基于冠层光谱红边参数和植被指数的 冬小麦水分胁迫监测

基于冬小麦不同水分胁迫试验,采用便携式光谱仪测定冬小麦抽穗期、开花期和灌浆期受不同水分胁迫处理的冠层光谱反射率,分析不同水分处理下冬小麦冠层光谱特性,并对植被指数、红边参数与冠层叶片含水率和土壤含水率进行相关性分析,构建各生育期叶片含水率和土壤含水率的最佳监测模型,实现对冠层叶片含水率以及土壤含水率的监测评估。结果显示,在整个生育期,冬小麦的冠层光谱反射率在可见光范围呈现绿峰红谷,尤其在旺盛生长时期,随着水分胁迫程度加深,绿峰红谷逐渐变得不明显,红谷抬升幅度增大;相反,在近红外波段范围内水分胁迫主要使得反射率表现为明显下降;冬小麦红边参数随生长进程呈蓝移现象,灌浆期受胁迫程度越重的红边参数越低;植被指数(EVI、NDVI、SAVI、WI)在开花期之后具有不同程度的下降趋势,至灌浆期有大幅度减小,且随受胁迫程度加深植被指数下降幅度增大;植被指数和红边位置、红边面积在灌浆期与叶片含水率和土壤含水率有显著相关,其中植被水分指数WI、归一化植被指数NDVI和红边位置λ_(red)相关性较佳,其建立的叶片含水率和土壤含水率估算模型效果较好,决定系数r~2均大于0.84,平均相对误差(MRE)≤0.207。综合分析认为,冠层反射光谱特征和植被指数与冬小麦冠层叶片含水率和土壤含水率相关性良好,可利用高光谱遥感参数对冬小麦的水分状况进行快速、准确监测。     

旱区糜子农田冠层高光谱反射特征研究初报

高光谱遥感监测技术能快速获取作物冠层相关参数信息,是实时监测作物长势的重要技术。为探索不同糜子品种的冠层光谱反射特征,试验研究了不同品种和不同栽培密度条件下糜子冠层光谱反射率,并分析了其红边特性。结果表明,不同品种糜子的光谱反射率在总体上呈现一致的变化趋势,在各波段存在不同的差异;不同密度梯度下,最大密度处理D3的光谱反射率在350~1 000 nm波段略大于其他处理,其余波段差异不显著;从开花期到灌浆后期,光谱的红边位置出现"蓝移"现象,红边幅值减小。     

不同温度处理下水稻高光谱及红边特征分析

通过田间试验,测定了3个温度处理下2个品种的水稻冠层不同生育期高光谱反射率及水稻叶片叶绿素含量等生物物理参数,对水稻叶绿素浓度与温度进行了相关分析,并对不同生育期不同温度处理下水稻冠层光谱的变化规律及红边特征进行了对比.结果表明:叶绿素浓度随温度升高而下降,水稻均在孕穗期近红外肩区的反射率达到最大,其反射率随温度胁迫的加深而下降,但晚上增温情形除外.国稻6号(杂交稻)在不同生育期不同温度处理下的光谱曲线差异比武运粳7号(粳稻)明显.国稻6号在抽穗期红边面积和红边幅值达最大值,在孕穗期红边位置达最大值;除晚上增温情形外,武运粳7号在孕穗期3个红边参数达最大值,受高温胁迫后,红边位置向短波方向移动.     

宁夏引黄灌区水稻冠层高光谱特征研究

以不同施氮量试验小区为依托,对各生育期水稻(Oryza sativa L.)冠层光谱反射率及一阶微分光谱进行分析。结果表明,水稻冠层光谱随生育期的变化规律与其生长发育变化特征相对应;不同施氮条件下水稻冠层光谱反射率随施氮量增加在可见光波段降低、近红外波段升高,其中550~600 nm和800~900nm处差异明显,是诊断氮素的特征波段;红边位置(λr)和红边斜率(Dr)在孕穗期前均随着氮素水平的提高而增加,齐穗期后λr出现蓝移现象,Dr减小;将特征波长的比值指数、λr和Dr与叶片氮积累量进行相关性分析,结果显示,800 nm和550 nm的反射率之比(R800 nm/R550 nm)与叶片氮积累量的相关性较好,其相关系数为0.864,λr和Dr与叶片氮积累量的相关系数分别为0.814、0.908。说明合适的光谱变量可以诊断水稻氮素状况,进而为合理施肥提供参考。     

