基于LIF技术分析玉米叶片蒸腾效应模型

玉米抽丝期是玉米由营养生长进入生殖生长的转折点,是决定玉米产量的关键时期。为此,基于激光诱导荧光光谱(LIF)技术,以抽丝期玉米叶片为研究对象,快速无损地获取植物生理信息的日变化,重点分析玉米叶片蒸腾效应与叶绿素荧光光谱的相关性,并选择706～748nm波段作为敏感光谱波段,建立了基于光谱特征参数的植物叶片蒸腾速率的预测模型。结果表明:采用荧光强度F730研究玉米叶片蒸腾效应最合适;由于气孔导度反映蒸腾效应,且影响CO_2的同化过程,故以气孔导度的信号之一的叶片温度作为模型输入修正;通过对蒸腾速率与叶片温度、叶绿素荧光强度进行回归诊断与全回归分析,建立了基于荧光强度F730和叶片温度的蒸腾速率预测模型,分析了蒸腾速率与二者的相关性,模型复相关系数为R=0.833 4,模型校验结果的相关系数R~2=0.879 8,认为模型的预测能力较好。通过激光诱导叶绿素荧光光谱技术实现了对植物生理信息的无损检测与分析,建立的玉米抽丝期蒸腾速率预测模型可为玉米优质高产的水肥精准化、智能化控制技术提供数据支持。     

油菜氮素光谱定量分析中水分胁迫与光照影响及修

研究了油菜氮素和水分胁迫在光谱检测中的相互作用,以及光照的变化对作物光谱检测的影响.为了克服光照因素对光谱检测的影响,针对氮素和水分的特征波长分别建立了基于光谱反射率变化率的光照修正模型;为了实现对氮素和水分相互作用的解耦,针对不同含水率水平的植株分别建立了全氮含量光谱特征的主成分回归模型.利用氮素光谱组合分析模型对植株全氮含量进行预测,结果表明,实测值与预测值的相关系数R为0.92,均方根误差(RMSE)为0.53,优于前期采用6特征波长变量和主成分回归法所建立的预测模型.     

基于叶绿素荧光光谱分析的光能利用效率研究

以水稻为研究对象,利用叶绿素荧光光谱对水稻叶片的光能利用效率进行分析。研究中,采集水稻叶片的叶绿素荧光光谱,同步测定净光合速率和光合有效辐射,并进行光能利用效率的计算。以红光区F685和远红光区F732为光谱特征参数的分析显示,F685、F732及参数组合F685/F732与光能利用效率显著线性相关,因此分别以F685、F732和以F685/F732为模型输入建立了光能利用效率预测模型并进行对比,发现基于F685/F732的预测模型精度更高。由于CO2的同化过程受气孔导度的影响,而叶片温度是气孔导度的信号,且光能利用效率受叶片温度影响显著,为提高模型预测精度,也将叶片温度作为模型输入,建立了基于F685/F732和叶片温度的光能利用效率预测模型,决定系数为0.885。     

赣南脐橙叶片SPAD值可见近红外光谱无损检测

为了提供果树精准肥水管理参考数据,进行了果树叶片SPAD值近红外光谱无损检测研究。采用反射方式,采集100片赣南脐橙叶片的可见近红外光谱;利用移动窗口偏最小二乘法结合遗传算法、连续投影算法筛选光谱变量,并建立偏最小二乘回归校正模型。采用移动窗口偏最小二乘法和连续投影算法组合筛选的39个光谱变量建立的校正模型预测结果最优,模型预测相关系数为0.898,模型预测SPAD值均方根误差为2.116。试验表明,应用可见近红外反射光谱技术结合化学计量学算法进行赣南脐橙叶片SPAD值无损检测是可行的。     

