1/R)771-0.48(log1/R)1978 +0.20(log1/R)2407 -0.10(log1/R)2440+4.749。【结论】用多元逐步回归方法建立的模型来监测苹果冠层叶绿素含量效果较好,为利用高光谱技术监测苹果生长状况提供了理论依据。     

不同林龄云南松根际土壤丛枝菌根真菌多样性

以不同林龄云南松的根和根际土壤为研究对象,采用苯胺蓝染色-显微镜观察法探究云南松与丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)的关系;采用湿筛倾注-蔗糖离心法分离根际土壤AMF孢子,结合形态学和分子生物学进行鉴定,并分析其物种多样性。结果表明,苯胺蓝压片中未观察到丛枝菌根的特有结构,认为云南松根系与AMF不存在共生关系。根际土壤中共鉴定出7属25种AMF,包括无梗囊霉属6种、近明球囊霉属1种、多样孢囊霉属2种、巨孢囊霉属3种、盾巨孢囊霉属1种、球囊霉属11种、根孢囊霉属1种,其中球囊霉属和无梗囊霉属是云南松根际土壤AMF优势属;云南松林分不同发育阶段根际土壤AMF多样性存在差异,Shannon-Weiner指数、孢子密度和种的丰度为中龄林>幼龄林>成熟林;根际土壤AMF孢子密度、种数和优势种：幼龄林15.15个·g^-1、9种、瑞氏无梗囊霉、微白巨孢囊霉、长孢球囊霉,中龄林38.13个·g^-1、22种、瑞氏无梗囊霉、珠状巨孢囊霉、疣壁球囊霉,成熟林14.19个·g^-1、7种...     

滇中典型乔木植被高光谱特征

针对滇中乔木植被光谱研究较少问题,运用高光谱遥感技术提取分析植被的特征波段,补充滇中乔木光谱,以期能为遥感识别分类植被、监测乔木长势,以及植被反演等提供科学依据。利用SOC710VP地物光谱仪,对滇中的侧柏(Platycladus orientalis)、樟木(Cinnamomum longepaniculatum)、柳杉(Cryptomeria fortunei)3种植被进行反射光谱测定,分析3种植被的叶片光谱特征差异,使用光谱一阶导数和连续统去除处理其原始光谱。原始反射率曲线表明,400~420 nm柳杉的曲线呈下降趋势,区别于樟木和侧柏;侧柏、樟木、柳杉的反射率在700~760 nm存在显著差异。红边波段光谱一阶导数凸显了3种乔木植被特有的波峰波谷特征,侧柏的峰谷特征尤其突出,识别度更大。连续统去除变换能够突出3种乔木植被在可见光波段的吸收和反射特征差异,樟木和柳杉的连续统去除值在440~760、950~1 000 nm存在较大差异。通过比较3种植被的原始光谱特性和反射率,可以从一定程度上把3种植被区分开。光谱一阶导数和连续统去除变换可以突出3种植被原始光谱特征之外的特征,增加识别分类3种植被的特征波段,区分识别3种植被的效果更显著。     

几种典型荒漠植物冠层光谱特征比较研究

选取古尔班通古特沙漠南缘柽柳、梭梭和乌兰布和沙漠东北缘霸王、四合木、白刺、油蒿、红砂等7种荒漠植物为对象,通过获取各植物的冠层光谱反射率,采用光谱学分析法,提取光谱吸收特征参数,确定荒漠植物识别的最佳波段。结果表明,各荒漠植物的波谷波长位置接近,吸收波段特征有一定的相似性。具体看,梭梭和柽柳的波谱吸收特征更相近,其他5种植物更相近。应用二阶导数方法,在350~1 350 nm建立了5个具有植物生化意义的谱带,并得到典型荒漠植被识别的12个最佳波段。研究成果不仅可以为荒漠植被遥感识别和分类提供参考,也为荒漠植被生态监测提供一定科学依据。     

Canopy Equivalent Water Thickness Estimation of Cotton Based on Hyperspectral Index