倒伏胁迫下冬小麦冠层光谱及红边特征

倒伏已成为影响小麦减产的主要因素之一,实时监测倒伏胁迫对小麦生长具有重要意义。通过人工模拟不同倒伏级别处理,利用光谱观测数据,分析了倒伏冬小麦光谱和红边参数变化特征。结果表明,倒伏小麦冠层光谱反射率较正常小麦整体增高,近红外波段比可见光波段增加明显,且倒伏级别越大反射率越高,表明冬小麦受倒伏胁迫后,冠层光谱对其响应敏感;倒伏小麦红边位置发生蓝移,红边幅值和红边面积则呈增大趋势。因此,可利用高光谱技术实现对冬小麦倒伏的实时监测。     

不同氮肥条件下冬小麦冠层高光谱特征及红边参数变化

为快速、准确、无损地监测小麦长势和营养状况,对不同氮素处理下4个小麦品种的冠层高光谱信息进行分析,并进行了红边参数与农学组分的相关分析。结果表明,在同一氮肥条件下,同一品种小麦在不同生育期的冠层高光谱反射率差异明显,且在近红外波段的差异大于可见光波段。随着氮肥施用的增加,近红外反射率有明显升高的趋势,而可见光处反射率降低并呈单峰曲线,且随着施氮量的增加反射光谱的红边和绿峰分别发生红移、蓝移。在冬小麦红边参数中,红谷位置、最小振幅及绿峰位置与农学组分之间呈负相关,而其余各红边参数与农学组分之间呈极显著正相关;建立了基于红边振幅的各个组分之间的回归统计模型,且模型较为稳定。     

持续受涝对冬小麦高光谱特征参数的影响分析

【目的】高光谱特征参数能够突出原始光谱的感兴趣信息,分析冬小麦的高光谱特征参数随受涝时间的变化特征,提出一种快速识别冬小麦受涝的方法,可为冬小麦涝害监测提供理论支撑。【方法】文章在冬小麦灌浆期设置持续淹水8天的处理,采集涝害处理当天、第3d、第5d、第7d的反射光谱特征,以高光谱位置参数、振幅参数、面积参数和反射率参数为研究指标,对比分析了健康和受涝冬小麦18个高光谱特征参数的变化特征,并根据高光谱特征参数的差异性指数随受涝时间的变化特征判断冬小麦的受涝程度。【结果】(1)受涝冬小麦的红边位置发生"蓝移",红谷、绿峰和黄边位置发生"红移";4个振幅参数值均减小;近红外面积和绿峰面积增大,红边、黄边和蓝边面积减小;绿峰反射率Rg和红谷反射率Ro增大,两者的比值Rg/Ro和归一化值(Rg-Ro)/(Rg+Ro)则减小;(2)根据不同高光谱特征参数差异性指数的大小及变化特征,提取出红边位置、最小振幅、近红外面积和红谷反射率为判断冬小麦受涝与否的最佳参数;高光谱反射率参数和面积参数可在受涝前期快速识别冬小麦受涝与否,高光谱振幅参数能够在受涝后期判断受涝程度。(3)不同高光谱特征参数识别冬小麦受涝的优劣能力从强到弱依次为:高光谱振幅参数高光谱面积参数高光谱反射率参数高光谱位置参数。【结论】高光谱特征参数的变化特征能够用来判断冬小麦受涝与否以及受涝程度,可为冬小麦涝害遥感监测提供理论支撑。     

