玉米高光谱及其红边特征分析

通过大田和室内试验,测定了玉米冠层、完全展开倒一、三叶在不同发育期的反射光谱及叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明,随发育期推迟,冠层反射率在可见光范围内降低,在近红外区域增高;冠层光谱的红边具有“双峰”现象,红边位置λrad随发育期推迟呈“红移”现象,而红边幅值Dλred和红边面积Sred“红移”和“蓝移”现象;叶面积指数、地上生物量和鲜叶重与冠层λred、Dλred、Sred显著相关,叶片叶绿素和类胡萝卜素含量与其λred、Dλred、Sred也显著相关。     

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。     

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     

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.     

不同氮素营养水平的水稻冠层光谱红边参数及其应用研究

通过对不同氮素营养水平水稻冠层光谱特性的田间试验研究，发现红边位移现象：在孕穗期之前，红边随施氮量增加向长波方向“红移”；孕穗期后“红移”现象基本消失，而发生“蓝移”。红边参数(红边、红边振幅、红边振幅与最小振幅的比值、红边峰值面积)与上层叶片的叶绿素含量、LAI、累积施氮量有着密切的关系，而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素、蛋白氮和非蛋白氮之间的相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简便方法。     

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.     

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。     

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。     

低温胁迫下的夏玉米苗期高光谱特征

本文以盆栽试验的方法,通过对低温下不同氮磷钾营养水平下的夏玉米苗期光谱曲线及其玉米生物量和苗期植株体内氮磷钾含量的对应分析,结果表明:(1)不同氮磷钾营养水平下,低温玉米苗期叶片光谱反射曲线在形状和趋势上基本相同,绿峰出现在550nm处、红端位于720nm左右、近红外反射平台出现在760～930nm。玉米苗期不同氮磷钾处理情况下没有“红移”和“蓝移”现象。(2)近红外区的叶片光谱反射率均可用来评价玉米的氮磷钾营养状况,而可见光区的叶片光谱反射率对玉米的氮、钾营养状况评价的可靠性高,对磷营养状况评价的可靠性相对较低。(3)在红光680nm 处,氮、磷处理下的玉米生物量与其叶片光谱反射率达到高度相关,其相关系数分别为0.92和0.85,但钾处理下的玉米生物量与其叶片光谱反射率没有明显的相关性。(4)玉米苗期植株体内氮磷含量与其叶片光谱反射率在红光、近红外反射平台区存在较高的相关性,玉米叶片光谱反射率与N含量在720nm左右其相关系数可达到-0.63,与P含量在近红外770～790nm相关系数达0.63。因此可用红光、近红外区的光谱反射率来诊断玉米植株体内氮磷含量。K含量与叶片光谱反射率在400nm左右相关性较强,...     

氮素调控对寒地玉米氮素积累及产量的影响

通过田间小区试验,研究了不同施氮量及施氮时期对寒地玉米氮素积累及产量的影响。结果表明,不同追肥时期对玉米产量有不同程度的影响,施氮时期以10叶期追肥产量最高,10叶期追肥8叶期追肥12叶期追肥14叶期追肥,10叶期追肥、8叶期追肥与12叶期追肥、14叶期追肥差异显著。10叶期追肥比12叶期追肥增产7.3%,比14叶期追肥期增产9.1%。玉米随生育期的进行,抽雄期后,植株体内氮素由营养器官向生殖器官转移,并且处理150kg·hm-210叶期追肥增产效果明显。与产量规律相一致,施氮量对玉米全株氮素积累影响不显著,10叶期追肥能显著提高玉米抽雄期后全株氮素的积累。结果表明,寒地玉米抽雄期叶片氮素积累量达1.55g·株-1时可获最大产量。     

