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。     

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。     

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。     

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。     

基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究

【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥,实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数(OSAVI,optimization of soil-adjusted vegetation index)和变量施肥模型进行变量施肥管理(变量区),以相邻地块常规非变量(均一)施肥区(对照区)为对照,研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670nm和760～900nm处反射率差异明显,而670nm和760～900nm是氮素和冠层的敏感波段,说明进行变量施肥时,利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数;OSAVI不同生育时期的变化情况,反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势;与对照区相比变量区提高产量达378.72kg·ha-1,并降低了各小区产量之间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低,氮肥利用率提高,生态效益较为明显。【结论】该技术通过改善冬小麦群体质量,延缓了植株衰老,促进干物质和氮积累,增加冬小麦产量和氮肥利用率。     

基于冠层反射光谱的水稻群体叶片氮素状况监测

 研究了不同氮肥水平下多时相水稻冠层光谱反射特征及其与叶片含氮量等参数的关系。结果表明 ,水稻冠层光谱反射率与叶片氮积累量 (单位土地面积上叶片的氮素总量 )显著相关 ,尤其是近红外与绿光波段的比值(R810 /R560 )与叶片氮积累量 (LNA)呈显著线性关系 ,不受氮肥水平和生育时期的影响 ,回归方程为LNA =0 .85 9R810 /R560 - 1.15 96。利用不同粳稻品种、播期、密度、水分和氮肥处理的数据对方程进行了较充分的检验 ,表明模拟值与实测值之间符合度较高 ,估算精度为 91.2 2 %,估计的RMSE为 1.0 9,平均相对误差为 0 .0 2 6。     

烤烟冠层光谱参数与地上生物量的相关性研究

[目的]明确烤烟(Nicotiana sanderae)地上生物量与冠层光谱参数的相关性。[方法]大田条件下设置5个氮肥施用梯度,利用相关分析对地上鲜生物量和冠层光谱参数的相关性进行分析。[结果]一定范围内,施氮量增加,对团棵期和旺长期的烤烟地上鲜生物量表现出较明显的促进效应。与地上鲜生物量相关性最强的单波段反射率波长均为550 nm,R=-0.949 0;相关性最强的植被指数为RVI(1 050,550),R=0.983 1。[结论]该研究可为开发基于冠层光谱的烤烟长势监测仪器提供研究基础和数据支撑。     

Diagnosis of Nitrogen Status in Rice Leaves with Canopy Spectral Reflectance

The investigation was made on the relationship of seasonal time-course canopy spectral reflec-tance and ratio index to total leaf nitrogen accumulation(leaf nitrogen content per unit ground area) in rice un-der different nitrogen treatments. The results showed there was a close correlation between the canopy spectralreflectance and total leaf nitrogen accumulation. Ratio of near infrared to green band (R810/R560 ) was linearlyrelated with total leaf nitrogen accumulation, independent of nitrogen levels and development stages. Differentdatasets were used to test the linear regression equation, with average estimation accuracy of 91.22 %, RMSEof 1.09 and average relative error of 0. 026. Thus, the ratio index R810/R560 of canopy spectral reflectanceshould be useful for non-destructive monitoring and diagnosis of nitrogen status in rice plants.     

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。     

小麦冠层反射光谱与籽粒蛋白质含量及相关品质指标的定量关系

 研究了不同施氮水平下小麦籽粒蛋白质含量及相关品质性状与冠层反射光谱、植株氮素状况之间的定量关系。结果表明，小麦灌浆期冠层反射光谱可以用来直接预测籽粒蛋白质含量、沉降值和降落值，成熟期冠层反射光谱对籽粒醇溶蛋白和谷蛋白含量的监测具有较高的可靠性；籽粒蛋白质含量与花后14 d叶片含氮量的相关性较好，并且花后14 d比值指数RVI (1220, 710)能准确反演叶片含氮量，进而可以间接地预测籽粒蛋白质含量。据此提出了小麦籽粒蛋白质含量及相关品质指标的两种监测技术途径：基于灌浆期反射光谱的直接预测和基于花后14 d（灌浆中期）叶片含氮量的间接估测。