基于不同植被指数的棉花光合有效辐射吸收分量估算研究

 通过开展小区棉花密度和水分对比试验,分析不同密度和水分处理的棉花整个生育期光合有效辐射吸收分量(FPAR)与光谱反射率的相关关系,建立棉花FPAR光谱估算模型。结果表明,棉花FPAR与选取的所有植被指数均呈极显著相关,其中绿度植被指数（GREENNDVI）和反射率比值（GMI）与FPAR的相关性最好,相关系数（r）分别为0.794和0.765。分别用GREENNDVI和GMI建立棉花FPAR的估算模型,其决定系数（r²）分别为0.657和0.633,均方根误差（RMSE）分别为0.089和0.093。研究表明,利用光谱特征参数可以有效地估算棉花整个生育期的FPAR。     

玉米花生间作复合群体的光合物质积累与叶面积指数变化

玉米花生间作虽然降低了玉米和花生的产量,但间作体系表现出明显的产量间作优势,可提高土地利率13.5%,其生物学基础是玉米花生间作复合群体后期具有较高的光合物质积累量,最大叶面积指数高于单作玉米和单作花生,后期保持较高的叶面积指数。     

基于WorldView 2影像杉木叶面积指数与植被指数相关性研究

为了探究基于高分辨率遥感影像杉木叶面积指数与植被指数的相关性,以湖南省攸县黄丰桥国有林场为研究对象,采用地面实验与遥感技术相结合的方法,利用WorldView 2遥感数据提取NDVI、SAVI、SARVI、RVI、MSAVI、ARVI等6种植被指数,通过LAI-2000测量的杉木叶面积指数(LAI)建立相关关系,开展WorldView 2遥感影像在估测杉木叶面积指数中的应用研究,分析植被指数对杉木LAI的影响.对不同植被指数分别进行线性模型、二次曲线模型、指数曲线模型和对数曲线模型的LAI反演.结果表明:除DVI与LAI相关性稍低一点外,其他植被指数与LAI都有很高的相关性,高于中低分辨率遥感影像提取的植被指数与LAI的相关性,土壤调节植被指数(SAVI)与LAI的相关性与土壤影响因子L无关.在线型模型中,RVI与ARVI更适合于杉木LAI建立一元线性回归模型,相关系数R分别为0.931、0.895,判定系数R2分别为0.866、0.800,均达到较好的拟合效果.在非线性模型中,反演模型最好的是二次曲线模型,其次是指数模型,最差的是对数模型.拟合效果较好的是NDVI、SAVI和RVI;拟合效果最差的是DVI;最好的拟合模型,其R2高达0.884.杉木LAI具有较佳拟合效果的非线型模型是NDVI和SAVI的二次曲线模型.     

基于无人机多光谱遥感的大豆叶面积指数反演

为给大豆科学管理提供基础数据,利用无人机多光谱遥感数据实现对大豆叶面积指数(LAI)的反演估值.从多种光谱植被指数中选出与LAI相关性较好的5种指数,分析探讨在田块尺度上,适用于东北地区的大豆叶面积指数的低空无人机遥感反演模型.结合田间实测LAI数据及模型精度及拟合效果,NDVI模型精度较好,但拟合效果较差,其余4种植...     

