模拟酸雨对大豆的激光诱导荧光光谱和反射光谱的影响研究

在田间栽种大豆,在生长期内。配置不同ｐＨ值的模拟酸雨定期定量地分区喷酒,定期测量其生长状况并采样测试激光诱导荧光光谱和反射光谱。研究结果表明,酸雨对大豆的生长有明显的影响,并在其光谱特征上也有显的差异,与酸雨的酸度和喷酒的强度密切相关。本利用遥感技术探测酸雨及其对植被的危害程度提供了可靠的应用基础。     

冠层反射光谱与小麦产量及产量构成因素的定量关系

基于4个小麦品种、5个施氮水平的田间试验,在比较小麦冠层多光谱和高光谱反射特征的基础上,讨论了不同生育期冠层反射光谱参数与小麦产量及产量构成因素的定量关系。结果表明,拔节期冠层多光谱参数与理论产量和实际产量的相关性较高,可用于预测小麦产量,而冠层高光谱反射参数与小麦产量间的相关性较差,难以直接利用预测小麦产量;冠层的多光谱和高光谱参数对亩穗数的预测效果均较好,小麦拔节期、灌浆中期和成熟期的冠层多光谱参数、高光谱参数均与亩穗数间具有极显著正相关关系（P〈0.01）,从而分别建立了各时期利用高光谱参数A（760,850）/R550、多光谱比值植被指数RVI（810,560）的小麦估产方程。研究结果对选择合适的光谱参数建立估产模型、保证高光谱遥感信息反演精度具有重要价值。     

模拟酸雨对小麦种子萌发和幼苗生长的影响

以中性溶液（pH=7.0）为对照,研究了pH值为1.0,2.0,3.0,4.0,5.0和6.0模拟酸雨对小麦种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,小麦种子萌发和幼苗生长各指标随着pH值的降低而降低,弱酸（pH5.0～6.0）条件下小麦种子能够正常萌发和生长,种子萌发和幼苗生长各指标与对照没有显著差异（P > 0.05）;在pH低于5.0时,小麦种子萌发和幼苗生长严重受阻,种子萌发和幼苗生长各指标均显著低于对照（P < 0.05）;pH为1.0时,小麦种子则完全失去活性;不同pH值模拟酸雨胁迫对小麦幼苗生理指标影响较大,叶绿素含量、类胡萝卜素含量、保护酶（SOD,POD,CAT）和非保护酶（PPO,PAL）活性随酸性的增强呈降低趋势,而相对电导率和丙二醛（MDA）含量呈上升趋势。综合分析认为,小麦幼苗生长比种子萌发对模拟酸雨的响应更为敏感。     

不同施氮水平下的小麦冠层光谱特征及产量分析

分析了在不同氮肥施用水平下,小麦冠层的高光谱响应在几个生育期内的变化情况,以及它们与小麦产量之间的关系。采用微分技术处理了小麦冠层反射光谱,提高了其区分小麦氮素营养水平的灵敏性;利用F-检验及方差分析与相关分析,研究小麦氮素处理水平、冠层反射光谱及其衍生信息(光谱反射率的一阶微分数据、归一化植被指数)、小麦产量三者之间的相关关系。研究结果表明,一阶微分技术能够提高小麦冠层光谱数据对氮素营养水平的响应,光谱数据的衍生形式也可与小麦产量建立很好的回归方程。     

苹果花期冠层反射光谱特征

苹果花期是果树生产与管理的关键阶段,对冠层反射光谱特征研究具有重要的理论和现实意义。该文以山东省栖霞市为研究区,通过实测的120棵苹果花期冠层反射光谱数据,在分析不同累计样本容量冠层反射光谱特征的基础上,用方差分析和相关分析的方法,系统地研究了苹果树有花与无花、不同花量、花期不同阶段、不同树龄及不同品种的冠层反射光谱特征。研究结果表明,随着累计样本容量的增加,冠层反射光谱曲线趋于稳定、平滑。有花与无花冠层光谱反射率在431～500、591～680、761～1 300 nm波段方差分析结果极显著（α=0.01）;不同花量的冠层与391～513、598～687、711～1 193 nm波段的反射率显著相关（p＜0.05）;在670 nm“红谷”附近,反射率随花量的增加而增大,在近红外761～1 300 nm波段,反射率随花量的增加而减小;不同品种之间,除嘎啦外,红富士、金帅和新红星之间不易区分。研究结果揭示了高光谱遥感在苹果花期信息获取方面的巨大潜力,为今后遥感反演模型的构建提供了依据。     

