棉花叶面积指数和地上干物质积累量的高光谱估算模型研究

 用ASD FieldSpec光谱仪实测棉花冠层不同生育时期的高光谱数据,同期获取棉花叶面积指数(LAI)和地上干物质积累量(Above-ground Dry Matter Accumulation,ADMA)。分析棉花冠层反射光谱与棉花LAI、地上部干物质积累量（ADMA）的相关关系,分析结果表明,反射光谱数据与棉花LAI、ADMA的相关系数的最高值分别发生在783 nm（r=0.6394^**）和766 nm处(r=0.6287^**);对反射光谱数据进行统计分析,建立了基于比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)的5种函数形式的棉花LAI、ADMA估测模型。经检验,基于RVI的估测模型具有较高的精度;对一阶微分光谱数据与棉花LAI和ADMA的逐步回归相关分析表明,敏感波段分别发生在736 nm（r=0.6769^**）和742 nm处(r=0.6847^**)。由736 nm、742 nm波段处的微分数值建立的LAI和ADMA线性回归估测模型,R值均达到了1%极显著的检验水平,说明一阶微分光谱敏感波段的数值,对棉花LAI和ADMA具有一定的估算能力。     

基于高光谱数据提取作物冠层特征信息的研究进展

高光谱(Hyperspectral)遥感是指光谱分辨率在10-2λ的遥感信息,其特点是光谱分辨率高(5~10nm)、波段连续性强(在0.4~2.5μm范围内有几百个波段)。高光谱遥感器既能对目标成像(有时也称成像光谱遥感)、又能测量目标物的波谱特性,因此,它不仅可以用来提高对农作物和植被类型的识别能力,而且还可以用来监测农作物长势和反演农作物的理化特性。绿色植物具有独特的光谱曲线特征,而作物具有绿色植物典型的光谱特征曲线,基于作物的光谱特征研究与其生理生化特性之间的关系,高光谱遥感数据在提取作物生理生化特征、提取作物冠层信息、估产以及预测病虫害等许多方面都表现出巨大的应用潜力。本文概述了利用高光谱数据提取作物冠层信息的研究现状、展望及其在新疆棉花生产中的应用和前景。     

北疆棉花新陆早6号和新陆早7号光合特点分析

北疆棉花品种新陆早6号和新陆早7号单叶光合速率(Pn）的高值期在盛花期，新陆早7号的单叶Pn明显高于新陆早6号。新陆早6号与新陆早7号群体光合速率（CAP）对密度的反应具有不一致性，栽培密度对于CAP的影响至关重要。盛花期～吐絮期，冠层中的上、中、下叶层群体光合速率变化具有一定的规律，吐絮期冠层上层作为棉株C的主要来源，冠层郁蔽过早，直接降低中，下层对棉株C的贡献。     

北疆棉花群体光合特性研究

试验证明，棉花群体光合速率（ＣＡＰ）高持续时期是棉花高产栽培的重要时期；栽培密度对于ＣＡＰ的影响至关重要；土壤释放的ＣＯ２对棉花光合作用具有一定的贡献率。从栽培角度来看，棉花高产栽培的技术途径之一就是延缓棉花后期群体光合的下降速率。     

北疆棉花红叶早衰特征及其原因探讨

20世纪90年代以来，新疆棉区曾在不同年份、不同地区发生不同程度的红叶早衰现象，对早衰地区的棉花产量、品质带来了较大的影响。如：2001年8月上旬，北疆石河子棉区发生大面积红叶早衰，使当年棉花减产20％-40％；皮棉品级下降；棉种成熟度差，严重影响了植棉企业和棉农的经济效益。     

