生姜叶片氮含量的高光谱遥感估算模型研究

作物叶片氮含量的快速估算对于及时了解作物长势、病虫害监测以及产量评估具有重要意义。该文以经济作物生姜为研究对象,获取了2015年4月-9月不同品种、不同生育期和不同氮肥梯度下生姜叶片的高光谱和氮含量数据,对比分析了比值植被指数、归一化植被指数、植被指数组合形式对生姜叶片氮含量的估算效果。在此基础上,基于波段组合算法,筛选出了生姜叶片氮含量的敏感波段,并构建了两个新型光谱指数NDSI_((754,713))和RSI_((754,713))。结果表明,所选择的植被指数中,MCARI(705,750)/OSAVI(705,750)对生姜叶片氮含量估算效果最好,模型精度R~2、RMSE和RE分别为0.73、0.27、11.64%;利用波段组合算法构建的归一化光谱指数NDSI(754,713)对生姜叶片氮含量估算效果要优于MCARI(705,750)/OSAVI(705,750),模型估算精度R~2达0.83,使用的敏感波段713 nm与754 nm均位于植被的"红边"区域。对所建模型进行验证,叶片氮含量的预测值和实测值具有较好的一致性,验证样本R~2为0.78,RMSE为0.20,RE为9.81%。上述分析结果可为农业管理部门及时掌握生姜长势信息、制定施肥策略提供技术支持。     

基于光谱信息的作物氮素营养诊断研究进展

快速、准确地进行作物氮素营养诊断,有助于管理者及时、有效地采取相应的应对措施,既保障作物的高产量,又有效地管控、减少化肥施用量。由于作物氮素营养状况直接影响着作物的光谱信息,因此以作物光谱信息为依据进行作物氮素营养诊断极具潜力。对当前基于光谱信息进行作物氮素营养诊断的3种方法(便携式叶绿素仪法、高光谱遥感诊断法和数字图像分析诊断法)进行了综述,介绍了各个方法的原理、特点和研究进展,并对未来基于光谱信息的作物氮素营养诊断进行了展望。     

基于近红外高光谱成像技术鉴别杂交稻品系

种子的筛选和鉴别是农业育种过程中的关键环节。该文基于近红外高光谱成像技术(874~1 734 nm)结合化学计量学方法以及图像处理技术实现杂交稻种的品系鉴别及可视化预测。采集了3类不同品系共2 700粒杂交水稻的高光谱图像,用SPXY算法,按照2∶1的比例划分建模集和预测集。基于水稻样本的光谱特征,采用主成分分析(PCA)方法初步探究3类样本的可分性。采用连续投影算法(SPA),提取出7个特征波长:985.08、1 106、1 203.55、1 399.04、1 463.19、1 601.81、1 645.82 nm。基于特征波长和全波段光谱,建立了偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)模型。试验结果表明,所建模型判别效果较好,识别正确率均达到了90%以上,其中,SVM模型的判别效果优于PLS-DA模型,基于全谱的判别分析模型结果优于基于特征波长的判别模型。结合SPA-SVM校正模型和图像处理技术,生成样本预测伪彩图,可以直观的鉴别不同品系的水稻种子。结果表明,近红外高光谱成像技术可以实现杂交稻的品系识别及可视化预测,为农业育种过程中种子的快速筛选及鉴定提供了新思路。     