不同筋力冬小麦冠层反射光谱的差异分析

为了利用冠反射光谱特征监不同筋力小麦品种的生理特征差异,利用不同筋力小麦冠层反射光谱的差异,可对不同小麦品种进行遥感识别与监测。试验以低筋小麦品种扬麦13和高筋小麦品种徐麦31为材料,结合不同生育时期两品种叶面积指数(LAI)、叶绿素含量和叶片氮含量的变化,以及相应的光谱参数,分析不同筋力小麦冠层反射光谱的变化特征。结果表明,在近红外和可见光波段,从拔节期到蜡熟期,扬麦13的冠层光谱反射率均高于徐麦31,在孕穗期两品种的差异最显著;LAI、叶片叶绿素和氮含量均在开花时达最大值,扬麦13的叶绿素含量明显高于徐麦31,而LAI和叶片氮含量则低于徐麦31。比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)与LAI;红边位置(λr)、红边幅值(Dr)与叶绿素含量,氮素反射指数(NRI)、抗大气植被指数(VARIgreen)与叶片氮含量极显著相关,表明RVI、NDVI可以反演LAI;λr、Dr可以反演叶绿素;NRI、VARIgreen可以反演叶片氮含量的变化。以上光谱参数能反映小麦相关指标的变化情况,不同时期可运用小麦冠层反射光谱进行不同筋力小麦品种识别,孕穗期为最佳识别时期。通过本研究,以期为不同筋力小麦品种的遥感识别提供依据。     

不同磷肥水平的小麦冠层多光谱特征研究

利用便携式冠层光谱仪对小麦进行连续观测获取光谱数据。本文分析了小麦在不同P肥施用水平及生育期变化情况下冠层的光谱响应特征,运用t-检验等统计方法获得了小麦冠层光谱对不同P肥水平的敏感波段,并由此找到判断P肥施用是否合理的关键生育期。结果表明小麦冠层光谱的近红外波段(810~1100nm)对P素的相应关系优于可见光波段,870nm等近红外波段为小麦P素敏感波段;从拔节期到孕穗期前后为其P素丰缺状况光谱诊断的关键生育期;归一化植被指数(NDVI)也可与小麦产量建立很好的回归方程。     

模拟酸雨对若干种蔬菜生长和生理性影响的研究

本研究在温室条件下模拟酸雨（ＰＨ２．５,３．０、４．０、５．６）对大白菜,番茄黄瓜四季豆和洋花萝卜幼苗植株生长和某些生理特性的影响。结果表明,ＰＨ２．５和３．０的模拟酸雨明显伤害蔬菜叶片,造成叶片细胞膜透性增加,叶绿素含量和根伤流量的减少。探讨了酸雨影响蔬菜幼苗生长和生理特性的一般规律和酸度阈值。     

UV-B辐射增强和免耕对冬小麦冠层反射光谱特性的影响

通过田间模拟UV-B辐射增强,并采用FieldSpec Pro FR光谱仪进行田间观测,对UV-B辐射增强20％(U)条件下免耕(Z)和深耕(C)两种耕作方式对冬小麦冠层反射光谱和一阶导数光谱的影响进行研究,试验以无UV-B辐射增强(N)为对照,共设4个处理,分别为ZU、ZN、CN、CU.结果表明,冬小麦冠层光谱能有效监测UV-B辐射增强和两种耕作方式的复合作用.各处理间小麦冠层反射光谱的差异主要体现在近红外高台,灌浆期是最佳监测生育期.在灌浆期,U处理导致小麦冠层光谱近红外高台反射率明显降低,Z处理的近红外高台反射率明显低于C处理,且其受U处理的影响小于C处理,表明免耕具有延缓叶片衰老的作用.进一步采用一阶导数光谱分析发现,各处理在开花期和灌浆期均有显著差异.U处理导致红峰高度在灌浆期显著降低.Z处理的红峰高度明显低于C处理,红边位置比C处理偏红,并出现多峰情况.在未来UV-B辐射增强情景下,研究结果可为不同耕作方式下冬小麦采用冠层光谱进行无损检测的可行性提供理论参考.     

水稻冠层光谱反射特征及其与叶面积指数关系研究

在水稻试验小区,通过人为控制的方法造成施N水平的差异,对水稻整个生长期内冠层光谱进行了比较系统、密集的测定,并测定了水稻几个重要生育期的叶面积指数。结果表明:随着施N水平的提高,水稻冠层光谱在各生育期呈现出一定的规律性,在近红外部分(760 ~ 1220 nm),冠层光谱反射率随着施N水平的提高而升高,而在可见光部分(460 ~ 710 nm),水稻冠层的光谱反射率反而逐渐降低。冠层光谱经差异显著性检验发现:水稻灌浆期以前,对施N水平最为敏感的波段是绿光(560 ~ 610 nm)和近红外(710 ~ 760 nm)部分;转换为归一化植被指数(NDVI)以后,差异最显著的是 (R760 - R560) / (R760 R560)。对叶面积指数与冠层光谱反射率的相关分析结果表明:在水稻抽穗期以前,叶面积与冠层光谱反射率相关性较差;而抽穗期以后,二者有较好的相关性。     