基于棉花红边参数的叶绿素密度及叶面积指数的估算

利用野外非成像高光谱仪,测试棉花两个品种4种配置种植方式两年关键生育时期的冠层反射光谱数据,应用光谱微分技术,获取棉花微分光谱680～750 nm波段的红边参数：红边面积（SDr）、红边斜率（Dr）以及红边位置（λr）变量;将棉花红边面积、红边斜率分别与其冠层叶绿素密度（CH.D）、叶面积指数（LAI）进行相关分析,它们的相关性均达到1%极显著水平,其中红边面积与叶绿素密度的相关性最好（RCH.D=0.8787**,n=137）;并且红边面积较红边斜率对叶绿素密度、叶面积指数的预测精度更高。以棉花新陆早13号和19号为建模样本,通过红边面积与叶绿素密度的线性相关模型,分别反演新陆早13号、19号冠层叶片的叶绿素密度,结果表明对这两个棉花品种的叶绿素密度估算精度分别达87.4%和83.3%,说明高光谱红边参数是估算棉花叶绿素密度和叶面积指数的一种简单、快捷、非破坏性的有效方法。     

基于红外热图像的棉花花铃期CWSI与光合参数关系的研究

在新疆生态气候条件下,采用膜下滴灌植棉技术,利用Fluke红外热像仪获取新陆早13号和新陆早33号两棉花品种在1 050m3/hm2,2 100 m3/hm2,4 200 m3/hm2,5 300 m3/hm24水平水分处理条件下花铃期冠层红外热图像;应用图像处理技术,提取棉花冠层受光叶片温度,将人工参考湿表面(WARS)的温度运用到Jones(1992)定义的水分胁迫指数(CWSI)的经验公式中,计算CWSI;同时,用LI-6400便携式光合仪测得相应叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),研究花铃期棉花冠层不同程度水分CWSI与Pn、Gs和Tr的相关性。结果表明,水分胁迫下随Pn、Gs和Tr的降低,CWSI升高,CWSI的临界值应在0.37~0.40。水分胁迫与非水分胁迫间,棉花冠层CWSI存在显著性的差异(α=0.05),水分胁迫下CWSI值较高;花铃期CWSI分别与Pn、Gs和Tr显著负相关(RCWSI-Pn=-0.8533**,RCWSI-Gs=-0.7771**,RCWSI-Tr=-0.8063**),花铃期CWSI与Pn、Gs和Tr可同步反映棉花冠层的水分状况。     

棉花高光谱植被指数与LAI和地上鲜生物量的相关分析

通过测试棉花关键生育阶段350-2500nm波段的冠层高光谱数据,用近红外波段760-850nm及红光波段650-670nm的2个范围内的波段,组成了高光谱归一化植被指数（NDVI）及800和670nm2个波段组成修改型二次土壤调节植被指数（MSAVI2）,分别与棉花叶面积指数（LAI）和地上鲜生物量进行相关分析,结果表明,棉花NDVI和MSAVI2与LAI和地上鲜生物量两个参数均以幂指数相关关系为最佳（RNDVI-LAI=0.7346＊＊,RMSAVI2-LAI=0.7436＊＊,n=81;RNDVI-鲜生物量=0.7426＊＊,RMSAVI2-鲜生物量=0.7934＊＊,n=59）,MSAVI2与LAI和地上鲜生物量的相关性均高于NDVI与LAI和地上鲜生物量的相关性,说明MSAVI2较NDVI更好的消除土壤背景等对反射光谱造成的影响,较精确的提取反映棉花生长状况的叶面积指数和生物量信息。     

高光谱数据与棉花叶绿素含量和叶绿素密度的相关分析

 通过获取棉花不同品种、不同种植密度单叶和冠层关键生育时期的反射光谱,与其相应的单叶叶绿素含量（CHL.C,下同）和冠层叶绿素密度（CH.D,下同）进行多元统计的逐步相关分析。结果表明,棉花冠层CH.D在其反射光谱762 nm波段处的相关系数达最大值（R_CH.D=0.8134^**,n=94）;对于一阶微分光谱,单叶CHL.C和冠层CH.D的敏感波段均发生在750 nm波段处,基于750 nm波段的微分数值,建立了棉花CHL.C和CH.D线性相关模型(R_CHL.C=0.7382^**,RMSE=0.1831,n=66;R_CH.D =0.9027^**,RMSE=0.3078,n=94）,为利用高光谱遥感技术精确提取反映棉花生长状况的叶绿素信息提供了依据。