花生红边特征及其叶面积指数的高光谱估算模型

选用大花生品种丰花1号作为试验材料,设置5个氮素水平的小区试验。在不同发育期同步测定花生冠层的光谱反射率及其叶面积指数,利用花生冠层的光谱反射率数据提取红边参数,分析其变化规律及花生叶面积指数与红边参数的相关性。估算结果表明：花生冠层红边一阶微分光谱呈“双峰”现象,红边位置位于707～724 nm之间,在花生生长旺盛期间出现“红边平台”,结荚期以后有明显的“蓝移”现象;叶面积指数与冠层光谱红边参数之间在结荚期-饱果初期显著相关,但开花期相关性不显著,利用结荚期-饱果期的红边参数可以估算花生的叶面积指数,最后建立了结荚期-饱果期和整个生育期的花生叶面积指数的估算模型。     

干旱胁迫下玉米叶片可溶性糖光谱估测研究

【目的】利用高光谱遥感技术实时监测干旱胁迫下玉米叶片可溶性糖,为诊断玉米干旱胁迫和田间水分管理提供了理论基础。【方法】采用单因素随机区组设计,对玉米进行盆栽控水,设置4个水分梯度(正常水分、轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫),研究不同干旱胁迫下玉米不同生育时期冠层光谱反射特征及变化规律,比较可溶性糖含量与冠层光谱反射特征和植被指数之间的关系,构建玉米叶片可溶性糖估测模型。【结果】玉米叶片可溶性糖含量在拔节期、喇叭口期和抽雄吐丝期随着干旱胁迫程度的加剧而逐渐增加,均在重度胁迫达到最大值,分别为44.45、44.22和73.00 mg/g,3个时期叶片可溶性糖含量的平均值在抽雄吐丝期达到最大值为72.43 mg/g;不同干旱胁迫下玉米冠层原始光谱反射率在可见光区域(400~700 nm)无明显差异,在近红外光区域(700~1 000 nm)随干旱胁迫加剧逐渐升高,重度胁迫达到最大值;一阶导数光谱的红边幅值随干旱胁迫加深逐渐升高,红边位置在喇叭口期出现"红移";可溶性糖的敏感波段处于原始光谱560~719 nm和导数光谱651~683 nm之间;通过对11个植被指数和经过波段自由组合的RSI、DSI、NDSI这3个植被指数与可溶性糖含量相关分析得知,利用波段自由组合的植被指数DSI(D444,D455)与玉米叶片可溶性糖含量的相关性最好(r=0.99),并由此构建的估测模型y=498 165x2-7 566.9x+71.856能够实现对玉米叶片可溶性糖含量的估测。【结论】不同干旱胁迫下玉米冠层光谱和可溶性糖含量存在差异性,利用高光谱遥感技术可以实时监测玉米叶片可溶性糖含量。     

不同生育期冬小麦叶面积指数高光谱遥感估算模型

基于地面实测的冬小麦的生理生态参数数据和冠层光谱数据,分析返青期、拔节期、抽穗期、开花期冬小麦叶面积指数与原始光谱及其一阶微分的相关性,并构建基于等效TM数据的植被指数,建立不同生育时期的冬小麦叶面积指数(LAI)的高光谱遥感估算模型。结果表明:(1)返青期、拔节期、抽穗期的冬小麦LAI与原始光谱相关性较好,在400~720 nm波长范围内呈负相关,在720~900 nm之间呈正相关,开花期的冬小麦LAI与冠层光谱相关性较差;(2)返青期、拔节期冬小麦LAI与光谱一阶微分显著相关,分别在480~540 nm、550~580 nm形成波峰、波谷,在670~760 nm范围内形成"平台",相关系数达到0.8以上,但抽穗期、开花期LAI与光谱一阶微分的相关性较差;(3)在等效植被指数与返青期、拔节期和抽穗期LAI建立的回归模型中,分别使用m SRI、RVI与MSAVI2建立的幂函数模型或指数模型最佳,最优模型分别为y=0.053e4.962x,y=0.409x0.828,y=18.687x3.061,对应的r2分别为0.589、0.648、0.694,开花期不适宜使用等效植被指数建立遥感监测模型。     