水稻遥感估产模拟模式比较

通过大田小区试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻抽穗后不同时期冠层的光谱反射率、叶面积指数及最后的理论产量和实际产量,模拟MSS、TM、SPOT、资源一号CCD相机、IKONOS、MODI S和高光谱的波段来构建光谱差值植被指数DVI、比值植被指数RVI、差值归一化植被指数NDVI和绿度G,并模拟建立遥感估产模式.结果表明:单变量估产模式以差值植被指数DVI效果最好,蜡熟期估产效果要优于抽穗期和灌浆期;多时期复合估产模式估产效果要优于单一生育期;成熟期各种数据的DVI估产模式具有相近估产精度,达91%以上,其中MSS波段的估产精度最高.     

基于光谱反射信息的作物单产估测模型研究进展

及时准确地估测区域作物单产信息,对于粮食安全预警、粮食贸易流通,以及农业可持续发展都具有非常重要的意义。基于光谱反射信息的遥感技术,能够实时获取作物和土壤在不同时间和空间尺度下的分布信息,为区域作物单产估测研究提供了新的机遇和挑战。在简单介绍作物反射光谱特性和作物单产影响因素的基础上,分经验模型、半经验半机理模型和机理模型三部分,详细论述了基于光谱反射信息的作物单产遥感估测模型的国内外研究进展,并指出基于作物生长机理模型与多时相遥感信息同化技术的研究,应该是未来区域作物单产估测的重要发展方向之一。今后应该重点加强作物冠层关键参数(如叶面积指数、叶绿素浓度、作物吸收光合有效辐射系数、植被覆盖率等)的定量反演研究,同时加强多源遥感数据替代和整合技术研究,以及作物模型与遥感信息同化关键技术研究,以进一步改善单产估测精度和提高系统可运行性。     

Predicting grain yield and protein content in winter wheat at different N supply levels using canopy reflectance spectra

A field experiment using a split-plot randomized complete block design with three replications was carried out to determine relationships between spectral indices and wheat grain yield （GY）, to compare the performance of four vegetation indices （VIs） for GY prediction, and to study the feasibility of VI to estimate grain protein content （GPC） in winter wheat. Two typical winter wheat （Triticum aestivum L.） cultivars ＇Xuzhou 26＇ （high protein content） and ＇Huaimai 18＇ （low protein content） were used as the main plot treatments and four N rates, i.e., 0, 120, 210, and 300 kg N ha^-1, as the sub-plot treatments. Increasing soil N supply significantly increased GY and GPC （P ≤ 0.05）. For the two cultivars combined, significant and positive correlations were found between four VIs and GY, with the strongest relationship observed when using the green ratio vegetation index （GRVI） at mid-filling. Cumulative VI estimates improved yield predictions substantially, with the best interval being heading to maturity stage. Similar results were found between VI and grain protein yield. However, when using cumulative VI, GPC showed no significant improvement. The strong relationship between leaf N status and GPC （R2 =0.9144 for ＇Xuzhou 26＇ and R2 = 0.8285 for ＇Huaimai 18＇） indicated that canopy spectra could be used to predict GPC. The strong fit between estimated and observed GPC （R2 = 0.7939） indicated that remote sensing techniques were potentially useful predictors of grain protein content and quality in wheat.     

基于鲜叶光谱估测氮素营养的新植被指数(英)

采用田间试验的方法开展利用鲜叶光谱反射率估测水稻氮素营养状况的研究.基于氮素在水稻不同功能叶片之间运转规律的机理,文章重点分析了第一和第三完全展开叶红边斜率和红边位置的变化,并基于红边位置和红边斜率构建了一个新的植被指数(命名为\"红边曲线肩夹角植被指数\",简称为RSAVI)监测水稻氮素营养状况.为了证明RSAVI在监测水稻氮素营养状况的可行性,分析了不同生育时期氮素含量和RSAVI之间的相关性.结果表明RSAVI和叶片氮素含量显著相关,相关系数介于0.867～0.938之间.并且RSAVI和氮素含量之间建立的回归模型以多项式模型效果最佳.决定系数介于0.7512～0.8796之间,模型均通过0.01水平检验.因此研究结果表明,在本次试验中使用RSAVI估测水稻氮素营养是可行的.     

