不同土壤质地小麦叶片叶绿素的高光谱响应及估测模型

为给小麦生长过程中叶绿素的实时监测和氮肥调控提供参考,设置3种不同土壤质地(沙土、壤土和粘土)、5种不同施氮水平(0、120、225、330和435kg·hm-2)和3个河南省主栽小麦品种(矮抗58、周麦22和郑麦366),同步测定小麦主要生育时期冠层光谱反射率和叶绿素(Chla+b)含量,系统分析了3种土壤质地条件下小麦Chla+b含量与350~1 050nm波段范围内冠层光谱参数的相关关系。结果表明,3种土壤质地下小麦叶绿素的冠层光谱响应趋势基本一致。光谱指数REPIG和mND705对叶片Chla+b含量的监测效果较好,建模决定系数分别为0.76和0.75。利用独立样本数据对用于建模的此二光谱参数进行检验,其预测效果表现较为稳定,预测决定系数分别为0.87和0.85,均方根偏差分别为0.46和0.48。说明利用光谱指数REPIG和mND705为自变量建立的估测模型可以较好地预测当地生产条件下小麦叶片叶绿素,同时为氮肥施用及调控提供技术依据。     

玉米叶片高光谱反射率、吸收率与色素含量的关系比较分析

分析测定了大田试验条件下11个玉米品种的3个氮肥处理、2个密度处理和6个生育期的150张叶片在350～2500nm波段的反射率和吸收率及其叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量。玉米叶片在叶绿素吸收波段的最大吸收波长位于665nm附近,665nm处叶片的吸收率与反射率间呈高度负相关(R2=-0.7533,n=150),而吸收率较高(>92%)的叶片的相关性明显强于吸收率较低的叶片。基于近红外波段和叶绿素吸收波段(红波段)或叶绿素反射波段(绿波段)构建的8个高光谱参量只有以反射率为基础计算时才与色素含量间存在相关性。mSR705和mND705无论以反射率还是以吸收率为基础计算,均表现出与色素含量间的强相关关系,而以吸收率为基础计算的mSR705和mND705与色素含量间的相关性又稍强于以反射率为基础计算的mSR705和mND705。本研究结果暗示叶片的表面反射是干扰叶片光谱(尤其是吸收光谱)对色素浓度变化响应的主要因子。     

不同冬小麦品种株高的高光谱估算模型

为建立小麦株高的高光谱估算适宜模型,通过连续两年田间不同品种试验,在拔节至抽穗期同步测定小麦冠层高光谱数据和株高,并对两者的关系进行系统分析。结果表明,小麦株高与可见光波段呈负相关,与近红外波段呈正相关,与可见光波段的相关性总体上高于近红外波段。株高可以利用统一的光谱参数进行定量反演,其中以F698、D550、Dy、λr、SDr/SDb和(SDr-SDb)/(SDr+SDb)等光谱参数拟合效果较好。经两年的独立试验数据检验表明,以参数F698、D550、Dy及(SDr-SDb)/(SDr+SDb)为变量建立的株高估算模型表现较为稳定,尤其是以光谱参数(SDr-SDb)/(SDr+SDb)建立的模型,建模决定系数为0.85,预测决定系数和均方根偏差分别为0.86和4.27,相对误差为9%。因此,该参数可以作为估测小麦株高的有效光谱参数,对小麦生长中期的株高进行监测。     

小麦叠加叶片的叶绿素含量光谱反演研究

为了给田间冠层水平叶绿素含量高光谱反演研究提供参考,研究了小麦单层及叠加叶片不同波长光谱反射率及几种常用植被指数对叶绿素含量的响应特征。结果表明,可见光波段的绿光到红光波段范围内叶片光谱反射率与叶绿素含量存在良好的相关关系,其中在绿光反射峰550 nm附近和红边区域的705 nm附近反射率都可以用来预测叶绿素含量。红谷吸收表现为随叶绿素含量提高而蓝移的特征。常用植被指数NDVI在本研究中对小麦叶片的叶绿素含量的监测效果并不理想。SR705虽然与单层叶片叶绿素含量相关性较好,但是对叠加多层叶片的叶绿素含量反演效果不好。光谱参数中TCARI对单层叶片和不同叠加层数的叶片均有最好的预测能力,因此可以利用TCARI监测小麦叶绿素含量,进而用于评价其光合特性。     

关中冬小麦叶片氮素含量高光谱遥感监测模型

为给黄土高原大范围的冬小麦氮素营养遥感监测提供理论依据,通过田间试验,研究了冬小麦叶片氮素含量遥感监测的最佳生育时期、最敏感波段及其他最优光谱参量。结果表明,灌浆期是利用高光谱遥感监测冬小麦叶片氮素营养状况的最佳生育时期;在拔节、抽穗和灌浆期680nm波段光谱反射率R680均能较好地反映冬小麦叶片氮素含量,基于光谱位置以及叶面积指数的光谱参量也能较好地反映冬小麦叶片氮素含量。拔节期、抽穗期和灌浆期分别以680nm波段光谱反射率R680、绿峰反射率Rg和植被指数(SDr-SDb)/(SDr+SDb)对小麦叶片氮素含量的拟合效果最佳,其回归方程分别为Y=27.54-280.247 X+1456.245 X2、Y=8.632 X-0.24和Y=25.83 X1.012。     

