采用柑橘叶片功能性氮含量无损监测模型的调控施氮方法

为实现柑橘氮素管理的定量化,该研究以5年生‘春见’橘橙为试验材料,设置不同对照施氮处理N₀、N₁、N₂、N₃(施氮量分别为0、50、100、200 g/株)和调控施氮处理Nr₁、Nr₂、Nr₃(分别根据N₁、N₂、N₃进行调控),在试验开展的第1年利用高光谱技术,分别建立柑橘果实膨大期和转色期的叶片功能性氮含量无损监测模型;第2年利用叶片功能性氮含量无损监测模型与追氮量公式计算调控施氮处理的实际追氮量,比较分析对照施氮和调控施氮对柑橘果实产量、品质及氮肥利用率的影响。结果表明,利用反向传播神经网络构建的叶片功能性氮含量模型精度较高,决定系数R²为0.78(果实膨大期)和0.77(果实转色期)。调控施氮处理Nr₁和Nr₃比对照施氮N₁和N₃分别增产5.49和4.4...     

利用光谱反射特征预测柑橘叶片冻害

相对电导率是反映植物膜系统状况的一个重要的生理生化指标,与树体营养状况密切相关,越冬前的树体营养状态对果树抵御极端低温和顺利越冬是一个重要的影响因素,而果树受冻时细胞液渗出量和降解量也是冻害发生程度的指标。该研究对不同冻害处理下的柑橘叶片进行光谱扫描,采用了逐步回归法分析了叶片光谱反射率和叶片电导率之间的关系,构建了2种光谱反射预测柑橘叶片电导率模型,其决定系数分别为0.8201、0.8013。结果表明,柑橘叶片电导率与反射光谱之间有较强的相关性,且2种模型所得预测值与实测值的相对误差都小于10%,说明模型具有良好的预测结果。该模型可以为采用空间遥感监测果园生长状况和冻害情况提供参考。     

基于GF-1卫星数据的冬小麦叶片氮含量遥感估算

以陕西关中地区大田和小区试验下的冬小麦为研究对象,探讨基于国产高分辨率卫星GF-1号多光谱数据的冬小麦叶片氮含量估算方法和空间分布格局。基于GF-1号光谱响应函数对地面实测冬小麦冠层高光谱进行重采样,获取GF-1号卫星可见光-近红外波段的模拟反射率,并构建光谱指数,利用与叶片氮含量在0.01水平下显著相关的8类光谱指数,分别建立叶片氮含量的一元线性、一元二次多项式和指数回归模型。通过光谱指数与叶片氮含量的敏感性分析,以及所建模型的综合对比分析,获取适合冬小麦叶片氮含量估算的最佳模型。结果表明:模拟卫星宽波段光谱反射率和卫星实测光谱反射率间的相关系数高于0.95,具有一致性;改进型的敏感性指数综合考虑了模型的稳定性、敏感性和变量的动态范围,敏感性分析表明比值植被指数对叶片氮含量的变化响应能力最强;综合模拟方程决定系数、模型敏感性分析、精度检验和遥感制图的结果,认为基于比值植被指数建立的叶片氮含量估算模型适用性最强,模拟结果与实际空间分布格局最为接近,为基于GF-1卫星数据的区域性小麦氮素营养监测提供了理论依据和技术支持。     

基于多特征提取和Stacking集成学习的金线莲品系分类

针对传统中药鉴定、分子鉴定、生物技术鉴定及光谱检测技术的主观性强、耗时、操作复杂等不足,以及金线莲整个叶片形态区分度小、单一分类器鉴别精度不高的问题,该研究提出了基于机器视觉的叶片子区间多特征提取方法和基于多模型融合的Stacking集成学习算法实现金线莲的品系分类。试验采集6个品系的金线莲叶片图像数据,进行图像预处理后提取叶片子区间内纹理、颜色共114个特征,基于这些特征,构建堆叠式两阶段集成学习框架,以逻辑回归、K最近邻、随机森林和梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)作为基分类器,GBDT作为元分类器进行学习。试验结果表明,Stacking集成学习模型的整体识别综合评价指标F值达93.91%,分类正确率达94.49%,分别比逻辑回归、K最近邻、随机森林和GBDT这4个单一分类模型高出4.40、11.87、11.01、12.94个百分点和5.36、11.34、6.93、12.13个百分点。因此,该研究能够有效识别金线莲品系,为形状大小相似、形状特征难以利用的植物叶片识别提供参考。     