宁夏银北盐碱地不同植被光谱特征研究

【目的】研究不同程度盐碱化土壤上植被的光谱特征,为基于典型植被冠层光谱特征估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤盐碱化程度提供理论依据。【方法】于2018年7月中旬,在宁夏银北盐碱地区选取样地,调查不同盐碱化程度土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量,分析不同程度盐碱化土壤上代表性植被类型（白刺和芦苇）以及中度盐碱化程度土壤上15种植被（向日葵、芦苇、花花柴、白茎盐生草、西伯利亚滨藜、藜、稗、紫苜蓿、柳枝稷、水稻、砂引草、白刺、槐、赖草、芨芨草）的冠层光谱特征及红边参数变化,研究植被冠层红边参数与土壤pH值、全盐含量以及叶片叶绿素含量的相关性。【结果】不同程度盐碱化土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量有明显差异。随着土壤盐碱化程度的增加,在可见光波段（350～760 nm）,白刺冠层光谱反射率呈先上升后下降的趋势,芦苇冠层光谱反射率总体上先降低后升高;在760～1 400 nm波段,白刺冠层光谱反射率逐渐降低,芦苇冠层反射率先升高后降低;在1 400～2 500 nm波段,白刺冠层反射率分别是先升高后降低（1 400～1 900 nm）和持续增加（1 900～2 500 nm）,芦苇冠层反射率先降低后升高。随着土壤盐碱化程度的增加,白刺冠层光谱红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值均减小;芦苇冠层光谱以上红边参数均先增加后减小。中度盐碱化土壤上,15种植被冠层光谱特征曲线变化趋势相似,但光谱反射率大小存在不同程度差异;除了最小振幅之外,15种植被冠层光谱的红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值差异较大,故根据光谱特征在野外能够区分典型植被类型。土壤pH值与红边位置、红边斜率和红边峰值面积均呈极显著负相关关系,与红边斜率与最小振幅的比值呈显著负相关关系;土壤全盐含量与红边参数均不相关;叶片叶绿素含量与红边位置之间呈极显著正相关关系,与红边斜率和红边峰值面积之间为显著正相关关系。【结论】在不同程度盐碱化土壤上,不同植被冠层光谱特征变化趋势有差异,根据典型植被冠层光谱特征可以估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤pH。     

倒伏春性冬小麦冠层光谱特征及倒伏严重度预测

采用高光谱仪测定不同春性冬小麦品种于不同时期倒伏的群体冠层光谱反射率,分析不同倒伏条件下的小麦冠层光谱特征,建立可快速、有效监测小麦倒伏严重程度的数学模型,为合理评价倒伏程度提供依据。结果表明,小麦倒伏后冠层光谱反射率增加,可见光波段550 nm附近出现1个波峰,670 nm附近出现1个波谷;近红外波段1 000 nm处出现1个较明显的波动,呈现2个波谷,1个波峰。同一倒伏级别下,倒伏时期不同,光谱反射率曲线存在差异,可见光波段乳熟末期冠层反射率高于开花期光谱反射率,而近红外波段恰好相反;在同一倒伏时期,倒伏级别越高,光谱反射率越大。倒伏级别与冠层光谱反射率的相关系数于760 nm处达最大(r=0.973 4**)。与NDVI、RVI、DVI相比,采用760 nm处冠层光谱反射率和DVI可有效评估春性冬小麦倒伏严重度。     

典型保供作物生育期高光谱时序特征分析——以水稻为例

为进一步挖掘高光谱识别耕地种植属性的能力,掌握典型保供作物在不同生育期时序上的光谱特征,本研究以重庆市南川区大观镇某水稻田为试验区,重点分析了孕穗期、抽穗期、灌浆期和成熟期4个生育期水稻叶光谱的变异系数、光谱特征参量以及光谱一阶导数与氮含量的相关性。结果表明：光谱变异系数在孕穗期最高、灌浆期最低,可见光和短波红外范围变异系数大于其他波段;各生育期“三边”及红谷、绿峰位置变化不大,但是在水稻发育后期,红边位置向短波方向偏移,出现“蓝移”现象;光谱一阶导数与氮含量具有较强的相关性,灌浆期光谱一阶导数与氮含量相关性最大。     

