棉花叶面积指数冠层反射率光谱响应及其反演

【目的】研究棉花冠层光谱对不同叶面积指数（LAI）的响应，建立棉花LAI光谱反演模型。【方法】利用2003～2004年采集的棉花光谱与LAI的246组数据，分析LAI与冠层反射率光谱和反射率一阶微分光谱间的定量关系。【结果】当LAI大于2.5后不同LAI棉花群体光谱反射率在可见光波段趋于饱和；LAI与可见光波段和短波红外波段（水分吸收带除外）光谱反射率呈显著负相关，与近红外波段高光谱反射率呈显著正相关；LAI与棉花反射率一阶微分光谱主要在蓝边（523～531 nm）、黄边（570～576 nm）、红边（700～755 nm）形成3个相关系数高台区，均达极显著水平，其中红边区的相关性最高。棉花红边位置固定，分别在718 nm和723 nm，且以 723 nm处对LAI更敏感。在反演棉花LAI的高光谱参数中VI (660、800)、VI (550、800)、VI (500、800)、VI (670、800)、Sdy (570～573 nm)、SDr (714～755 nm)、D723、Dr 估算LAI相对误差低于30%，RSME小于0.6，其中VI (600、800)、VI(550、800)两个参数估算水平最高，相对误差分别为21.7%与21.0%，RMSE分别为0.416与0.419；利用SDr与SDr/SDb分别对LAI大于1.0 与小于1.0 的棉花群体反演，能显著提高LAI的估算水平。【结论】应用高光谱分析方法能够提取棉花冠层特征光谱信息，构建LAI高光谱反演参数，建立估算模型，并且利用包含不同光谱参数的分段模型可以进一步提高LAI反演精度。     

基于高光谱技术的棉花冠层反射特征研究

研究目的:揭示棉花冠层高光谱特征,为建立棉花高光谱估算模型,促进高光谱技术在棉花长势监测和估产中应用提供依据.方法:结合棉花生长发育规律,对棉花各时期冠层进行高光谱反射率测定,基于棉花盛蕾期至吐絮后期7次采样的地面光谱数据,研究不同棉花品种、灌水量及氮素营养对棉花冠层光谱反射特性的影响.结果:在可见光区,适度缺氮(N1)条件下的冠层光谱反射率相对较高,而氮过量(N3)条件下的冠层光谱反射率相对较低;随着灌水量的增加,在近红外波段,其冠层光谱反射率呈上升趋势,在盛蕾期和盛花期不同灌水量处理的光谱反射率差异较明显;不同棉花品种冠层光谱反射率存在一定差异,在近红外波段新陆早13与新陆早10只在吐絮后期光谱反射率差异不明显,在前三个生育期差异较明显.     

由光谱反射率估算玉米植冠的APAR

在玉米生长期中，作了１１次野外地物反射光谱的测试，测量了玉米植冠的叶面积指数。引用玉米植冠叶面积指数和它截取光合有效辐射系数（ＡＰＡＲ）之间的理论公式和经验公式，用实测的玉米植冠的叶面积指数，计算出它吸收光合有效辐射系数，再分别求出玉米植冠的ＰＶＩ，ＮＤ，ＰＶＩ，ＧＮ光谱指数和玉米植冠吸收光合有较辐射系数间的抛物线回归方程。得出的结论是，在２０个回归方程中，利用ＧＮ光谱指数，并使用回归方程ＡＰＡＰ     

不同施氮水平辣椒地上部全氮含量与冠层光谱反射率的相关性

为了给辣椒精准施肥及其高产、优质、高效生产提供依据,分析了2个辣椒品种在不同施氮水平下地上部分的全氮含量及其与冠层光谱反射率和叶绿素含量（SPAD）之间的相关性。结果表明：植株全氮含量在适量施氮处理下达最大值,随着施氮量的增加,叶片全氮含量与叶片 SPAD 呈极显著相关且相关性减小;冠层光谱反射率在760～1350 nm 能较准确地反映地上部分全氮含量和叶片全氮含量,说明通过光谱测定能及时监测辣椒的氮素状况,这为利用作物全氮含量计算施氮量提供了廉价、快速、实时的作物含氮量信息。     