不同氮素水平下夏玉米冠层光辐射特征的研究

对不同氮素水平(0、7·5和15g·m-2)下3个夏玉米品种的群体光辐射特征进行了研究。结果表明:叶面积指数(LAI)随生育进程呈抛物线单峰变化,且生长约55d时各氮肥处理的LAI值及其差异性达到最大;平均叶簇倾斜角(MLIA)在抽雄期达到最大且随施氮量的增加而变小;散射辐射透过系数(TCDP)和直接辐射透过系数(TCRP)随生育进程和施氮量增加均呈递减的趋势,TCRP随天顶角增加呈先增后减的趋势,以37·5°时最大;消光系数在抽雄期最小,且随天顶角增大而增大,随施氮量的变化因生长期而异;叶片分布(LD)值随生育进程和施氮量呈增加趋势,随方位角增大呈先增后减的趋势,以180°~270°最大。此结果为实现夏玉米冠层结构改良和高产、稳产目标奠定了基础。     

基于改进红边面积的夏玉米叶片氮素含量导数光谱监测

【目的】从夏玉米叶片一阶导数光谱中提取监测叶片氮素含量变化的敏感红边面积,为夏玉米氮素营养遥感监测提供依据。【方法】使用高光谱仪ASD Field Spec Pro,于喇叭口期(08-05)、抽雄期(08-22)、吐丝期(09-05)和乳熟期(09-13)采集不同氮素处理水平下(0,120,240 kg/hm2)的夏玉米叶片光谱,并在红边波长范围(680~760nm)求取一阶导数(一阶导数光谱),然后采用基于小波变换的阈值去噪方法对一阶导数光谱进行去噪处理;考察夏玉米4个生育时期内一阶导数光谱对不同氮素处理水平的响应特征,以及当波长范围从红边核心区域720~740 nm逐步扩展到700~760 nm时,对应包围面积与叶片氮素含量相关系数的变化情况,在此基础上分析红边面积常规计算方法的不足,并提出针对性的改进措施;在4个生育时期内,对改进红边面积MSred和通过常规计算所得红边面积Sred与叶片氮素含量的相关性进行分析,并评价MSred的效果。【结果】(1)对于不同的氮素处理水平,位于红边核心区域720~740 nm的一阶导数光谱值相对于红边边缘区域具有更显著的响应特征。(2)在4个生育时期内,当波长范围处于红边核心区域时对应红边面积值较小,但其与叶片氮素含量的相关性较高;当波长范围以720~740 nm为中心、2 nm为步长扩展至700~760 nm时,对应包围面积值总体上呈线性增长趋势,而其与叶片氮素含量的相关性则逐渐降低。(3)在喇叭期、抽雄期、吐丝期、乳熟期,MSred与夏玉米叶片氮素含量的相关系数分别为0.876 8,0.827 5,0.844 2和0.883 8,比同生育时期Sred与叶片氮素含量的相关系数分别提高了7.50%,5.00%,9.75%和5.54%。【结论】改进红边面积MSred可以更准确地指示叶片氮素含量的变化,为采用高光谱技术快速诊断夏玉米氮素营养亏缺状况提供了新途径。     

基于优化指数的玉米冠层含水量遥感估测

对北京怀柔县EO–1 Hyperion高光谱数据进行波段筛选和植被含水量指数计算,采用耦合叶片与冠层辐射传输模型对水分指数(WI)、归一化差值水分指数(NDWI)、归一化植被指数(NDVI)、水应力指数(MSI)、归一化差值近红外指数(NDII)和冠层结构(CSI)的玉米冠层含水量估测能力进行分析,在不同理化参数的敏感性分析的基础上,将MCARII和NDWI进行整合,以完成玉米冠层含水量估测。结果表明,NDVI和CSI不能对玉米冠层含水量进行估测,NDII、WI、NDWI、MSI对玉米冠层含水量估测的R2值均大于0.78,但估测的RMSE值均在0.015附近,造成估测结果具有很强的不确定性;优化后的归一化水分指数(M–NDWI)能够有效地排除叶面积指数的干扰,显著改善玉米冠层含水量的估测效果。     