新疆‘叶尔羌’扁桃果实不同生育期叶片氮磷钾光谱特性研究

【目的】通过分析果实不同生育期叶片光谱反射率对N、 P、 K的响应,探寻采用叶片光谱指数诊断N、 P、 K敏感时期,为新疆莎车‘叶尔羌’扁桃简便快捷的非破坏性营养诊断提供最佳时间窗。【方法】采用“3414”肥料效应试验,利用Unispec-SC光谱仪测定莎车‘叶尔羌’扁桃在不同N、 P、 K施肥水平下果实座果期、 膨大期、 硬核期、 成熟期叶片的光谱反射率。【结果】‘叶尔羌’扁桃果实不同生育期叶片光谱反射率波动取决于波长,在可见光波段变异最小。光谱反射率总体上呈现硬核期＞座果期＞膨大期＞成熟期。在不同N、 P、 K施肥水平下,‘叶尔羌’扁桃果实不同生育期光谱指数(ND705)之间均存在显著差异(P＜0.05)或者极显著差异(P＜0.01)。叶尔羌扁桃果实座果期、 膨大期、 硬核期、 成熟期叶片氮素的敏感波段分别为815~894 nm,375~398 nm,608~616 nm,429~437 nm; 磷素的敏感波段为766~802 nm,1023~1063 nm,708~713 nm,1130 nm; 座果期、 膨大期、 成熟期叶片钾素的敏感波段分别为815~894 nm,345~368 nm,475~491 nm。【结论】果实成熟期与硬核期是N、 P、 K叶片光谱营养诊断的敏感时期。叶尔羌扁桃果实座果期、 膨大期、 硬核期、 成熟期叶片N素的敏感波段分别为815~894 nm,375~398 nm,608~616 nm,429~437 nm; P素的敏感波段为766~802 nm,1023~1063 nm,708~713 nm,1130 nm; 座果期、 膨大期、 成熟期叶片钾素的敏感波段分别为815~894 nm,345~368 nm,475~491 nm。     

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为给枸杞病虫害的防治提供依据,填补我国枸杞光谱特征研究方面的空白,采用近地高光谱遥感方法对枸杞主产区宁夏中卫市中宁县枸杞的健康冠层与枸杞木虱、瘿螨、负泥虫和白粉病等4种枸杞病虫害危害冠层的近地高光谱特征及变化规律进行研究.结果表明:不同病虫害感染后的冠层都具特有的光谱特征规律.健康枸杞冠层的光谱特征曲线较为平滑,其光谱反射率在红光波段700～760 nm和近红外波段处高于染病冠层;木虱、瘿螨和负泥虫危害的冠层光谱特征曲线较为曲折,出现较多折点,并且发生蓝移现象;白粉病危害冠层的光谱特征较其他3种病虫害的平缓,但其光谱反射率在近红外波段较健康枸杞冠层的低.随着受害程度的加重,木虱危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700～760 nm处和近红外波段处降低;瘿螨危害的枸杞冠层光谱反射率在绿光波段550～600 nm和红光波段600～700 nm处升高,在红光波段700～760 nm处和近红外波段处光谱反射率降低;负泥虫危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700～760 nm和近红外波段处降低;白粉病危害的枸杞冠层光谱反射率在蓝光波段、绿光波段和红光波段600～730 nm处升高,在红光波段730～760 nm和近红外波段处降低.     

小兴安岭不同土地利用方式下的土壤DOC化学光谱特性

在小兴安岭地区选取天然沼泽(兴安落叶松沼泽)、排水造林40a的人工林湿地、由湿地开垦40a的农田、湿地垦殖后弃耕地(弃耕40a)4种样地,研究小兴安岭不同土地利用方式土壤溶解性有机碳(DOC)化学光谱特性。结果表明,在垂直剖面上,排水造林湿地、农田、弃耕地以及天然沼泽的土壤DOC含量均从表层向下逐渐减少,在土壤表层0—10cm,DOC含量关系为:天然沼泽排水造林湿地弃耕地农田(p0.05),在其他深度上,差异不显著(p0.05)。DOC化学光谱特性表现为DOC中芳香族类化合物(SUVA254)、DOC中腐殖质所占比列(C/C)、DOC中腐殖酸与富里酸比例(E4/E6),在垂直剖面上逐渐递增。总体上,DOC化学光谱特性大小关系为:天然沼泽弃耕地排水造林湿地农田。4种土地利用类型土壤SOC的含量均随着土壤深度的增加而出现逐渐递减的规律,在垂直剖面上,天然沼泽SOC的含量大于其他土地利用方式。4种类型土壤DOC占SOC的比例(DOC/SOC)在垂直剖面上无明显变化规律。天然沼泽湿地DOC/SOC只在土壤表层大于其他土地利用方式(p0.05)。     