利用高光谱技术估测大豆育种材料的叶面积指数

叶面积指数(LAI)是反映田间作物长势及产量潜力的重要参数,规模化育种要求及时、快速、无损地获取大量育种材料的田间生长信息。本研究利用52份大豆品种(系)的2年田间试验,在盛花期(R2)、盛荚期(R4)及鼓粒初期(R5)测定大豆冠层反射光谱,同步测定大豆LAI和地上部生物量(ABM)。结果表明,不同生育期LAI与冠层光谱在可见光波段(426~710 nm)均表现显著负相关(P0.05),在近红外波段(748~1331 nm)均表现为显著正相关(P0.05)。根据文献已报道的植被指数与LAI的线性相关性分析,NDVI和RVI类型的植被指数能够较好地指示大豆LAI,进而在全光谱250~2500 nm范围内涵盖上述两种类型的植被指数,经对建立的大豆LAI线性与非线性模型综合评价,遴选出不同生育期敏感植被指数的最优估测模型。其中,R2期RVI(825,586)所建模型(y=0.03x1.83)、R4期RVI(763,606)所建模型(y=0.38e0.14x)及R5期RVI(744,580)所建模型(y=0.06x1.79)的预测表现最好,决定系数(R2)分别为0.677、0.639和0.664,相对标准误(RRMSE)均小于20%;模型验证的决定系数(R2*)分别为0.643、0.612和0.634,均根方误差(RRMSE*)约20%。进而发现针对LAI和ABM的RVI共性核心波段组合为R2期的825 nm和586 nm、R4期的763 nm和606 nm以及R5期的744 nm和580 nm。本研究结果可望为大豆规模化育种中获取大量不设重复试验材料的田间长势信息提供快速无损预测的技术支持。     

小麦叶面积及光合速率与产量关系的研究

选用不同叶片姿态、不同叶片类型以及不同经济系数等多种特性小麦品种(品系)以及拟近等基因系为试验材料,测定了不同叶位叶面积、旗叶光合速率以及小麦生物和经济产量。研究小麦叶面积、旗叶光合速率与产量的关系。结果表明:顶三叶面积与单株生物产量、经济产量显著正相关,而下部三片叶叶面积与单株生物产量和经济产量之间无显著相关;旗叶光合速率与生物产量和经济产量之间呈正相关,但相关不显著,而旗叶光合速率与旗叶面积的乘积与生物产量和经济产量之间呈显著正相关。提高小麦顶三叶面积和光合速率有利于提高产量,旗叶面积和光合速率乘积与产量的关系更为密切。     

水分胁迫下玉米杂交种光合抗旱指数与抗旱性评价研究

通过筛选抗旱玉米品种和抗旱评价指标,进而对其进行生理生化研究,最终实现干旱半干旱地区玉米抗旱节水,是研究玉米高产高效的重要课题。采用盆栽试验方法,选用辽宁省近几年最新选育的12个玉米杂交种,在水分胁迫条件下,对苗期、抽雄吐丝期和灌浆期玉米形态和光合生理等性状特征进行了研究和分析,找出了不同时期水分胁迫下光合抗旱指数与产量抗旱指数的相关性,筛选出了抗旱性较强的玉米品种。结果如下：苗期水分胁迫缩短了58％供试品种抽雄至散粉期时间,延长了83％供试品种的ASI,而铁研120在水分胁迫处理后ASI比对照短,且和其他品种相比,该品种苗期叶片叶绿素含量较高。相关分析表明,灌浆期水分胁迫处理,光合抗旱指数与产量均呈正相关关系,其中,蒸腾速率抗旱指数与产量抗旱指数相关性较强。不同水分胁迫时期的产量抗旱等级划分结果显示,铁研120和铁研58综合抗旱性较强,在苗期、抽雄吐丝期和灌浆期受到水分胁迫,在籽粒成熟期均能获得较高产量。     

麦棉套种对预留棉行光合有效辐射的影响

对东西行向、预留棉行为１００ｃｍ的三二式麦棉套种方式研究表明，在小麦抽穗后的麦棉共生期间，预留棉行上的平均光合有效辐射仅为一熟棉田的５０％～８０％，株高低和叶片枯黄时光照削弱较小；在麦棉间距相同的情况下，北行棉花接受的ＰＰＦＤ较多，而正午前后南行棉花易受荫蔽，南行棉花适当北移，保持麦棉间距在３０ｃｍ以上，降低小麦群体株高，防止小麦旺长，起垄种棉，都有利于棉花生长发育。     