用高光谱植被指数估算水稻乳熟后叶片和穗的色素含量

 分析测定了大田条件下2个水稻品种在3个氮素水平下的剑叶和穗从乳熟期至收割的光谱反射率(350~2500 nm)及对应剑叶和穗的叶绿素（Chl）、类胡萝卜素（Car）含量,并利用相关分析研究了11个植被指数与剑叶、穗的叶绿素含量之间的关系。mSR705、mND705在试验范围各叶绿素含量水平下，都表现极显著的相关性。mSR705、mND705与叶片、穗叶绿素含量进行线性回归，两者拟合R2分别为0.9319和0.9488（n＝48）。植被指数与类胡萝卜素、Car/Chl间的相关性分析表明，光化学反射指数（PRI）与剑叶、穗Car/Chl都有很好的负相关（R2=0.7745，n=48）, 可以用来预测不同植被结构的Car/Chl;R760/R500与剑叶Car/Chl和穗Car含量也具有较好的相关性。结果表明，mSR705、mND705和PRI等指数可用于估算叶片、穗的色素含量，作为水稻成熟度的监测指标。     

基于主成分分析和随机森林回归的冬小麦冠层叶绿素含量估算

为提高冬小麦冠层光谱对叶绿素含量的估算精度,以陕西省乾县冬小麦为研究对象,利用SVC-1024i光谱仪和SPAD-502型叶绿素仪实测了冬小麦冠层反射率和叶绿素含量,分析了一阶导数光谱、10种特征参数和9种植被指数与叶绿素含量的相关性,并利用主成分分析(PCA)对叶绿素敏感的可见光波段(390～780 nm)一阶导数光谱进行降维,将特征值大于1的主分量结合特征参数和植被指数形成不同的输入变量,用偏最小二乘回归和随机森林回归构建冬小麦冠层叶绿素估算模型,并利用独立样本对模型进行验证。结果表明,小麦冠层叶绿素含量与一阶导数光谱在751 nm处的相关性最高(r=0.71),特征参数中红边蓝边归一化(SDr-SDb)/(SDr+SDb)与叶绿素含量的相关性最高(r=0.66),植被指数(VI)中修正归一化差异指数(mND705)相关性最高(r=0.74)。在输入变量相同的情况下,基于随机森林(RF)回归的预测模型均优于偏最小二乘回归(PLSR)模型,其中PCA-VI-RF模型的各精度指标均达到最优(r²=0.94,RMSE=1.05,RPD=3.70),是冬小麦冠层叶绿素...     

不同氮肥水平下大豆叶片光谱反射率与叶绿素含量的相关性研究

用Unispec光谱分析仪和SPAD-502叶绿素仪测定不同生育时期不同氮肥水平大豆叶片光谱反射率及叶绿素含量,并分析了光谱植被指数与叶绿素含量的相关性。结果表明:不施氮肥处理光谱反射率高于施氮处理,随着施氮量的增加,大豆叶片光谱反射率下降,并初步断定结荚期是大豆氮素光谱营养诊断的敏感时期;随着氮肥水平的提高叶绿素含量增加;整个生育时期,除鼓粒期不施氮处理外其它处理的植被指数mND705与叶绿素含量均呈极显著正相关;在花期和结荚期,各处理的mSR705与叶绿素含量呈极显著正相关,PSSRc与叶绿素含量呈极显著负相关。     

基于叶片高光谱特征的小麦白粉病严重度估算模式

为了解白粉病胁迫下小麦叶片特征并预测其危害程度,基于大田小区和温室盆栽小麦白粉病接种试验,采用高光谱仪测定受白粉病不同程度危害的冬小麦叶片光谱反射率,并分析光谱特征参数与白粉病严重度间的关系。结果表明,随着小麦白粉病病情的加重,在可见光350~700nm波段内,叶片光谱反射率增加;而在700~1050nm近红外波段内,叶片光谱反射率明显降低。400~500nm和610~690nm为光谱敏感波段,在650~680nm波段相关系数最高(r0.75)。光谱参数MCARI、PSRI、VARIgreen和AI对叶片病害严重度拟合效果较好,决定系数(R2)变化范围为0.77~0.82,标准误差为9.34~10.14。模型检验表明,小麦单叶片病害严重度超过10%时,检验结果较为理想,单叶片病害严重度低于10%时,则定量估算误差偏大,10%严重度可作为光谱法识别小麦白粉病的临界值。光谱参数MCARI和VARIgreen对小麦白粉病反应敏感,估算误差较小,可作为小麦白粉病严重度的最佳估算模型。     

反射光谱法估计小麦叶片表皮蜡质含量的初步研究

为了探讨利用冠层反射光谱技术估计小麦叶片表皮蜡质含量的可行性,以小麦高叶片表皮蜡质含量材料2912与低叶片表皮蜡质含量品种普冰201和晋麦47及其杂交构建的F2:3株系为材料,通过氯仿提取称重法测定了小麦抽穗期的旗叶表皮蜡质含量,并采用FieldSpec 3测定了冠层反射光谱,分析小麦冠层反射光谱与叶片表皮蜡质含量之间的关系。结果表明,三个亲本以及株系间蜡质含量差异显著。高蜡质材料的可见光波段反射率整体高于低蜡质材料,短波长波段光谱反射率与叶片表皮蜡质含量相关性较高。以550和675nm波长的反射光谱为基础的单波/差值指数[R550/(R550-R675)]能较好地反映小麦叶片蜡质含量,两F2:3群体拟合模型的r2值分别为0.761和0.679,回归方程分别为y=0.07x-0.575和y=0.088x-1.481。