玉米全氮含量高光谱遥感估算模型研究

该文对不同品种玉米测定了其室内光谱反射率及其对应的全氮含量,采用相关性分析以及单变量线性与非线性拟合分析技术,对全氮含量与原始光谱反射率、光谱反射率一阶微分、一些高光谱特征参数(如红边波长、红边位置以及红边面积等)以及由一阶微分光谱所构建的一些比值植被指数和归一化植被指数之间的关系进行了分析,结果表明：全氮含量与原始光谱在716 nm处具有最大相关系数(r=-0.847),呈极显著负相关,并且基于此波长所构建的对数关系估算模型明显优于线性模型;与光谱反射率一阶微分值在759 nm处具有最大相关系数(r=0.944),呈极显著正相关,并且基于此波长所构建的线性和非线性模型的拟合效果接近;对于所选取的3类高光谱特征变量,全氮含量除了与黄边位置(λy)以及由红边面积和黄边面积所构建的比值植被指数和归一化植被指数的相关性较弱之外,与其余变量均呈极显著相关关系,说明由这些变量对玉米全氮含量进行估算具有可行性;对所建立的各类方程进行精度检验,最终筛选确定由759 nm处的光谱反射率一阶微分值所构建的指数模型作为对玉米全N含量的预测模型最为理想。     

基于特征转移植被指数的水稻叶片氮素含量定量估算

水稻叶片氮素含量遥感检测是实现水稻精准施肥的前提条件.为了探究利用光谱技术快速、便捷的实现水稻叶片氮素的精准检测,该研究在水稻关键生育期,利用水稻叶片400～1000 nm高光谱反射率信息,利用连续投影法提取敏感波段,在此基础上,提出了一种波段特征转移的植被指数构建思路,构建了由3个波段构成的氮素特征转移指数(Nitr...     

玉米叶片氮含量的高光谱估算及其品种差异

准确、快速、及时地对玉米氮营养状况做出判断是氮肥合理施用的基础。该研究在水培条件下对3个玉米品种（组合）叶片氮含量（LNC）的高光谱敏感波段、估算模型及其品种差异进行了探讨。结果表明,LNC与不同波段叶片光谱反射率的相关性存在品种差异,但3个品种（组合）都在500～649 nm和691～730 nm表现极显著的负相关关系,并在同一波长获得最高的相关系数,说明可以利用统一的波段来预测不同品种的LNC。依品种建立了LNC与归一化差值光谱指数（NDSI）或比值光谱指数（RSI）的定量关系模型,NDSI（714,554）和RSI（714,554）所建模型的拟合度最好,直线和指数模型拟合度均达到极显著水平,可以用来估算玉米LNC。玉米LNC估算中,以该品种数据所建模型的估算偏差最低,利用综合模型或其他品种模型则加大了估算偏差,高估与低估的最高偏差分别为35.6%和32.7%。在利用高光谱技术进行玉米氮营养状况诊断的研究及应用中,应考虑品种间差异。     

红壤水分条件对柑橘叶片氨基酸及多胺含量的影响

本文以第四纪红黏土发育的红壤、2年生宫川温州蜜柑(Citrus unshiu Marc.cv.Miyagawa Wase)盆栽幼树为材料,采用土壤水分探头(FDR)实时监测土壤水分含量,控制土壤含水量为SWC30、SWC45、SWC60,SWC75和SWC90 5个处理(分别代表土壤最大田问持水量的30%、45%、60%、75%和90%),研究土壤水分对柑橘叶片氮含量、氨基酸含量和多胺(PAs)等氮代谢次生产物的影响.结果表明,缺水和水分过多都会降低柑橘叶片对氮素的吸收.游离氨基酸总量(y)随土壤相对含水量SWC(x)的增加而下降(y=-0.028 2x+12.049;R2=0.8524*;n=50);Pro含量(y)在SWC<75%处理的土壤水分条件下,与SWC(x)呈显著负相关(y=-0.015 2x+4.224;R2=0.860 5*;n=50):腐胺(Put)含量在SWC75处理时最低;亚精胺(Spd)含量随土壤水分增加呈抛物线变化,在SWC45处理时含量最高;精胺(Spin)含量在土壤水分SWC60处理时最高;Spd含量(y)与Put含量(x)之间呈显著正相关(y=0.240 4x2-51.337x+2 976.4;R2=0.858 6*;n=50);(Spd+Spm)/Put的比值(y)在SWC<75%的土壤水分条件时,与SWC(x)呈显著线性相关(y=0.011 2x+0.173;R2=0.851 8*;n=50).柑橘受土壤水分胁迫时产生的PAs对生理起调节作用的主要是Spd与Spin,(Spd+Spm)/Put的比值决定了柑橘受土壤水分胁迫影响的程度,初步提出该比值可能是柑橘响应土壤水分胁迫程度的一个潜在的敏感度指标.     