FTIR-NIR研究镉胁迫对构树试管幼苗生长的影响与机理

利用傅里叶转换漫反射红外光谱(FTIR)和近红外光谱(NIR)测定了构树幼苗在不同浓度镉胁迫下叶片的红外光谱,揭示了构树叶片中蛋白质、脂类等有机化合物合成对镉胁迫的生理响应。结果表明,构树幼苗在Cd胁迫下,鲜叶红边位置发生"蓝移"现象,红边蓝移程度与叶绿素含量呈正相关关系。近红外光谱的710 nm波长可作为是否受胁迫的红边位置界限。镉胁迫下构树幼苗的FTIR光谱3010 cm-1、1720 cm-1、1636 cm-1、1468 cm-1、892 cm-1处特征吸收峰强度随胁迫强度增加而增加,揭示了构树试管苗叶片通过合成更多的蛋白质、纤维素、羧酸以及部分酯类有机物来响应镉胁迫。FTIR-NIR光谱分析可用于植物对Cd胁迫的生理学研究,并可作为一种快捷方法应用于植物重金属污染监测。     

基于冠层反射光谱的冬小麦干物质积累量的估测研究

[目的]分析了小麦光谱特征与干物质积累量的相关关系。[方法]通过对冬小麦不同品种的干物质积累量、叶面积等参数和冬小麦冠层光谱反射率、光谱一阶微分和光谱比值植被指数(RVI)的相关分析,确立了冬小麦干物质积累量的敏感波段,并建立了预测模型。[结果]开花期350~700 nm和1 420~1 520 nm冠层光谱反射率和灌浆期350~1 750 nm冠层光谱反射率分别与干物质积累量显著相关;比值植被指数RVI(560,1220)与干物质积累量的相关性较好;确立的冬小麦干物质积累量预测模型为:干物质积累量=-186.94×RVI(560,1220)-2 242.2(R2=0.713 8),说明通过遥感手段监测冬小麦的群体质量是可行的。[结论]该研究为高光谱遥感技术在监测小麦的群体质量的应用提供参考依据。     

不同成熟度烟叶高光谱特征分析及与SPAD值的关系

为了探索田间不同成熟度烟叶的高光谱特征以及与SPAD值的关系,分析了不同成熟度烟叶的高光谱反射率、位置变量、面积变量和植被变量等光谱参数的差异。并采用相关分析和逐步回归方法确定高光谱参数与SPAD值的关系。结果表明,随着成熟度的提高,在可见光范围内(480~680 nm),反射率逐渐升高,尤其在500~660 nm范围内,反射率对于不同成熟度的烟叶有较好的"区分效应"。在近红外区域,随着成熟度的提高,烟叶的反射率大体呈现减小的趋势。烟叶的红边面积变化趋势为:先增大后减小;蓝边面积随着成熟度的提高不断增大;SDr/SDb值和(SDr-SDb)/(SDr+SDb)值逐渐减小,且各成熟度间差异达到显著或极显著水平。SPAD值的红谷反射率的回归方程的预测效果较好,基于高光谱特征参数率建立回归模型预测SPAD值是可行的。     