偏振光谱在枣叶无损检测中的应用

红枣通过光谱无损检测技术可以快速预测红枣水分、糖分等参量,而将偏振光谱技术应用于红枣叶片的无损检测可以快速对枣叶的水分、叶绿素进行预测,进而预测枣树的生长状态。利用近红外偏振光谱技术对南疆红枣叶片含水量和叶绿素含量进行无损检测,分别选用偏最小二乘法(PLS)和主成分回归分析法(PCR)的化学计量学方法建立红枣叶片校正模型,光谱数据预处理分别选择原始光谱、一阶导数光谱、SG平滑。预测含水率使用0度偏振片和PLS方法效果最好,其校正相关系数(Rc)、校正标准偏差(RMSEC)、预测均方差(RMSEP)分别为0.94222、0.00845、0.00826,预测叶绿素使用0度偏振片和PCR方法效果最好,其Rc、RMSEC、RMSEP分别为0.53646、3.49、4.25。通过试验结果可以看出偏振片为0度时的预测效果最好,且PLS对含水率预测效果更好,PCR对叶绿素预测效果更好。     

基于近红外光谱岭回归的甜椒氮素检测试验

针对设施作物营养水平无损检测技术,着重描述了基于近红外光谱数据岭回归分析的甜椒氮素检测试验研究过程.利用近红外反射光谱成像技术对目标作物进行叶片尺度的光谱图像采集,应用计算机图像分析软件进行光谱数字图像处理、提取光谱数据,经过统计分析对数据完成筛选作为变量,结合化学分析试验结果建立作物营养检测模型,检验模型得出结论.为了解决自变量间存在的多重共线性造成模型难以建立的问题,在数据处理阶段,采用了在农业探测领域内并不多见的岭回归分析方法,利用其特殊的有偏估计算法,拟合建立回归方程.同时,由于岭回归分析可以用于进一步筛选特征波段,最终得到的是基于三特征波段近红外光谱反射率数据的甜椒叶片氮营养检测模型.经过模型检验,模型的调整R2为0.843,RMSE为0.105.     

基于多光谱视觉的油菜叶片氮素营养检测方法研究

应用多光谱视觉技术对油菜叶片氮含量百分率进行了定量分析.在RGB颜色模型下,对采集的油菜叶片图像的颜色特征进行分析.分析结果表明:G/R-G/B和G/R与叶片氮含量百分率呈高度相关,相关系数分别为0.89和0.88,而其它图像特征同含氮量百分率之间相关性都比较弱.为此,使用G/R-G/B与G/R分别与叶片氮含量百分率建立线性回归模型,经验证G/R-G/B建立的回归模型预测值平均相对误差在9%以内,这表明此特征可用于多光谱视觉快速诊断油菜叶片氮素营养的特征.     

基于高光谱成像技术的鲜食核桃仁水分检测研究

为实现对货架期内青皮核桃仁水分的快速预测,利用高光谱成像技术采集货架期核桃青皮光谱数据,测定核桃仁含水量,利用连续投影法（SPA）提取11个特征波长,建立了偏最小二乘法（PLS）、多元线性回归（MLR）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）模型。结果表明,LS-SVM建模效果最好,预测集的相关系数RP=0.800 7,均方根误差RRMSEP=2.189 7。研究表明,利用高光谱成像技术可以实现货架期青皮核桃仁水分快速预测,为青皮核桃的贮运销提供指导。      

基于光谱分析的温室番茄叶片叶绿素含量预测

通过分析叶片光谱反射率与其叶绿素含量的相关关系表明,温室番茄叶片的光谱反射率与其叶绿素含量的敏感波段为510～625 nm和690～710 nm,最佳波长为526 nm、609 nm和697 nm.利用最佳波长处的光谱反射率与多种建模方法如多元回归分析MLR(Multilinear Regression)、偏最小二乘回归分析PLSR(Partial Least Square Regression)建立了预测叶片叶绿素含量的模型,建模相关系数很相近,均大于0.740,但是PLSR在一定程度上消除了多重相关性的影响,模型验证时的相关系数(0.768)大于MLR模型(0.740);本研究在NDVI的基础上提出了一个新的光谱指数NDCI,并基于NDCI建立了叶片叶绿素含量的预测模型(Rc=0.753),获得了比较好的预测效果(Rv=0.761),为作物长势检测仪的开发奠定了基础.     

