苹果叶片的高光谱特征及其色素含量监测

【目的】分析苹果叶片的高光谱特征,探索建立苹果叶片色素含量的高光谱监测模型,以促进高光谱技术在苹果长势监测中的应用。【方法】通过方差分析方法,分析苹果春梢和秋梢停止生长两个时期功能叶片的不同部位、不同含水率、不同品种的高光谱特征。利用相关分析方法,研究高光谱参数与叶片色素含量间的关系,并建立基于光谱参数的叶片色素含量监测模型。【结果】在760—1300nm的近红外波段,叶片光谱反射率后部低、前部高、中部居于二者之间;随着叶片含水率降低,光谱反射率逐渐增大;不同品种的叶片,光谱反射率差异显著。光谱参数R800/R550、红边面积Sr和绿峰反射率Rg与叶片色素含量之间有较好的相关性,并分别建立了色素含量监测模型。其中以Sr建立的Chla、Chl(a+b)、Car含量监测模型和以R800/R550建立的Chlb含量监测模型为最佳。经均方根误差(RMSE)和相对误差(RE%)指标测试表明,模型能较好地监测苹果叶片色素含量。【结论】用红边面积Sr和波段组合R800/R550来监测苹果叶片色素含量效果较好,为苹果长势遥感监测提供了理论依据。     

桉树叶片光合色素含量高光谱估算模型

色素在植物的生理生态过程中非常重要,利用高光谱数据,揭示光谱反射率上特征波段与光合色素含量间的关系将有助于理解光合色素光谱反射特征的规律,同时为利用高光谱遥感技术快速无损监测植物叶片光合色素提供了技术支持.利用野外采集的桉树叶片样本,在实验室内测定了叶片的高光谱反射率及对应的叶绿素、类胡萝卜素含量.利用光谱分析技术和统计学方法对光谱数据进行处理分析,提取了光谱特征参量,并建立叶绿素、类胡萝卜素含量与光谱特征参量间的估算模型.通过精度检验,研究结果表明以(SDr-SDb)/(SDr+SDb)为变量建立的指数模型估算效果最佳.     

基于成像高光谱的小麦叶片叶绿素含量估测模型研究

为了探索小麦叶片的光谱特征和敏感波段,建立小麦叶绿素含量与光谱特征参量间的定量关系模型,以促进高光谱技术在小麦精准施肥以及快速、无损长势监测中的应用。采用相关分析法分析了叶绿素含量与光谱反射率及其一阶导数的关系,建立了叶绿素含量监测模型。经筛选验证确定小麦叶绿素含量的最佳估测模型为SPAD=36.75+188.168R387和SPAD=2 094.242R'7153+112 646.744R'7152-1.561E7R'715+42.991。这2个模型均可较好地估测小麦叶片的SPAD值,相比较而言,基于波段R387建立的SPAD估测模型精确度更高。     

基于高光谱苹果品种叶片铁含量估测模型

【目的】 在叶片水平上构建基于高光谱的苹果品种叶片铁素含量估测模型,为探寻实时、高效、无损的果树树体营养诊断提供技术途径。【方法】以苹果品种岩富10号为材料,测定岩富10号叶片光谱数据和铁素含量,采用光谱分析和相关分析法,筛选与叶片铁素含量相关性较强的光谱组合,利用偏最小二乘法构建苹果叶片铁素含量光谱估测模型。【结果】岩富10号苹果叶片一阶微分光谱与铁素含量的敏感波段为R′₉₉₀、R′_{1 113}、R′_{1 360}、R′_{1 408},相关系数最高为-0.698 9。对敏感波段两两进行加、减、乘、除运算,最优波段组合形式R′₉₉₀×R′_{1 048}与铁素含量相关系数为0.846 2。估测模型拟合度(R²)最高为0.827 5。【结论】苹果叶片一阶微分光谱组合与铁素含量显著相关(P<0.05),光谱组合能够明显提高其相关性,偏最小二乘法与逐步回归建模相比估算模型的精度更佳,可以用于苹果叶片铁素含量的光谱估算。     