不同时空状态下烤烟冠层光谱数据稳定性研究

为明确烤烟光谱测定的最佳时空条件,以烤烟品种K326 为材料,通过采集田间不同测定时间及探头高 度下烤烟冠层光谱反射率并就其变异系数进行分析。结果表明院10颐00~12颐00 时烤烟冠层光谱的变异系数均小于其他 时段,稳定性较高;不同探头高度烤烟冠层反射光谱的变异系数在可见光（460~710 nm）波段表现为院探头高度1.0 m 与1.5 m所测定的光谱数据稳定性差异不大,但都明显好于探头高度0.5 m所测光谱数据稳定性;近红外（760~1 650 nm）波段探头高度为1.5 m时所测量的光谱数据最稳定,其次是探头高度为1.0 m时所测量的光谱数据,探头高度为 0.5 m光谱数据变异系数最大,稳定性最差。因此,烤烟光谱测定最佳时空条件为探头高度1.5 m、测定时间10:00~12: 00。     

棉花冠层反射光谱特征研究

研究了棉花品种、氮素用量及种植密度对棉花冠层光谱反射特性的影响.结果表明:棉花冠层光谱反射率在不同生育期间存在明显差异,花铃期前,随着棉花的生长,光谱反射率逐渐增加,花铃期后,光谱反射率逐渐降低;不同棉花品种冠层光谱反射率存在一定差异,缺氮和氮过量处理的冠层光谱反射率在近红外波段差异显著;随着种植密度的提高,光谱反射率在可见光波段降低,近红外波段增加.     

辣椒盛果期的冠层反射光谱特征

为了对辣椒品种识别、生产及产量监测提供更加可靠的技术手段,分析了4个辣椒品种盛果期冠层反射光谱数据的差异及其与叶片全氮、叶片 SPAD 和地上干生物量之间的相关性。结果表明：盛果期的可见光波段和近红外波段冠层光谱反射率能容易地区别4个辣椒品种;叶片全氮含量敏感波段8819线椒为753 nm,黔春201为698 nm 和764 nm,日本三樱椒为494 nm,遵义朝天椒为767 nm;叶片 SPAD 敏感波段8819线椒为720 nm,黔春201为726 nm,日本三樱椒为548 nm,遵义朝天椒为718 nm;地上干生物量的敏感波段8819线椒为728 nm 和1345 nm,黔春201为727 nm 和1145nm,日本三樱椒为690 nm,遵义朝天椒为767 nm。     

大豆叶面积的高光谱模型

以ASD FieldSpec-Vnir光谱仪实测不同生长季大豆的冠层反射率,同期采集对应大豆LAI,然后逐波段分析冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI的相关关系;并采用单变量线性回归逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI确定性系数随波长的变化趋势,建立了以近红外与可见光波段冠层光谱反射率的比值植被指数RVI与大豆LAI的高光谱遥感估算模型。结果表明,冠层光谱反射率在350￣680nm、760￣1050nm波谱区与大豆LAI相关性较大,而在红边区680￣760nm的相关性变化较大;导数光谱在红边区与大豆LAI相关程度高。通RVI方式建立的遥感估算模型能较为准确估算大豆LAI,通过对红外与蓝波段建立的RVI指数与大豆LAI的回归模型,表明其预测大豆LAI的能力较好,有进一步研究的必要;通过对比发现,神经网络模型可以大大提升高光谱反演大豆LAI的水平,模型的确定系数R2为0.9661,而总均方根误差RMSE仅为0.446m2.m-2。     

叶片垂直分布对小麦冠层方向光谱响应研究

【目的】对不同株型小麦冠层叶片垂直分布的方向光谱响应进行研究,探索精确描述小麦冠层空间信息的途径,为农田作物快速、无损的光谱监测提供新的理论与技术。【方法】以2个株型不同的小麦品种为材料,采用自下向上分层切片方法,分析冠层不同部位叶片对冠层方向光谱的影响。【结果】去除不同叶位叶片后,小麦冠层光谱在300～700,800～1 300,1 400～1 800 nm波段差别明显;不同观测角度中,与传统90°视角获得反射信息比较,30°和60°视角反射光谱包含较多下部叶片信息,下部叶片对冠层光谱反射率贡献较大,0°视角反射光谱包含较多上部叶片信息,上部叶片对冠层光谱反射率贡献较大;小麦冠层的穗层和倒1叶对方向光谱产生很大影响。不同的2个小麦品种,ZY9844上部叶片对反射率的影响比P7弱。【结论】小麦冠层不同部位叶片,对冠层方向光谱影响不同,根据冠层特点,通过改变光谱观测角度,可以提高作物冠层光谱监测的精度。     