玉米和大豆根系吸收土壤磷的模型验证研究

为了验证养分吸收机制模型对作物根系磷吸收模拟的适用性和有效性,以玉米和大豆为研究对象,通过盆栽试验获取15个与土壤、根形态、根生理和水分相关的模型参数,采用NST 3.0软件对玉米和大豆地上磷吸收进行模型模拟和验证。结果表明,随着培养时间的延长,玉米和大豆磷吸收模拟值呈现指数曲线增长的趋势。在45 d的培养期间,玉米具有比大豆更高的磷吸收。对模拟值和实测值进行比较发现,NST模型能够较好地模拟玉米对土壤磷的吸收,但对大豆磷吸收的模拟值偏低。回归分析结果表明,磷吸收模拟值和实测值存在显著的回归关系(P0.05),模拟磷吸收解释了实测磷吸收70.22%的信息,说明模拟的磷吸收在很大程度上能够代表2个种类的磷吸收。总体来说,NST模型能够很好地模拟玉米和大豆的磷吸收。     

棉花冠层光合有效辐射空间分布插值方法

获取冠层光合有效辐射PAR(Photosynthetically active radiation)信息对于作物估产、长势监测以及优化种植有重要意义。运用地统计学空间网格法原理测定了鲁棉研28号的棉花冠层PAR值,综合应用等值线图、残差和交叉验证比较分析了12种插值方法,发现克里金插值法最优;进一步利用克里金插值法分析了冀958、中棉所60、零式果枝品系L0三个品种PAR透射光的空间分布特征,等值线图显示PAR透射光空间分布与株型对光的影响一致,即验证了克里金插值法为模拟研究棉花冠层PAR值的最佳方法。     

基于空间统计学的棉花冠层光合有效辐射空间格局分析方法

 运用空间统计学的模拟方法,以不同密度棉花群体为研究对象,对其冠层内光合有效辐射（PAR）的空间分布予以研究。通过拟合PAR透射率的半方差函数模型和绘制等值线图来反映不同密度群体冠层内PAR透射率的空间格局。利用克里格空间内插法和Simpson3/8法计算出盛蕾期棉花群体平均PAR透射率,分析其与LAI的回归关系,并对克里格插值法进行交叉验证。结果表明,冠层PAR存在强烈的空间自相关性,变异函数的最佳理论模型为高斯模型,决定系数均在0.9以上。各密度冠层PAR透射率具有相似的空间格局,但其变异程度有随密度增加而上升的趋势。群体平均PAR透射率与叶面积指数（LAI）呈指数回归关系,与前人研究结果一致。应用空间计学研究PAR空间分布格局,将有助于对PAR 进行精确定位和定量化地估算,为作物科学配置和作物冠层结构调控提供理论依据。     

水稻抽穗期叶色诊断指标与叶面积指数及结实期光强的关系

叶色是氮素营养诊断最常用的指标，获得准确的叶色诊断指标是水稻精确定量施氮的基础。叶色诊断指标实际上就是稻谷产量最高时的最适叶色。已有报告指出，叶色诊断指标受到群体大小和结实期光照条件的影响。研究的目的是，找出叶色诊断指标随群体大小和光照条件而变化的规律，为精确定量施氮提供理论和技术依据。2004—2005年早季和晚季，在广州以两系杂交稻粤杂122为试材，设置8种不同氮肥处理，进行2年4季田间试验，抽穗期测定叶色(SPAD)和叶面积指数(LAI)，成熟期测产。结果表明：(1)不同季节的最适叶色存在明显差异，4季变动于39~45之间。根据产量与叶色的定量关系，可以准确、快速地确定特定条件下的叶色诊断指标。(2)稻谷产量与抽穗期群体指数(SPAD与LAI的乘积)呈开口向下的抛物线关系。抽穗期SPAD、LAI和结实期日照时数，可以解释不同年度、季节和不同氮肥处理的稻谷产量变异的86%。最适群体指数随着结实期日照时数的增加而提高。(3)最适叶色随着日照时数的增加而提高，随着LAI的增加而降低，3者之间存在显著的定量关系。应用这一关系，可根据结实期光照条件，估计出异地异季的叶色诊断指标。     