基于成像高光谱的苹果叶片叶绿素含量估测模型研究

以苹果树正常叶片、受红蜘蛛胁迫叶片的高光谱反射率和SPAD值为数据源,在分析SPAD值与原始光谱反射率及其一阶导数、高光谱值相关性的基础上,筛选敏感波段,建立了基于高光谱反射率的叶绿素含量估测模型。结果表明:正常苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为513~539、564~585、694、699、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=152.450-1884.851R377;受红蜘蛛胁迫的苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为961、972、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=49.371-46428.473 R’972。     

基于成像高光谱的苹果叶片叶绿素含量估测模型研究

以苹果树正常叶片、受红蜘蛛胁迫叶片的高光谱反射率和SPAD值为数据源,在分析SPAD值与原始光谱反射率及其一阶导数、高光谱值相关性的基础上,筛选敏感波段,建立了基于高光谱反射率的叶绿素含量估测模型。结果表明:正常苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为513⁵39、564539、564⁵85、694、699、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=152.450-1884.851R377;受红蜘蛛胁迫的苹果叶片叶绿素含量的敏感波段为961、972、720 nm,叶绿素含量的最佳估测模型为线性函数模型SPAD=49.371-46428.473 R’972。     

基于高光谱的琯溪蜜柚叶片磷素含量估算模型研究

蜜柚叶片磷素(phosphorus,P)含量是准确诊断和定量评价生长状况的重要指标,为快速、无损、精确地估测磷素含量,需要建立蜜柚叶片磷素含量高光谱估算模型。基于蜜柚叶片高光谱数据和磷素含量实测数据,提取原始光谱及一阶微分光谱特征波段和光谱特征变量,构建单变量估算模型、偏最小二乘回归模型和BP神经网络回归模型,并确定蜜柚叶片磷素含量最佳估算模型。在350～1 050 nm波段,原始光谱和一阶微分光谱与叶片磷素含量在可见光范围内有多波段相关性显著,并出现多个极值。原始光谱敏感波长为549和718 nm,一阶微分的敏感波长为528、703和591 nm。在建立的回归模型中,选择决定系数较高的模型进行精度检验,其中BP神经网络模型的拟合R²(0.775 9)最大,偏最小二乘估算模型的拟合R²(0.749 9)次之。综合建模精度和模型检验精度,确定BP神经网络模型为蜜柚叶片磷含量的最佳估算模型,建模和验证的R²分别为0.71和0.775 9;其次为偏最小二乘估算模型,建模和验证的R²分别为0.64和0.74...     

基于高光谱植被指数的马铃薯叶片叶绿素含量估测模型

【目的】筛选相关性好的植被指数构建马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b估测模型,为科学、无损地进行马铃薯叶片叶绿素含量估算提供技术支撑。【方法】采用便携式高光谱地物波谱仪,获取不同施氮水平下不同生育时期的马铃薯植株叶片光谱反射率,提取植被指数,测定马铃薯叶片叶绿素a、叶绿素b含量,并研究叶绿素含量与植被指数的相关性。【结果】12个植被指数与叶绿素a、叶绿素b含量相关性较好,其中修正归一化差异指数(mND_(705))、修正简单比值指数(mSR_(705))、地面叶绿素指数(MTCI)、修改叶绿素吸收反射指数(MCARI)与叶绿素a、叶绿素b含量相关性最好。基于这4个植被指数建立的估测模型中,MTCI构建的乘幂模型估测叶绿素a含量的效果最佳,mND_(705)构建的指数模型估测叶绿素b含量的效果最佳。【结论】MTCI构建的乘幂模型能较为精确地估测叶绿素a含量,mND_(705)构建的指数模型能较为精确地估测叶绿素b含量;这2种模型可用于间接监测马铃薯植株的氮营养亏缺状态。     