福建将乐林场主要树种冠层光谱反射特征分析

【目的】对福建将乐林场主要树种的冠层光谱曲线进行分析,以建立和完善该地区森林树种光谱数据库,并对利用高光谱数据研究森林树种分类提供理论和技术支持。【方法】对实测的林场内5个主要树种(马尾松、杉木、毛竹、木荷和苦槠栲)的平均冠层反射光谱曲线,采用导数光谱、红边特征及将冠层光谱曲线转化到频率域的离散傅里叶变换方法进行分析,比较各树种冠层光谱曲线在空间和频率域上的差别。【结果】在可见光波段(480~700nm),毛竹和苦槠栲的冠层反射率高于其他树种;在近红外波段(720~920nm),苦槠栲、木荷、毛竹的冠层反射率明显高于马尾松和杉木,且苦槠栲木荷毛竹。一阶导数光谱对植被类型有很好的区分作用,可以将植被在可见光波段附近吸收谷的特征和在近红外波段的红边特征进行突出显示。冠层光谱的红边特征参数表现为木荷和苦槠栲的光谱曲线红边斜率较大,明显高于马尾松、杉木和毛竹;毛竹的红边位置明显低于其他树种。对树种冠层光谱的频谱分析结果得出,冠层光谱前12次谐波能量累计达到99%,原始光谱曲线冠层光谱在频域上也有可分性,前4次谐波的幅度谱可以将苦槠栲、木荷和毛竹区分出来。【结论】不同树种的光谱曲线在空间域和频率域都存在明显的差别,光谱曲线的红边参数和冠层光谱在频率域的幅度谱有助于定量化地区分不同的树种类型。     

Relationships between soil spectral and chemical properties along a climatic gradient in the Judean desert

Regions of rainfall gradients at desert margins are areas where eco-geomorphic changes and degradation in response to global warming and grazing are most intensive. Assessment and understanding of the consequences of global warming and human disturbance of these vulnerable ecosystems requires detailed information regarding the spatial variation of soil and vegetation properties and their dependence on rainfall. Such detailed information is still of limited availability. This study aimed to rectify this shortcoming by analyzing data on the chemical and spectral properties of soil samples collected along the Judean Desert climatic gradient. Six clusters of typical chemical soil properties were identified. Dependencies of clusters’ chemical properties (total iron, organic and inorganic carbon) on annual rainfall amounts were found to be significant. Two spectral Landsat TM band ratios introduced to assess soil conditions showed significant correlations with these chemical properties. These ratios were found to be higher correlated than individual chemical properties with average rainfall suggesting that spectral data may represent a broader range of chemical, physical, and biological site properties. Examining the three-way relationships between soil chemical properties, their spectral reflectance characteristics and rainfall, facilitates a better understanding of the generalized trends along the climatic gradient and more specifically of modes of transition from semi-arid to arid zones.     

基于FLAASH模型的Landsat ETM＋卫星影像大气校正

主要介绍FLAASH大气校正原理及算法,并运用FLAASH大气校正模型对美国旧金山地区ETM＋卫星影像进行大气校正,再对校正前后的影像进行地物光谱曲线分析和NDVI分析评价。研究表明,ETM＋卫星影像经FLAASH大气校正后,较好地消除了大气影响。     

西鄂尔多斯荒漠化动态分析

以20世纪80年代末和2005年两期TM影像作信息源,对西鄂尔多斯鄂托克旗(以下简称鄂旗)境内的荒漠化土地现状与动态变化进行了监测研究。结果表明:近30年来,鄂旗荒漠化土地总面积变化较大,增长6.9%,荒漠化程度也明显加重,中度荒漠化面积明显增加,其中中度沙质地荒漠化面积增长了20.80%,中度盐渍化荒漠化面积增加了35.65%。