基于荧光光谱分析的马铃薯叶片钾素营养检测研究

马铃薯属于喜钾作物,在栽培过程中钾素营养的供应直接关系到马铃薯的产量与品质.本研究探讨了不同供钾水平下马铃薯作物叶片的荧光光谱响应特性,并基于不同形式的光谱参量构建了马铃薯不同生育时期叶片钾素含量的回归模型.结果表明:将敏感波段中680nm和718nm波长处的荧光强度F680和718进行组合及对数变换处理后[F680+F718、lgF680、lgF718、lg(F80+F718)]作为光谱参量,所构建的叶片钾素含量回归模型的决定系数均较原始光谱参量(F680、F718)有所提高,其中以lg (F680+F718)为光谱参量所建立的回归模型拟合效果最佳,在发棵期和结薯期回归模型的决定系数均高于0.94,基于该参量所建立的模型适宜用来估算马铃薯叶片钾素的含量及对马铃薯作物钾素营养的丰缺状况进行评价.     

铜胁迫下玉米叶片的HHT包络谱变化与污染预测模型

根据不同Cu~(2+)胁迫梯度下玉米叶片光谱及叶片中Cu~(2+)含量数据,利用经验模态分解(EMD)获取不同胁迫梯度下叶片光谱的各阶本征模态函数(IMF),选IMF4进行HHT包络谱分析,研究了玉米叶片在不同Cu~(2+)胁迫梯度下光谱的Hilbert包络谱变化特征与污染程度预测方法。通过构建包络谱峰值指标(E_1)和包络谱峭度系数(E_2)特征参量,分析叶片在不同Cu~(2+)胁迫梯度下的包络谱变化;同时基于包络谱特征参量值与叶片中Cu~(2+)含量的相关性分析和逐步回归统计,建立了玉米叶片重金属污染的Cu~(2+)含量的单、双因素变量预测模型。实验结果表明:不同Cu~(2+)胁迫梯度下,玉米叶片光谱的包络谱为分布在100 Hz频率以内的连续谱;E_1和E_2值均表现出与叶片中Cu~(2+)含量呈正相关的变化趋势,两个包络谱特征参量值都在Cu(150)位置达到最大值;由于E_1和E_2值与叶片中Cu~(2+)含量都具有良好的相关性,可把E_1和E_2作为监测玉米重金属污染预测指标。根据E_1、E_2单因素及双因素变量构建的Cu~(2+)含量预测模型应用结果比较,表明E_1、E_2双因素变量构建的模型具有最优的预测能力。     

玉米叶片铜铅胁迫高光谱识别研究

为了区分玉米叶片重金属胁迫种类，提出一种基于高光谱的铜铅胁迫识别方法。分别以叶片0.1~2.0阶分数阶导数(FOD)光谱中红边位置与任意两波长处的光谱值构建玉米叶片的红边铜铅敏感指数(RECLSI)集群，计算各集群中指数与胁迫类型的相关系数，以相关系数最大值、最小值对应的RECLSI构建铜铅识别特征(CLIF)，在CLIF的二维分布出现与胁迫类型相关的聚类时建立胁迫识别界限(SIB)，从而实现铜铅胁迫识别。研究表明：各RECLSI集群中指数与胁迫类型相关系数的最大值、最小值随FOD光谱阶次的增加分别呈先升后降、先降后升的趋势，其中相关系数最大值、最小值的极点分别出现在1.3、1.4阶FOD光谱对应的RECLSI集群中；0.7~1.5阶FOD光谱的CLIF二维分布呈现出与胁迫类型相关的聚类，根据CLIF-SIB能够不同程度地实现铜铅胁迫识别；1.2阶FOD光谱的CLIF-SIB识别效果最好，试验集精度为100%，验证集精度为81.25%。基于FOD光谱的CLIF-SIB玉米叶片铜铅胁迫识别方法在部分阶次能够获得良好且稳定的识别结果，具有可行性和有效性。     