基于高光谱数据的棉花冠层FPAR和LAI的估算研究

 通过非成像高光谱仪和光量子传感器,获取了棉花2品种4水平种植密度冠层关键生育时期的反射光谱数据和光合有效辐射值;利用光谱多元统计分析技术与微分处理,分析表明,反射光谱813 nm（_ρ813）和758 nm（_ρ758）处分别是光合有效辐射截获量（FPAR）和叶面积指数（LAI）的敏感波段。用反射率_ρ813和_ρ758分别与FPAR和LAI建立的线性相关模型方程估测FPAR和LAI,经检验,它们的实测值与估测值之间均呈极显著的线性相关（r_FPAR=0.7199^**,r_LAI=0.6430^**,α=1％,n=70）,模型方程的估算精度分别达96.5%、81.7%;而一阶微分光谱数据与FPAR在350 ~2500 nm波段范围相关不显著,与LAI的最大相关发生在734 nm波段处。基于一阶微分光谱_ρ′734与棉花冠层LAI线性相关的模型方程,估测LAI,实测值与估测值之间呈极显著的线性相关（r_LAI=0.6947^**,α=1％,n=70）,估算精度为82.4%,与反射光谱758 nm估测LAI的精度接近。结果表明,棉花冠层光谱数据可以对光合有效辐射截获量FPAR和LAI进行实时、无损、动态、定量的估算。     

基于归一化法的双季稻叶面积指数动态预测模型

研究旨在阐明双季稻叶面积指数与辐热积的关系及施氮量对其的影响。选择11个早晚稻品种进行4个施氮水平的小区试验,于关键生育期取样测定叶面积指数(LAI),并对LAI及全生育期的累积辐热积(TEP)进行归一化处理,采用Curve Expert分析软件对相对LAI(RLAI)与相对TEP(RTEP)进行模拟分析,获得6个拟合效果较佳的模拟模型,其中有理方程能够较准确地描述双季稻叶面积指数的动态变化模式,相关系数为0.9677**,具有明确的生物学意义。利用独立的田间试验资料,对构建的模型进行了初步检验。结果表明:早晚稻不同相对TEP所对应的LAI观测值与模拟值之间的根均方差(RMSE)为0.50 m2/m2,表明基于RTEP的RLAI动态模型能够准确地反映双季稻LAI的动态变化。早晚稻群体最大LAI(LAImax)随施氮量的增加呈二次多项式函数增大趋势,相对LAI变化速率随相对辐热积的增加呈"N"形变化趋势。研究结果为早晚稻高产栽培和叶面积指数的精确调控提供了理论支撑。     

棉花冠层高光谱指数与叶片氮积累量的定量关系

利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱植被指数(VI),分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮积累量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮积累量和冠层高光谱反射率均随不同施氮水平显著变化;棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的红谷波段和750~900 nm的近红外波段,叶片氮积累量与光谱指数NVD672有密切的定量关系,且不同品种可以用统一的方程来描述,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供了技术支持。     