基于高光谱的枣树叶片氮素表征方法

为提高枣树种植过程中施用氮肥的精准性,本研究以南疆重要经济作物骏枣(Ziziphus jujuba Mill.)为研究对象,通过对枣树叶片原始光谱和一阶微分光谱与全氮含量的相关性进行分析,利用光谱敏感变量构建植被指数作为衍生变量,再以衍生变量作为变量建立多种线性和非线性的氮素含量预测模型,并对氮素含量预测模型进行精度检验。结果显示：基于枣树原始光谱和一阶微分光谱的模型拟合决定系数均大于0.75,原始光谱变量的预测效果整体好于一阶微分光谱;预测效果最好的是基于原始光谱变量4的幂函数模型：Nit=1.097x^0.735,R²为0.821,RMSE为0.024 5。研究表明,建立的氮素含量预测模型能够实现基于高光谱反射率特征对枣树氮素的较好监测效果,能够作为枣树营养素诊断的重要理论依据。     

生姜叶片氮含量的高光谱遥感估算模型研究

作物叶片氮含量的快速估算对于及时了解作物长势、病虫害监测以及产量评估具有重要意义。该文以经济作物生姜为研究对象,获取了2015年4月-9月不同品种、不同生育期和不同氮肥梯度下生姜叶片的高光谱和氮含量数据,对比分析了比值植被指数、归一化植被指数、植被指数组合形式对生姜叶片氮含量的估算效果。在此基础上,基于波段组合算法,筛选出了生姜叶片氮含量的敏感波段,并构建了两个新型光谱指数NDSI_((754,713))和RSI_((754,713))。结果表明,所选择的植被指数中,MCARI(705,750)/OSAVI(705,750)对生姜叶片氮含量估算效果最好,模型精度R~2、RMSE和RE分别为0.73、0.27、11.64%;利用波段组合算法构建的归一化光谱指数NDSI(754,713)对生姜叶片氮含量估算效果要优于MCARI(705,750)/OSAVI(705,750),模型估算精度R~2达0.83,使用的敏感波段713 nm与754 nm均位于植被的"红边"区域。对所建模型进行验证,叶片氮含量的预测值和实测值具有较好的一致性,验证样本R~2为0.78,RMSE为0.20,RE为9.81%。上述分析结果可为农业管理部门及时掌握生姜长势信息、制定施肥策略提供技术支持。     

农作物LAI和生物量的高光谱法测定

通过田间小区试验,测定了水稻、玉米、棉花3种共6个品种作物冠层不同生育期的高光谱反射率及对应叶面积指数和地上生物量,分析了其高光谱变量和红边参数与叶面积指数、地上生物量及叶重量的相关性。结果表明:13种作物冠层高光谱反射率与其生育期有关,其反射率最大值的比较结果是棉花>玉米>水稻。23种作物的叶面积指数、叶鲜重、叶干重与其冠层光谱变量ρ990/ρ550,ρ800/ρ550,ρ750/ρ550,ρ800/ρ680及冠层红边参数λr,Dλr之间均极显著相关,但地上鲜生物量和地上干生物量与上述光谱变量和红边参数之间相关性较差,说明可通过高光谱遥感方法估测水稻、玉米、棉花的叶面积指数、地上鲜生物量、叶鲜重和叶干重。     

不同算法红边位置监测小麦冠层氮素营养指标的比较

【目的】红边位置常被用于监测作物叶片氮素营养状况。本文旨在通过不同算法提取红边位置,分析并比较不同算法提取的红边位置对氮素营养监测模型的准确性和可靠性差异,确定监测小麦叶片氮素营养的最佳红边位置算法及定量模型。【方法】基于不同施氮水平、播种密度、品种类型和生育时期的小麦田间试验,系统分析不同算法的红边位置(一阶微分、倒高斯法、多项式拟合法、四点内插法、拉格朗日法、线性外推法)与冠层叶片氮素营养指标的定量关系,比较不同算法红边位置对氮素营养监测的准确性和可靠性。【结果】线性外推法为计算小麦红边位置的最佳算法,并建立了基于线性外推法的小麦冠层叶片氮素营养定量监测模型。【结论】研究结果为小麦冠层叶片氮素营养指标的可靠监测提供了有效途径。