基于DSSAT模拟的不同水分利用效率指标区域评价差异研究

为研究不同水分利用效率评价指标在区域评价方面的差异、相关关系和适用性,利用DSSAT-CERESWheat模型模拟得到不同定义下的农田总供水分利用效率(WUEg)、广义水分利用效率(WUEu)、作物水分生产率(WP)和灌溉水利用效率(WUEi)及真实灌溉水利用效率(WUEti)5个常用评价指标,分析得出:1 WUEu与WUEg站点间、年际间及区域水平评价结果均一致,推荐使用WUEg;2WUEi不能表征真实的灌溉水利用效率,但黄淮海区域水平WUEi表征结果实则接近总水分利用效率;3WUEti站点和区域水平均难以计算不方便使用;4站点水平各指标相关关系不同,但区域水平各指标间均呈良好的正相关性。站点和区域水平不同指标评价结果均有差异;站点水平WP评价结果最稳定,区域水平WUEg评价结果最稳定。     

不同时期水分亏缺对冬小麦根系效率及后期抗旱性的影响

采用盆栽试验方法研究了不同生育期水分亏缺对冬小麦根系效率、后期抗旱性和水分利用效率的影响。试验设3个水分亏缺处理时期：越冬—拔节期、返青—拔节期、拔节—抽穗期;每个时期水分亏缺程度均为田间持水率的45%～50%。设置对照（CK）土壤含水率为田间持水率的70%～75%。结果表明,返青—拔节期水分亏缺提高了小麦的根系效率和...     

不同蒸散量下小叶女贞的叶片特性

为了定量研究绿化灌木蒸散量与叶片性状参数的关系,探索评价绿化灌木耗水效率的准则和指标,为绿化灌木节水灌溉制度的制定提供参考。以北方常见绿化灌林-小叶女贞(Ligustrum quihoui Carr)为试材,进行了盆栽试验。结果表明:随着蒸散量的增加,小叶女贞总叶面积、单叶面积、叶长和叶宽均呈先增加后减小的趋势,苗木刚移植第一年(2010年)的变化明显比移植后第二年的变化剧烈。2010年,土壤含水率保持在65%～100%(FC)时4项指标值最大;2011年在55%～100%(FC)时总叶面积最大,65%～75%(FC)时单叶面积、叶长和叶宽最大。2010年比叶面积和水分利用效率(WUE)随蒸散量的增加呈先增加后减小趋势,2011年均呈减小的趋势。叶片失水速率随蒸散量增大而减小,在24h后变化趋于平缓。     

基于快速叶绿素荧光技术的油菜冠层生化参数垂直异质性分析

准确获取作物冠层生化信息对监测作物生长和指导精准施肥具有重要意义。现有的作物生化参数的垂直分布研究以高光谱遥感反演为主,缺乏与光合生理的联系。本研究主要探究了不同氮素处理水平下油菜苗期冠层内的叶绿素、类胡萝卜素、干物质和水分等生化参数的垂直分布变化特性,同时利用快速叶绿素荧光技术测定了叶片的光合性能,并通过线性回归分析和主成分分析进一步剖析了荧光响应与生化参数的内在联系。试验结果表明：（1）苗期中期油菜冠层的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、干物质和水分含量均呈抛物线型的非均匀垂直分布,而叶绿素与类胡萝卜素的比值具有与其他生化参数不同的垂直分布模式,其随着叶位升高和施氮量的增加逐渐下降,与推动力DF_Total、电子链末端量子产额φ_Ro等荧光参数的垂直分布模式相同;（2）荧光参数,特别是DF_Total,对油菜叶片叶绿素与类胡萝卜的比值、叶绿素和干物质含量具有较强的评估能力;（3）缺氮会降低苗期油菜叶片的光系统I和II（PSI和PSII）性能,通过最大光化学效率φ_Po等荧光参数可对氮素胁迫进行诊断;而不同叶位叶片在PSI性能即电子末端传递效率上具有显著差异,通过DF_Total可有效表征冠层生化参数的垂直异质性。上述结果表明,应用快速叶绿素荧光技术对作物进行生化信息的垂直异质性监测具有可行性,可为指导精准施肥和提高优质优产提供新思路和技术支撑。     