枸杞4大病虫害的遥感近地高光谱特征

为给枸杞病虫害的防治提供依据,填补我国枸杞光谱特征研究方面的空白,采用近地高光谱遥感方法对枸杞主产区宁夏中卫市中宁县枸杞的健康冠层与枸杞木虱、瘿螨、负泥虫和白粉病等4种枸杞病虫害危害冠层的近地高光谱特征及变化规律进行研究。结果表明:不同病虫害感染后的冠层都具特有的光谱特征规律。健康枸杞冠层的光谱特征曲线较为平滑,其光谱反射率在红光波段700~760nm和近红外波段处高于染病冠层;木虱、瘿螨和负泥虫危害的冠层光谱特征曲线较为曲折,出现较多折点,并且发生蓝移现象;白粉病危害冠层的光谱特征较其他3种病虫害的平缓,但其光谱反射率在近红外波段较健康枸杞冠层的低。随着受害程度的加重,木虱危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700~760nm处和近红外波段处降低;瘿螨危害的枸杞冠层光谱反射率在绿光波段550~600nm和红光波段600~700nm处升高,在红光波段700~760nm处和近红外波段处光谱反射率降低;负泥虫危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700~760nm和近红外波段处降低;白粉病危害的枸杞冠层光谱反射率在蓝光波段、绿光波段和红光波段600~730nm处升高,在红光波段730~760nm和近红外波段处降低。     

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为给枸杞病虫害的防治提供依据,填补我国枸杞光谱特征研究方面的空白,采用近地高光谱遥感方法对枸杞主产区宁夏中卫市中宁县枸杞的健康冠层与枸杞木虱、瘿螨、负泥虫和白粉病等4种枸杞病虫害危害冠层的近地高光谱特征及变化规律进行研究.结果表明:不同病虫害感染后的冠层都具特有的光谱特征规律.健康枸杞冠层的光谱特征曲线较为平滑,其光谱反射率在红光波段700～760 nm和近红外波段处高于染病冠层;木虱、瘿螨和负泥虫危害的冠层光谱特征曲线较为曲折,出现较多折点,并且发生蓝移现象;白粉病危害冠层的光谱特征较其他3种病虫害的平缓,但其光谱反射率在近红外波段较健康枸杞冠层的低.随着受害程度的加重,木虱危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700～760 nm处和近红外波段处降低;瘿螨危害的枸杞冠层光谱反射率在绿光波段550～600 nm和红光波段600～700 nm处升高,在红光波段700～760 nm处和近红外波段处光谱反射率降低;负泥虫危害的枸杞冠层光谱反射率在红光波段700～760 nm和近红外波段处降低;白粉病危害的枸杞冠层光谱反射率在蓝光波段、绿光波段和红光波段600～730 nm处升高,在红光波段730～760 nm和近红外波段处降低.     

水稻、玉米、棉花的高光谱及其红边特征比较

 测定了水稻、玉米、棉花 3种作物共 6个品种的冠层和主茎叶片不同生育期高光谱反射率及其对应叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量 ,分析了它们的高光谱及其红边特征和红边参数与叶面积指数、地上生物量、鲜叶重及叶片色素含量的相关性。结果表明 :(1) 3种作物冠层高光谱反射率大小与其生育期有关。冠层和叶片光谱反射率最大值比较结果是 ,冠层光谱 :棉花 >玉米 >水稻 ;叶片光谱 :水稻 >棉花 >玉米。 (2 ) 3种作物冠层光谱的红边都具有“双峰”现象。红边幅值Dλr 和红边面积Sr 均呈增大、减少的变化规律 ,但红边     

水淹胁迫下枫杨(Pterocarya stenoptera C.DC.)幼苗叶片高光谱特征的研究

测量了3个水淹深度(对照、根部水淹、全淹)条件下枫杨叶片的高光谱反射率、红边参数及对应的叶绿素总含量,对归一化植被指数与叶绿素总含量进行了相关分析.结果表明:①在水淹胁迫下,枫杨叶片的高光谱反射率呈现下降的趋势,且在蓝光波段(400~500 nm)和近红外波段(760~950 nm)表现为极显著差异;②随着水淹程度的加深,枫杨叶片叶绿素含量显著下降(p<0.05);③红边特征的分析显示,随着水淹程度的加深,叶片光谱出现了蓝移的现象,红边斜率呈现下降的趋势;④叶绿素总含量与归一化植被指数(R705/R750)呈正相关,相关系数为0.86(p<0.01).经回归分析,叶绿素总含量与归一化植被指数呈线性关系(R2=0.80,n=42).认为枫杨叶片高光谱特征及归一化植被指数可较好地反映枫杨的叶绿素含量和水淹胁迫的程度.