不同氮水平枣树冠层光谱特征

利用FieldSpec Pro FR2500光谱仪测定不同氮素处理下的红枣冠层光谱,分析其光谱特征变化规律及其与枣叶全氮质量分数的相关关系,旨在为枣树氮素营养的无损诊断提供理论基础。结果表明:同一氮处理水平下,红枣叶片展叶期的全氮质量分数最高,摘心前期最低。随着施氮量的增加,展叶期和摘心后期枣叶全氮质量分数增加速度较快。不同氮处理的枣树冠层波谱曲线整体变化趋势为在560nm附近和750~1 100nm分别有1个反射峰,反射率值分别达0.1~0.2和0.4以上;而在450、650、1 450、1 950和2 600nm处有5个吸收谷。不同生育期枣叶全氮质量分数与冠层光谱红边参数显著相关,且摘心后期红边位置(REP)和红谷位置(Lo)更快地向短波方向移动,出现\"蓝移\"现象。     

玉米和大豆LAI高光谱遥感估算模型研究

以ASD Fieldspec光谱仪实测了不同生长季的大田玉米、大豆的冠层高光谱与作物的叶面积指数LAI。采用单变量线性与非线性拟合和逐步回归分析的方式,建立了玉米、大豆LAI高光谱遥感估算模型,并对模型的估算结果进行了初步分析。分析结果表明,绿光波段反射峰区、红光波段以及近红外区的单波段反射率与作物的LAI有较强的相关性,而其他波段的反射率与作物的LAI的相关性相对较弱;以高光谱的窄波段构造的NDVI和RVI与作物的LAI的相关程度高,回归模型的预测水平高;而以多波段逐步回归方式构造的统计模型的预测效果最好。     

Prospects and results for optical systems for site-specific on-the-go control of nitrogen-top-dressing in Germany

Signals for site-specific nitrogen-top-dressing can be obtained by a sensor mounted on a tractor. The plant appearance can serve as a criterion. The question is which plant criteria provide pertinent information and how this can be indicated. Increasing the nitrogen-supply changes leaf colour from yellow-green to blue-green via the chlorophyll-concentration in the leaves and leads to growth of plants. Present sensing systems measure either chlorophyll concentration in the leaves, total area of the leaves or crop resistance against bending. The aim and purpose of this study is to outline prospects for application. Therefore, the emphasis is on results and not on experimental methods, to which references are given. Mainly optical sensing systems relying on reflectance or fluorescence are dealt with. Good signals of the nitrogen-supply can be obtained from the red edge plus the near infrared range of the reflectance. The results with some new spectral indices were better than those with standard spectral indices. Fluorescence sensing instead of reflectance sensing eliminates erroneous signals from bare soil. However, only low supply rates were clearly indicated. The biomass of the crop or the total area of its leaves is a very important criterion. Reflectance indices can take this into account. Fluorescence signals are barely influenced by this parameter.     

利用高光谱技术估测小麦叶片氮量和土壤供氮水平

有效的监测作物氮素营养水平及土壤供氮能力可以为合理施用氮肥提供重要依据。本文以2 年3 点不同氮素水平下不同小麦品种的田间试验数据为基础,运用植被指数和偏最小二乘回归法,比较和分析小麦冠层光谱与叶片氮含量及土壤氮含量的关系。结果表明：小麦冠层光谱与叶片氮含量的相关性分析在可见光波段存在显著负相关,在近红外波段呈显著正相关,而与土壤氮含量的相关性呈相反趋势。基于光谱参数ND705 和GNDVI所建叶片氮含量估算模型的决定系数分别达到0.827 和0.826。基于光谱参数VOG2 所建土壤氮含量估算模型的决定系数达到0.646;与植被指数所建模型相比,综合350~1350 nm光谱波段反射率分别与小麦叶片氮含量、土壤氮含量建立偏最小二乘回归模型的预测精度均有所提高,决定系数分别达到0.842 和0.654。本研究结果可为小麦氮素营养及土壤供氮水平的诊断监测与合理施肥管理提供了理论依据和技术支持。     