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。     

沿海滩涂棉花叶片叶绿素含量高光谱遥感估算模型研究

以连云港滩涂棉花地为研究区域,利用ASD便携式光谱仪在晴朗天气条件下测试了野外采集的棉花叶片反射光谱,选取原始光谱和一阶导数光谱作为多变量,三边参数（红边、黄边和蓝边）和归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI、结构相关色素指数SIPI、叶面叶绿素指数LCI、水分指数WI、窄波段微分植被指数1DZ_DGVI和窄波段植被指数TCARI/OSAVI作为单变量,分析棉花叶片叶绿素含量与这些变量之间的相关性;在相关分析的基础上构建棉花叶片叶绿素含量估算模型。结果表明,叶绿素a、b和a＋b含量与单变量参数之间的相关性均未达显著水平;而与原始光谱、导数光谱都存在显著相关性。对叶绿素a含量而言,基于440 nm处的一阶导数光谱应用指数函数和幂函数构建的估算模型精度最高,R2为0.231。对叶绿素b含量而言,基于652 nm处的一阶导数光谱应用一元线性回归法构建的高光谱估算模型精度最高,R2为0.165。对叶绿素a＋b含量而言,基于440 nm处的一阶导数光谱应用指数函数、复合函数和生长函数构建的估算模型精度高,R2为0.155。该研究为进一步加强滩涂农业管理和提高滩涂农作物的产量提供技术支持。     

施用常用有机肥对梅州柚品质及土壤性质的影响

在梅州柚主产区不同土壤类型上选择沙田柚生产上常用4种有机肥(花生麸、微生物有机肥、大豆有机肥和鸡粪有机肥),以化肥单施为对照,探讨化肥与有机肥在氮磷钾施用总量相等下,对沙田柚果实品质、土壤理化性质、耐贮性等的影响。结果显示,红壤土试验小区施用花生麸、微生物有机肥以及鸡粪有机肥虽然没有提高可溶性固形物的含量,但是降低了可滴定酸的含量,使得固酸比升高,沙田柚果肉口感纯甜无酸,风味更佳。黄壤土小区施用花生麸、微生物有机肥以及大豆有机肥对可溶性固形物和维生素c的含量具有显著提高作用。在两种土壤类型上进行的各配施处理对土壤性质以及柚果不同贮藏期果实品质未表现出明显影响,除改善土壤pH外,配施不同肥料对土壤性质以及贮藏期间果实品质的影响均未表现出某种一致或明显的规律。因此,在沙田柚生产中实行化肥和有机肥合理配施效果好,以等量氮配施花生麸和微生物有机肥效果较好。     

净套作下大豆叶绿素密度动态及光谱估测研究

【目的】利用高光谱数据构建一种适合于净作和套作群体的大豆叶绿素密度光谱估测通用模型,为监测以叶绿素密度为参数的净、套作大豆长势提供支撑。【方法】以南豆12为供试大豆品种,设计净作和套作2种种植模式,测定净、套作下大豆不同生育时期叶绿素密度及其冠层光谱特征,对通过原始、全波段导数光谱和多波段组合计算的植被指数与叶绿素密度进行相关性分析,比较不同高光谱特征参数与叶绿素密度之间的关系,借助高光谱遥感分析方法构建适合于净、套作下大豆叶绿素密度的估测模型。【结果】净作和套作大豆叶绿素密度在整个生育期呈先上升后下降的单峰曲线,在结荚期达到最大值,其中净作比套作平均高5.5%。同样,大豆冠层光谱反射率在近红外波段(700~1 000nm)也呈现先增后降趋势,结荚期最高,达到70%,并在结荚期之前红边位置出现红移现象。原始光谱自由组合的比值植被指数RVI(507/697)与叶绿素密度的相关性最高,相关系数大于0.962(P0.01)。对净、套作下大豆叶绿素密度模型进行比较分析,发现二次模型能够较好地估测净、套作下大豆叶绿素密度(R20.75,RMSE=0.25)。【结论】用比值植被指数RVI(507/697)构建的叶绿素密度二次估测模型,能够较好地对净、套作下大豆叶绿素密度进行估测。     