春玉米叶面积系数动态特征的密度效应

为进一步明确春玉米不同密度群体叶面积系数(LAI)特征参数的密度效应,以吉单209和郑单958为材料,于2005年和2006年在东北春玉米区(吉林)分别设置4.5~10.5万株 hm^-2 5个密度和3.0~12.0万株 hm^-2 7个密度处理试验,应用作物高产群体相对LAI动态普适模型方程y= (a+bx)/(1+cx+dx²)模拟分析不同密度对LAI动态特征参数的影响。结果表明,春玉米群体最大LAI在3.0~12.0万株hm^-2范围内随密度增加呈近似直线增大趋势,而最大LAI出现的时间随密度增加而提早;将LAI数据相对化处理后,不同密度群体的LAI差异在最大LAI之后较之前表现明显,高密度群体较低密群体LAI衰减迅速。全生育期平均LAI随密度增加呈显著线性增大趋势,而平均LAI与最大LAI的比率则随密度增加呈显著线性减小趋势。密度对模拟方程各参数均有不同程度的影响,相邻密度差异不明显,间隔3.0万株 hm^-2的差异显著;不同参数变化趋势不同,其中参数a接近“0”,受密度影响不大;b、c均随密度的增加而减小,d随密度的增加而增大。全生育期群体LAI变化速率呈“N”形变化趋势,且与群体LAI变化及生育期对应,高密度群体LAI增加及衰减的速率均大于低密度群体,拔节期和大喇叭口期为密度响应敏感期。由此可见,密度对春玉米全生育群体LAI动态具有调节作用,尤其群体LAI变化速率、最大LAI及其到达的时间、平均LAI及其与最大LAI的比率等重要特征参数对密度响应较为敏感,可作为对春玉米群体密度调控的参考指标。     

春玉米叶面积系数动态特征的密度效应

为进一步明确春玉米不同密度群体叶面积系数(LAI)特征参数的密度效应,以吉单209和郑单958为材料,于2005年和2006年在东北春玉米区(吉林)分别设置4.5~10.5万株 hm^-2 5个密度和3.0~12.0万株 hm^-2 7个密度处理试验,应用作物高产群体相对LAI动态普适模型方程y= (a+bx)/(1+cx+dx²)模拟分析不同密度对LAI动态特征参数的影响。结果表明,春玉米群体最大LAI在3.0~12.0万株hm^-2范围内随密度增加呈近似直线增大趋势,而最大LAI出现的时间随密度增加而提早;将LAI数据相对化处理后,不同密度群体的LAI差异在最大LAI之后较之前表现明显,高密度群体较低密群体LAI衰减迅速。全生育期平均LAI随密度增加呈显著线性增大趋势,而平均LAI与最大LAI的比率则随密度增加呈显著线性减小趋势。密度对模拟方程各参数均有不同程度的影响,相邻密度差异不明显,间隔3.0万株 hm^-2的差异显著;不同参数变化趋势不同,其中参数a接近“0”,受密度影响不大;b、c均随密度的增加而减小,d随密度的增加而增大。全生育期群体LAI变化速率呈“N”形变化趋势,且与群体LAI变化及生育期对应,高密度群体LAI增加及衰减的速率均大于低密度群体,拔节期和大喇叭口期为密度响应敏感期。由此可见,密度对春玉米全生育群体LAI动态具有调节作用,尤其群体LAI变化速率、最大LAI及其到达的时间、平均LAI及其与最大LAI的比率等重要特征参数对密度响应较为敏感,可作为对春玉米群体密度调控的参考指标。     

华北落叶松人工林叶面积指数与立地指数、密度、林龄关系模型研究

为进一步研究华北落叶松林生态功能并提高当地森林经营水平,以冀北山地209块华北落叶松林标准地数据为依据,利用统计软件拟合了华北落叶松立地指数模型和以林分密度、林龄及立地指数为自变量,以冠层叶面积指数为因变量的相关关系模型。结果表明,所拟合的华北落叶松冠层叶面积指数与林龄、林分密度及立地指数关系模型具有以下特征：华北落叶松的冠层叶面积指数随密度、林龄、立地指数的增大而增大;在林龄、密度较小情况下,林分未充分郁闭,随密度、林龄增大,冠层叶面积指数的增幅较大,林分郁闭后,冠层叶面积指数随密度、林龄的增幅变缓;立地指数较高林地的叶面积指数值也较大,模型模拟值与实际情况相符合。通过所拟合模型,可以快速获得冀北山地华北落叶松林冠层叶面积指数理论值。