基于小波技术的冬小麦植株组分含水率估测模型

为研究光谱对冬小麦植株组分含水率的估测能力,分析小波技术对光谱信息的分离规律,以冬小麦冠层光谱数据与相应的冬小麦植株叶片、茎秆、麦穗含水率的测定值为数据源,先采用小波技术分离冬小麦冠层光谱信息,再将分离的光谱信息与冬小麦各植株组分的含水率进行相关性分析,并提取敏感波段;最后利用偏最小二乘算法构建冬小麦植株组分含水率的估测模型,并进行了验证与评价。研究表明:经小波技术分解后,冬小麦冠层光谱内的吸收特征逐分解水平分离至高频信息内,且各分解水平所代表的吸收特征按强度依次分布于高频信息的分解水平H1～H10内;冬小麦麦穗含水率估测模型的精度与稳定性较强,茎秆次之,叶片稳定性最差,说明扬花期后的冬小麦水分供给已不再适合只采用叶片含水率进行评定,应增加或替换检测指标。     

基于动态荧光指数的草莓干旱胁迫分析

为了探究干旱胁迫与草莓幼苗荧光图像参数的关系,设计了草莓幼苗叶绿素荧光图像采集系统,研究利用460 nm波长LED光源主动激发不同胁迫组分下的草莓幼苗,采集从激发开始到稳态阶段的荧光图像.提出基于最大类间方差法的阈值分割及图像去背景方法进行图像预处理,并根据每幅图像的像素均值绘制荧光淬灭曲线,分析荧光衰减比率、动态荧光指数与胁迫天数相关关系.结果表明:离体叶片的荧光淬灭曲线衰减变化较大,荧光衰减比率与干旱胁迫时间高度相关,决定系数R²=0.98;活体草莓幼苗荧光衰减比率在干旱胁迫7 d内相比对照组存在较明显变化,荧光淬灭曲线550 s处的动态荧光指数与干旱胁迫天数存在较高相关性(决定系数R²=0.84),可以作为模型分析草莓幼苗干旱状况;经过数字处理的荧光图像可以直观地分析叶片荧光二维分布、进行不同胁迫天数之间的荧光比对,结合图像的叶绿素荧光分析相较传统的荧光检测手段更加经济直观,可以作为一种农业生产监测手段来实现干旱胁迫预警.     

不同时段刺五加叶片黄酮含量的高光谱无损估测

针对野生刺五加叶片中黄酮含量的测量方法繁琐、时间较长及需破坏叶片等问题,提出了一种基于高光谱技术对不同时段的刺五加叶片中黄酮含量的估算模型。首先,分析提取地域、年龄、长势相近的20株刺五加叶片光谱特征,通过对叶片进行烘干、磨粉及利用紫外分光光度计等化学方法测得叶片中黄酮的真实含量,并选择4种预处理互相结合、比较的方式,判断出最优预处理模型;通过SPA与PCA算法的结合,选择出较明显的特征波段,通过MatLab2018a将特征波段的反射率分别与40组预测集验证相关性后,再分别选取预测值和20组实测值与BP神经网络、支持向量机进行模型建立。实验结果表明:利用BP神经网络建立的模型的校正集决定系数Rc2分别为0.8649、0.7976、0.8485,支持向量机建立的模型的校正集决定系数Rc2分别为0.7526、0.7742、0.7243,证明SNV和1 Der结合的预处理方式与BP神经网络所构建的模型效果最好。研究为高光谱技术对刺五加叶片中黄酮的反演提供了有力的支持,也会提高工业和药用采摘的效率及刺五加的利用价值。     

不同尺度首尾法及动水法测算灌溉水利用系数对比研究

根据2008年在湖北漳河灌区基于首尾法及动水法开展的不同尺度灌溉水利用系数的测算数据,分析了灌溉水利用系数随空间尺度的变化规律以及2种方法之间不同尺度灌溉水利用系数存在的差异及其原因。结果表明,灌溉水利用系数随空间尺度的扩大呈显明显的降低趋势;各尺度上首尾法获得的灌溉水利用系数值均略大于动水法,原因在于首尾法反应年用水的总体情况,并考虑了回归水的重复利用;不同尺度之间灌溉水利用系数降低幅度比较表明,漳河灌区从干渠到支渠、支渠到斗渠环节的损失最大,是节水改造的主要对象。