【Objective】 The objective of the experiments is to develop a key method for fast and nondestructive monitoring canopy equivalent water thickness (CEWT) in cotton (Lumian 54) and to further improve the estimation accuracy of CEWT in cotton monitored by remote sensing technology. 【Method】 Through setting irrigation gradient treatment in different growth period, canopy spectral reflectance and canopy equivalent water thickness and other information were measured simultaneously. Firstly, we comprehensively analyzed the correlation between CEWT and various spectral parameters, including original spectral reflectance, first derivative spectral reflectance, all-band combined spectral index and existing spectral index. Then, we determined the optimal spectral indices of bud stage, flowering and bolls stage, and full growth period. Finally, we constructed a hyperspectral monitoring model of cotton CEWT by linear regression. 【Result】 The canopy equivalent water thickness and the original spectral reflectance show continuous sensitive bands in the near infrared band (NIR) of 780-1130 nm and the short wave infrared band (SWIR) of 1 450-1 830 nm and 1 950-2 450 nm, the sensitivity of the first derivative spectrum to CEWT was enhanced in NIR band than that of the original spectrum, but was weaker in SWIR band than that of the original spectrum. The correlation between the spectral index constructed by the original spectral reflectance and CEWT is stronger than that of the first derivative spectrum, and the ratio spectral index (RSI) is more suitable for the monitoring of CEWT than the normalized difference spectral index (NDSI). During the whole growth period, the inversion accuracy of CEWT by (R₁₁₃₅-5R₁₄₉₄)/R₂₀₀₃ was the best (R ²=0.7878, RRMSE=0.1803). In the bud stage, RSI_b(1130,1996) has the best estimation effect on CEWT (R ²=0.7258, RRMSE=0.1444). RSI_a (904,1952) was the optimal spectral index (R ²=0.7853, RRMSE=0.2454) for estimating CEWT at the flowering and bolls stage.【Conclusion】The new hyperspectral indexes proposed in this study in different growth stages can be used for quantitative monitoring of canopy equivalent water thickness in cotton. The results of this study can provide reference for the application of hyperspectral technology in monitoring water content of cotton canopy, and provide technical basis for precision irrigation of cotton.     

基于高光谱成像估测冬小麦不同生育时期水分状况

【目的】研究实时、快速估测冬小麦不同生育时期水分状况并构建模型,为冬小麦水分精准管理提供科学依据。【方法】以新疆典型滴灌冬小麦为研究对象,应用高光谱成像技术获取冬小麦冠层光谱信息,并对原始光谱反射率进行平滑和数据变换,利用一元线性回归(Simple linear regression,SLR)、主成分回归(Principal components regression,PCR)和偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)3种建模方法,对冬小麦冠层原始光谱及变换光谱分别构建植株水分含量估测模型。【结果】冬小麦冠层原始光谱反射率与植株水分含量相关性不高,对原始光谱反射率进行数据变换可以显著增强与水分含量的相关性和相关波段数,其中倒数一阶微分变换与冬小麦植株水分含量的相关系数最大,为-0.893 0,但不同变换最优相关系数所对应的波段位置并不固定。PLSR方法的模型精度最高,对数变换的PLSR模型估测精度最高,模型$R_{p}^{2}$、RMSE_p、RPD值分别为0.880 8、3.251 2%、2.934 3;冬小麦不同生育时期估测模型精度存在差异,拔节期、抽穗期估测模型精度较低,灌浆中期最高,其估测模型$R_{p}^{2}$、RMSE_p、RPD值分别为0.904 8、1.381 1%、3.454 7。【结论】利用高光谱成像技术对估测冬小麦植株水分含量是可行的,在灌浆中期的估测效果最佳。     

封育条件下草地光谱反射特征及地上生物量估测

2005年7月至2006年4月,对云南省马龙县封育草地和过牧草地的光谱反射率、草层高度、覆盖度和地上生物量进行了测定,分析了归一化植被指数(NDVI)及比值植被指数(RVI)与地上生物量之间的相关性。结果表明:过牧草地封育1年之后,其草层高度、覆盖度和地上生物量显著增加,光谱反射特征也相应地发生明显变化。450~850 nm范围内,两种草地不同季相条件下在各波段的光谱反射率差异均达到极显著水平(P<0.01),覆盖度及季节变化对近红外波段的影响明显大于可见光波段。旺盛生长期(7月)和枯黄期(11月),封育草地具有植被反射型特征,而自由放牧草地表现为植被-土壤型;返青期(4月)两种草地均表现为土壤型。过牧草地地上生物量与两种植被指数之间无显著相关性。封育草地地上生物量与NDVI,RVI之间存在显著的(P<0.05)非线性相关,旺盛生长期和返青期NDVI与地上生物量的相关性强于RVI,枯黄期RVI与地上生物量相关性强于NDVI。