不同土壤水分条件下玉米叶片/冠层气孔导度的光谱监测模型

通过玉米水分控制试验,测定不同水分条件下各生育期叶片气孔导度、叶面积指数和冠层光谱反射率等,以分析玉米叶片气孔导度的变化规律及其与光谱植被指数的相关性,从而建立基于光谱植被指数和土壤湿度的叶片气孔导度模型。结果表明：玉米在可见光区和近红外中、长波区的反射率随着土壤水分的降低而上升,但叶片气孔导度（Gs）、叶面积指数（LAI）、比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）随着土壤水分的下降而降低;玉米NDVI和RVI与单叶片和冠层气孔导度均呈极显著指数函数关系（P〈0.01）,且对单叶片气孔导度的拟合效果优于对冠层导度的拟合效果,而经土壤湿度订正的RVI监测模型优于NDVI监测模型。表明通过测定冠层反射光谱率可实时、迅速地定量监测玉米叶片的气孔导度,为大面积作物气孔导度估算奠定基础。     

不同水氮条件下水稻冠层反射光谱与叶片水势关系的研究

研究了不同水氮处理对水稻叶片水势及冠层光谱的影响,确立了叶片水势与冠层反射光谱的相关关系。结果表明,水稻叶水势随土壤含水量的升高而升高;在相同干旱胁迫下,低氮处理的叶水势高于高氮处理的叶水势。研究发现,比值指数与归一化指数的比值与水稻叶片水势、相对含水率呈良好的线性相关,从而获得了一种地面遥感监浏水稻全生育期叶片水势的定量方法。     

Estimating the Nitrogen Concentration of Strawberry Plants from Its Spectral Response

Abstract

Estimating the nitrogen (N) status of plants as a function of their spectral response is a promising technique to diagnose and optimize N fertilization. An experiment was conducted in Jiquilpan (Michoacán, México) in which three N levels (0.3, 3, and 20 mM of NO₃ ^? in the irrigation water) were applied to strawberry (Fragaria vesca) in a randomized complete block design with three replicates. The spectral response of strawberry was measured at both the canopy and leaf level using individual wavebands as well as vegetation indices. Individual leaves were separated into three strata (young, mature, and old) and leaf dry matter, leaf area, and N content (% dry matter) were measured in each stratum. Leaf area, biomass, and N content differed significantly between strata. Leaf area, biomass, and N content in all strata were affected by N fertilization. At the canopy level, N content was highly correlated with green reflectance (R550) (r²=0.50) and red reflectance (R680) (r²=0.60) as well as the vegetation indices simple ratio (SR) (r²=0.56), normalized difference vegetation index (NDVI) (r²=0.56), and hyperspectral NDVI (HNDVI) (r²=0.56). For individual leaves, significant differences between strata were found with normalized total pigment to chlorophyll a ratio index (NPCI) and MERIS terrestrial chlorophyll index (MTCI) (p<0.001) as well as R550, photochemical reflectance index (PRI), red edge position (REP), and REP calculated using the MERIS satelite wavelengths (p<0.01). Relationships between spectral indices and N content at the leaf level were found with the youngest leaves only, with NPCI (p<0.01) and MTCI (p<0.05), whereas only R550 responded to N fertilization (p<0.05).     

WHEAT RESPONSE TO FARM YARD MANURE AND NITROGEN FERTILIZATION UNDER MOISTURE STRESS CONDITIONS

Information on the combined use of organic and inorganic fertilizers on wheat (Triticum aestivum L.) productivity is lacking under moisture stress conditions of Northwest Pakistan. The present experiment was designed to ascertain the combined effect of organic and inorganic fertilizer management on rainfed wheat. Four levels of farm yard manure, FYM, (0, 10, 20, and 30 Mg FYM ha^?1) and nitrogen (0, 30, 60, 90, and 120 kg N ha^?1) were used. The experiment was conducted at the Agriculture Research Farm of NWFP Agricultural University Peshawar, Pakistan during crop season of 2003–04. The experiment was laid out in randomized complete block design with four replications. Plant height, productive tillers m^?2, grains spike^?1, grain yield, straw yield, and harvest index were significantly higher in plots which received 30 Mg FYM ha^?1. In the case of nitrogen (N) no distinctive differences between the effect of 90 and 120 kg ha^?1 was observed for most of the parameters. Nitrogen application at 90 kg ha^?1 had significantly higher; plant height, grains spike^?1, grain yield, straw yield, and harvest index as compared with the lower levels, i.e., 0, 30, and 60 kg N ha^?1 but were at par with 120 N kg ha^?1. Significantly higher numbers of productive tillers m^?2, grains spike^?1, grain yield, straw yield and harvest index were recorded with application of 30 Mg FYM ha^?1 + 90 kg N ha^?1. The present study suggested that application of 30 Mg FYM ha^?1 + 90 kg N ha^?1 are promising levels for higher production of wheat under moisture stress conditions. Further research work is needed to ascertain the effect of N above 90 kg ha^?1 under different moisture regimes.