不同素质烟叶烘烤过程中颜色值与色素含量的关系

【目的】研究不同素质烟叶烘烤过程中外观颜色参数与内在色素含量间的关系,为实现不同素质烟叶的精准烘烤提供理论依据。【方法】以烟叶K326品种为试验材料,分别取其下部嫩黄烟、中部返青烟、上部高温逼熟烟和上部贪青晚熟烟4种特殊素质烟叶进行烘烤,测定烘烤过程中烟叶外观颜色参数[绿色度(SPAD)、明度值(L*)、红绿值(a*)、黄蓝值(b*)]及色素含量,并对二者进行相关分析。【结果】4种素质烟叶的SPAD均在30~38℃下降最快。烘烤过程中,4种素质烟叶的L*、a*和b*均呈不同程度上升趋势,返青烟、嫩黄烟和高温逼熟烟在30~38℃上升最快,贪青晚熟烟在30~42℃上升最快。叶绿素a与叶绿素b的含量变化趋势基本一致,嫩黄烟、返青烟和高温逼熟烟在30~38℃降解量最大,贪青晚熟烟则在42~48℃降解量最大;4种素质烟叶的类胡萝卜素含量相对降解量均较小,其中嫩黄烟的类胡萝卜素含量在42~48℃迅速下降,高温逼熟烟在30~38、48~54℃时有较小幅度下降,返青烟和贪青晚熟烟则呈缓慢下降趋势;嫩黄烟、返青烟、高温逼熟烟和贪青晚熟烟的类胡萝卜素含量与叶绿素含量比值增长最快分别出现在30~42、30~38、42~48和48~54℃。不同素质烟叶SPAD与叶绿素含量均呈极显著正相关(P<0.01,下同),高温逼熟烟L*与叶绿素a含量呈显著负相关(P<0.05),其他3种素质烟叶L*、a*、b*与叶绿素含量均呈极显著负相关。【结论】不同素质烟叶在烘烤过程中其外观颜色参数与内在色素含量具有密切相关性,可依据外观颜色参数估计烟叶内部色素含量,为准确把握不同素质烟叶烘烤进程提供理论依据。     

基于多角度高光谱遥感的冬小麦叶片含水率估算模型

准确的作物水分监测对于旱情评估具有重要意义。在分析研究区冬小麦多角度光谱特征后,利用不同水分处理下冬小麦实测叶片含水率和实测多角度光谱数据,基于植被光谱指数法,建立不同观测角度下冬小麦光谱植被指数、水分敏感波段光谱指数与叶片含水率之间的数学模型。结果显示,相对方位角与相对天顶角越小时,观测到的光谱指数与叶片含水率的相关关系越优;敏感波段组合构建的光谱指数中,1450nm波段分别与其他波段组合的NDSI、RSI指数与叶片含水率相关性在各观测角度条件下均较好,1 450 nm波段是冬小麦叶片含水率研究的最佳敏感波段;选取常见的4种植被指数(NDVI、EVI、WI和NDII)中WI和NDVI在各观测角度下与叶片含水率的相关性优于其他两种指数,决定系数R2均在0.83以上,P0.01呈极显著相关;综上建立的多角度光谱叶片含水率估算模型,平均相对误差MRE均小于0.154、均方根误差RMSE均小于0.098,拟合效果较好,尤其是光谱指数NDSI1160,1450、NDSI980,1450和植被指数NDVI、WI;基于以上4种指数建立的最优观测角度(0°,30°)模型,其中植被指数WI的估算效果最好,相关系数在各角度均达到5%的相关显著水平,MRE0.03,可作为最优观测角度反演研究的最优植被指数。     