广西柑橘叶片微量营养元素含量状况研究

【目的】研究广西柑橘主产区树体微量营养元素含量状况,为柑橘平衡施肥提供依据。【方法】2017年在广西壮族自治区15个柑橘主产县 (区) 选择207个代表性果园采集叶片样品,对5种必需微量营养元素进行定量分析。【结果】柑橘叶片的Fe、Mn、Zn、Cu和B含量分别为37.9～278.5 mg/kg (均值99.6 mg/kg)、13.5～588.6 mg/kg (均值79.4 mg/kg)、5.4～68.2 mg/kg (均值20.1 mg/kg)、1.2～196.1 mg/kg (均值18.8 mg/kg) 和32.9～281.1 mg/kg (均值111.3 mg/kg)。叶片 Fe、Mn、Zn、Cu和B不足 (缺乏或低量) 的比例分别占11.6%、5.3%、84.1%、33.3%和0.5%,处于适量水平的比例分别占67.6%、72.5%、15.9%、34.8%和41.5%,处于超标 (高量或过量) 水平的比例分别占20.8%、22.2%、0.0%、31.9%和58.0%。叶片Fe含量大部分果园处于适量水平,全州县、德保县、阳朔县和兴安县Fe含量不足的程度较严重,而永福县、来宾市、西乡塘区、隆安县、马山县Fe含量超标的比例较高。叶片Mn含量大部分果园为适量水平,仅荔浦县、灵川县、德保县、隆安县和马山县存在Mn含量不足的果园;除兴安县和上林县外,其他县 (区) 都存在Mn含量超标的果园,其中永福县、阳朔县、富川县、钟山县、灵川县、来宾市、隆安县和马山县Mn超标程度较为严重,均超过25%。Zn不足的果园多且普遍,每个采样县 (区) 的柑橘叶片Zn含量不足的比例均很高,全州县、富川县、兴安县、灵川县、德保县、隆安县、马山县和上林县的叶片Zn含量处于不足的比例均达到100%。叶片Cu含量波动大,不足、适量、超标的样本数约各占1/3,全州县、荔浦县、灵川县和德保县叶片Cu含量主要处于不足水平;永福县、阳朔县、兴安县、钟山县和马山县叶片Cu含量主要处于适量水平;富川县、武鸣县、来宾市、西乡塘区、隆安县和上林县叶片Cu含量主要处于超标水平,超标果园种植的主要是溃疡病敏感品种,与长期使用含铜杀菌剂有关。叶片B含量超标的果园比例最大,达到58.0%;全州县、阳朔县、钟山县、德保县和上林县果园叶片B含量主要处于适量水平,永福县、荔浦县、兴安县、武鸣县、来宾市、西乡塘区、隆安县和马山县果园叶片B含量主要处于超标水平。【结论】广西柑橘主产区大部分柑橘园存在一种或多种微量元素不足或过量的问题。总体上Fe、Mn、Cu养分状况良好,但同时存在不足和超标问题;Zn不足问题突出,B超标比例较高。生产上特别需要重视补充Zn肥,控制B肥施用。     

基于高光谱数据的滴灌甜菜叶绿素含量估算

为明确甜菜叶绿素含量与高光谱植被遥感的定量关系,探索建立干旱区甜菜叶绿素含量估测模型,即时监测甜菜生长状况,选取新疆滴灌甜菜(Beta356)为研究对象,利用ASD野外高光谱仪在甜菜叶丛快速生长期、块根膨大期与糖分积累期采集各处理反射光谱,并同时测定叶绿素含量,分析原始光谱反射率和一阶微分光谱反射率与叶绿素含量的相关关...     