红富士苹果树形改造对冠层相对光照及产量、品质的影响

以红富士苹果为试材,进行了三种不同整形处理:①垂柳式树形、②高光效树形、③改良纺锤形,以原有的主干疏散分层形作为对照,测定经过不同整形处理后的树体枝量、相对光照强度、产量及果实品质。结果表明:垂柳式树形枝量均衡,短枝所占比例大,树体通风透光条件好,且受光量相对均衡,产量品质均优于其它树形;高光效树形虽不能提高产量,但果品质量明显提高。     

低丘红壤不同坡位持水特性的比较

研究了低丘红壤不同坡位对持水特性及孔隙状况的影响,发现上坡10cm土层1~50μm的孔径孔隙度高于下坡,而上坡100cm土层1~50μm的孔径孔隙度低于下坡;上坡10cm土层不同土壤水吸力下的持水量显著低于相应的下坡,而上坡100cm土层不同土壤水吸力下的持水量显著高于相应的下坡;用Van Genuchten方程对红壤水分特征曲线进行拟合,拟合效果较好。     

不同品种、肥水条件下冬小麦光谱红边参数研究

 通过对冬小麦不同生育时期红边参数变化规律的研究表明 ,小麦进入起身期后 ,伴随着植株旺盛生长和群体的不断扩大 ,红边的位置呈逐渐偏向长波方向的“红移” ,到抽穗期群体稳定后红移也停止。从灌浆期开始 ,随着个体衰老和群体减弱 ,红边位置又呈偏向短波的“蓝移”现象。叶片全氮含量 (LTN)与红边振幅 (dλred)及近红外平台振幅 (dλNIRP)间在全生育期均呈现正相关趋势 ,且相关程度随生育进展而不断增强 ;叶绿素a +b总量 (TChl)与红边振幅间 ,在起身期至拔节期为负相关 ,在抽穗期至乳熟期为正相关。TChl与近红外平台振幅间呈现正相关趋势 ,且相关程度随生育进展而不断增强 ;叶面积指数 (LAI)与红边振幅及近红外平台振幅间在全生育期均呈现正相关趋势。据此 ,红边振幅和近红外平台振幅 2个指标可能用来监测小麦生育状况并指导肥水调控 ,其中用近红外平台振幅推算叶片全氮含量 ,用红边振幅推算叶绿素总量 ,红边振幅或近红外平台振幅推算叶面积指数分别在部分生育时期有较高的可靠性。     

北疆高产棉花群体呼吸速率变化与光合作用关系研究

在田间自然条件下,研究北疆高产棉花(2250kg皮棉/hm²)群体呼吸速率的变化及与光合作用的关系.结果表明,2250kg/hm²高产棉花群体呼吸速率在整个生育期的变化呈单峰型曲线,至盛铃期前后达最大值(2.69gCO₂/m²·h).群体呼吸速率的日变化亦呈单峰型曲线,其变化规律主要受气温影响.群体呼吸速率所占总光合的比例因不同生育时期及棉田长势而异;2250kg/hm²高产棉花吐絮期是一生中呼吸比例最高的时期.棉花群体呼吸速率与叶面积指数、干物质重在盛花期和吐絮期至显著正相关,与经济产量也呈正相关,但未达显著水平.     

重庆主城大气降尘特点研究

对2005~2006年重庆主城大气降尘的监测结果进行初步研究,分析了2006年重庆主城的降尘变化趋势及分布特点,并对各道路和工地工期内降尘的变化特点进行分析和探讨。     

氮肥水平对多花黑麦草叶绿素及高光谱反射特征的影响*

 叶绿素含量是评价牧草群体长势、估测产量和确定最佳施肥量的重要指标。对不同氮肥水平下多花黑麦草（特高）叶绿素含量及冠层反射光谱特征进行了测试与分析,并研究了高光谱参数红边位置与叶绿素含量的相关性。结果表明：在分蘖期和拔节期施用氮肥（尿素）达到300kg/hm²时,能够显著提高多花黑麦草叶绿素含量;显著降低可见光和近红外区域冠层光谱反射率;并且使红边位置（λr）向长波方向移动。多花黑麦草冠层叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a+b与红边位置之间均存在极显著相关性（P＜0.01）。利用高光谱参数红边位置可以更加快速、准确地对多花黑麦草冠层叶绿素含量进行估测并筛选适宜施肥量。