基于高光谱成像技术的菊花花色表型和色素成分分析

为无损、高效测定菊花花色表型和色素成分及含量,以菊花160个品种为研究材料,用紫外分光光度法测定舌状花的色素种类和含量;用高光谱成像技术对菊花不同品种头状花序上不同花轮位置上舌状花不同部位的高光谱反射值进行测定;对高光谱反射指数与舌状花色素含量实测值间的相关性进行分析。结果表明:1)菊花头状花序中轮的舌状花正面的中部或偏后部获得的高光谱测定数据稳定。2)菊花相同色系品种具有相似的高光谱特征曲线,不同色系品种高光谱特征曲线存在差异。3)高光谱反射指数RRed/RGreen、ARI、mARI、mCRI、TCARI与菊花舌状花色素含量之间有较好的相关性,并利用80个品种分别建立了色素成分及含量监测模型。4)利用另外80个菊花品种进行验证发现,以RRed/RGreen、ARI和mARI建立的花青素含量监测模型、mCRI建立的类胡萝卜素含量监测模型和TCARI建立的叶绿素含量监测模型精度较高,可以无损、快速地测定菊花舌状花色素成分和含量。本研究为观赏植物花色表型分析和色素成分及含量的测定提供了一种新的思路和方法。      

双子叶植物叶片类胡萝卜素含量高光谱反演估算

类胡萝卜素(Car)是植物进行光合作用的主要色素之一,在吸收传递光能、保护叶绿素,以及延缓叶片衰老等方面有重要作用。以LOPEX’93数据库为基础,系统分析400~2 500 nm高光谱波段范围内任意两波段组合而成的归一化差值植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)和差值植被指数(DVI)与双子叶植物叶片Car含量间的定量关系。结果表明,在756 nm处红光波段与809 nm处近红外波段的NDVI_(809,756)、RVI_(809,756),以及750 nm处红光波段与809 nm处近红外波段的DVI_(809,750)都可以较好地实现Car含量反演,建立的回归预测模型的判定系数(R²)均大于0.74。对由各植被指数构建的反演模型进行精度验证发现,NDVI_(809,756)和RVI_(809,756)的估算效果相当,且都好于DVI_(809,750),模型预测精度分别为0.735和0.738,均方根误差分别为1.426 1和1.420 5,平均相对误差分别为13.66%和13.60%。表明基于高光谱数据对双子叶植物叶片Car含量进行估算是可行的。     

不同水分含量和添加物对柚皮渣青贮发酵品质 及营养成分的影响

通过对不同水分含量和添加物对柚皮渣青贮发酵品质及营养成分影响的研究,筛选出柚皮渣混合青贮最优方案。采取五因素四水平L₁₆(4⁵) 正交试验,设计不同的水分含量（65%、70%、75%、80%）、尿素（0、1%、2%、3%）、EM菌剂（0、2.5、5、7.5 mL·kg^-1）、果胶酶（0、0.25、0.5和1 mL·kg^-1）和干物料种类（0、狼尾草、干稻草、竹粉）。结果表明：16个处理组中有13个发酵品质综合评分为优,添加干物料对柚皮渣青贮饲料发酵品质影响最大,影响顺序为干物料种类＞尿素＞水分含量＞EM菌剂＞果胶酶,其中有利于提升发酵品质的干物料种类为不添加和添加竹粉;尿素添加水平为0和2%;水分含量为70%和65%;EM菌剂为2.5和5 mL·kg^-1以及果胶酶为0和0.25 mL·kg^-1。在营养成分分析中,尿素对柚皮渣青贮饲料粗蛋白质含量的影响最大,其次是对中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的影响,最佳两个添加水平为3%和2%;干物料种类对中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维影响较大,不添加为最佳,添加干物料种类间差异较小;其他因素影响较小。综合发酵品质和营养成分的分析,同时考虑节约成本,柚皮渣青贮条件最优方案为水分含量70%、添加2%尿素、2.5 mL·kg^-1 EM菌剂和竹粉。