利用马尔可夫模型预测福州市植被动态变化

利用遥感信息手段提取了1988年,2000年福州市典型样区内植被类型变化状况,并验证了植被类型的变化具有马尔可夫特性。利用马尔可夫预测模型预测了福州市未来50a内的植被类型动态变化。研究结果表明,茂密林、针阔混交林和灌木林的面积比例将有一定幅度的增加,而经济林、禾本科农作物和裸地面积将有一定比例的减少。由此可见福州市经过若干年的生态建设,植被生物量从整体上来看,呈现增加趋势,生态环境状况趋于良好。     

条件植被温度指数的四维变分与集合卡尔曼同化方法

为了提高基于VTCI的干旱监测的准确性,以关中平原为研究区域,将遥感反演的条件植被温度指数(VTCI)与CERES-Wheat小麦生长模犁模拟的土壤浅层水分数据相结合,通过四维变分(4DVAR)与集合卡尔曼滤波(EnKF)2种数据同化算法实现了VTCI的同化.由作物生长模型模拟的土壤浅层水分与VTCI建立经验关系得到模拟的VTCI,再将遥感反演的VTCI与模型模拟值分别应用两种同化算法得到VTCI的单点同化结果,继而应用到区域尺度.结果表明,在VTCI单点实验中,两种同化结果均能结合观测值与模拟值的优点而更加符合VTCI先验知识.在两者区域尺度的同化实验中,由于引入了模型的模拟值,同化后的VTCI区域间纹理更好,减少了原观测图像中相邻像元值陡升陡降的情况,提高了基于VTCI的干旱监测的准确性.通过对比2种同化算法在区域尺度上的同化结果与观测值的差值的概率分布及其均方根误差,表明在以旬为步长的VTCI同化实验中,EnKF方法适用性更强.     

基于多时相遥感植被指数的柑橘果园识别

柑橘普遍种植于中国南方地区,受天气多云多雨、种植类型复杂等因素影响,利用光谱信息直接识别柑橘果园信息存在一定困难。该研究根据柑橘特有的物候特征,提出了     

基于地表温度和植被指数特征空间的农业干旱遥感监测方法研究综述

遥感技术以其便捷、反映迅速、大范围监测等优点在农业旱情监测中得到广泛使用。通过遥感资料反演的地表温度（Ts）和植被指数（NDVI）不仅可以表征绿色植被的生理和生长状况,还能揭示植被土壤水分信息,反映作物受旱状况,但两者单独使用时存在缺陷。而基于地表温度和植被指数特征空间的干旱监测方法有利于统一定量标准来判别植被干旱情况,同时还解决了植物在受水分胁迫时短期内仍能保持原有绿色的时间滞后的问题,提高了旱情监测的准确度和实用性。该文以地表温度和植被指数特征空间干旱监测方法为基础,较为详细地阐述了各个方法的基本原理和适用范围,并结合实例归纳总结了与之相关的四种方法的优、缺点,进一步探讨了今后研究的重点。     

基于GPS-IR的美国中西部地区NDVI时间序列反演

基于AVHRR(advanced very high resolution radiometer)、MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)等卫星遥感影像获取的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)存在大气噪声、土壤背景、饱和度等固有问题。GPS(global positioning system)卫星播发的L波段信号对土壤和植被水分含量变化较为敏感,GPS-IR(GPS-interferometric reflectometry)利用测地型接收机和天线记录GPS反射信号的变化,进而反演测站环境参数。该文研究了利用GPS-IR反演区域NDVI时间序列的方法。采用4个GPS参考站2007-2015年近9 a的连续观测数据,由伪距和相位观测值计算了归一化微波反射指数(normalized microwave reflection index,NMRI),傅立叶变换显示NMRI具有明显的周期特性,其中年周期和半年周期分量普遍较为突出。利用三角多项式拟合剔除NMRI中由积雪和降雨引起的粗差点后,其波动与同时间段内MODIS NDVI的趋势一致。一元线性回归结果显示NMRI与NDVI之间存在显著线性相关,相关系数在0.697~0.818(P0.001),NDVI反演误差的均方根误差在0.059~0.079,表明GPS-IR反演区域NDVI时间序列是可行的,该研究为获取准实时、低成本和高时间分辨率的NDVI提供了新的思路。     

利用NDVI资料估算中国北方草原区牧草产量

该文利用NOAA/AVHRR归一化植被指数（NDVI）资料和牧草地面观测资料,分5种草地类型建立了牧草产量遥感模型,所有模型的相关系数均大于0.7,说明这些模型可以较好地估算中国北方草原区牧草产量。由于牧草产量地面观测资料来自于北方主要草原省,数据具有较好的代表性,利用牧草产量遥感估算模型能够将过去小区域牧草产量估算扩展到整个北方草原。通过对模型结果的空间分析表明,中国北方高产草原位于内蒙古东部、甘肃祁连山区、新疆天山和阿尔泰山地区、青藏高原东部,同时也表明遥感模型对草地资源清查也是一种很好的手段。通过对模型结果的时间分析表明,牧草产量遥感模型可以表现出牧草产量随气象条件变化的波动性,这个性质表明牧草产量遥感模型可以用于气象灾害造成的损失评估。     

作物生长模型与定量遥感参数结合研究进展与展望

作物生长模型与定量遥感参数的结合,不仅满足前者实现区域应用的需求,也有助于提高后者的反演精度,在生态、农业、资源调查与全球气候变化等研究上意义重大。该文从作物生长模型空间应用拓展的角度,对国内外主流作物生长模型、定量遥感参数以及两者结合的参数与方法进行了概述,分析了典型作物生长模型的主要模拟过程及其驱动、初始化、输出等参数,总结了当前定量遥感正反演结果可为作物生长模型区域应用提供的参数数据;建立了作物生长模型模拟过程与定量遥感参数的对应关系,对比分析了作物生长模型与定量遥感参数的不同结合方式。基于以上内容,对作物生长模型面应用的限制因素及其与定量遥感参数的关系、作物生长模型面应用时参数尺度效应的影响、作物生长模型与定量遥感参数耦合方法的发展3个方面展开了讨论,以期为作物生长模型与定量遥感参数开展更好的结合研究提供参考。     

利用HJ-1-A/B CCD2数据反演冬小麦叶面积指数

叶面积指数是十分重要的作物生理生态参数,为提高利用国产环境减灾小卫星CCD数据反演冬小麦叶面积指数的精度,该文以5种常用的植被指数(归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI),双波段增强植被指数(2-bands enhanced vegetation index,EVI2),比值植被指数(ratiovegetation index,RVI),土壤调节植被指数(soil-adjusted vegetation index,SAVI)为基础,结合3种常用的回归模型,按生长阶段比较分析了不同植被指数和回归模型反演叶面积指数的精度。结果表明,除生殖生长阶段外,叶面积指数和5种植被指数之间均有较强的相关关系;指数模型和一元线性模型分别为全生育期和营养生长阶段的最佳拟合模型;EVI在全生育期拟合时的表现好于其他4个指数(R2=0.9348),SAVI则是营养生长阶段表现最佳的指数(R2=0.9404)。该研究为进一步利用植被指数反演叶面积指数提供了参考。     

毛乌素沙地土壤水分的遥感监测

利用毛乌素沙地腹地——乌审旗1982-1993年间的AVHRR遥感数据、常规气象数据和土壤水分观测资料,建立基于条件温度植被指数的0～50 cm土壤水分遥感估算模型,并计算出0～50 cm土体各层土壤水分。结果表明:乌审旗多年平均土壤水分的变化量约为-3.47mm,逐年土壤水分变化量Δw在-118～82 mm之间。乌审旗土壤水分的年际变化不大,基本在±50 mm之间变动。除1986、1987、1991以及1993年外,其余年份乌审旗土壤水分变化量Δw都为正。乌审旗土壤水分的年内波动也不大,基本在±10 mm之间。通过误差分析可知,遥感反演土壤水分的平均绝对百分比误差为14.77%,均方差为77.54 mm。基于条件温度植被指数的土壤水分遥感估算模型是可行的。     

基于植被指数估算天山牧区不同利用类型草地总产草量

针对天山牧区草地面积广、生长环境差异大等特点,选用MODIS/MOD13Q1数据,生成归一化植被指数、增强植被指数、土壤调节植被指数和差值植被指数4种从不同角度反映牧草长势的植被指数,对4个不同牧草利用类型分区分别建立了4种指数及其组合与总产草量的4类回归方程。利用留一交叉检验法评价各模型精度,最终获得适合不同草地利用类型的产草量遥感估算模型。结果表明:4种植被指数都可用于产草量估算,不同植被指数估算模型的拟合精度有区域差异性。当采用SAVI和二次多项式拟合时,RMSE最大值出现在I区,为5 857 kg/hm2,当采用NDVI和二次多项式拟合时,最小值出现在III区,仅为616.487 kg/hm2。值得注意的是采用差值植被指数、土壤调节植被指数估算产草量需考虑植被覆盖状况。其次,多个植被指数组合有信息互补的优势,采用线性回归模型估产时,多个植被指数组合精度高于单一植被指数。该研究可为天山地区草地总产草量遥感估算提供有意义的借鉴。