近红外反射技术建立合肥地区精米直链淀粉含量测定模型

以合肥地区种植的203份水稻材料为检测对象,用近红外反射技术采集光谱,常规化学方法测定精米直链淀粉含量。结果表明,定标样品的直链淀粉含量分布范围为3.439%～28.046%,代表性和连续性良好。采用多种计量数学处理方法和偏最小二乘法(PLS),优化建立了精米直链淀粉含量的定量分析预测模型。定标集(C-Set)样品数132个,相关系数(Rc)0.9278,定标标准差(SEC)1.6582;验证集(V-Set)样品数67个,相关系数(Rv)0.8736,预测标准差(SEP)1.9083,并证实所建立的模型在测定精米直链淀粉含量上具有很好的准确性和实用性,对合肥地区水稻品质育种及种质资源相关研究具有实用价值。     

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。     

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。     

小麦、玉米、水稻施肥模型的建立

采用系统研究法在河北省玉田县进行施肥推荐的田间试验和示范,根据19921993年的试验和示范结果,建立包括土壤测试值、施肥量和若干虚似变量为自变量的小麦、玉米、水稻施肥模型,编写了在EXCAL软件上的应用程序,为模型的应用创造了条件。     

基于高分辨率反射光谱的土壤营养元素估算模型

研究了土壤中营养元素含量（N、P、K）与土壤可见光／近红外光谱之间的关系。在对原始光谱进行预处理分析后，计算出了4种光谱指标：反射率Reflectance、一阶导数FDR、倒数之对数log（1／R）和波段深度Depth。通过偏最小二乘回归分析建立了营养元素与4种光谱指标的经验模型，并且利用验证样本集对回归模型进行了验证。结果表明，可见光／近红外反射光谱具有快速估算土壤中营养元素含量的潜力。     

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。     

张掖市熟地水稻产量模型的研究

本文对张掖市的熟地采用了通用旋转回归设计方法,研究了氮、磷二因子对熟地水稻产量的影响以及因子间的配合关系。根据试验资料。建立了二元二次回归产量模型，与实际资料拟合较好，达到了极显著水准。并通过对产量模型的分析，明确了在当前条件下以高产为目标时，各因子的适宜用量，明确了二因子在增产中的作用是磷肥大于氮肥。     

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。     

不同生育期水稻叶面积指数的高光谱遥感估算模型

2011年和2012年通过大田试验,利用便携式野外光谱仪实测水稻冠层不同生育时期的高光谱数据,同时使用SUNSCAN冠层分析系统采集水稻冠层叶面积指数（LAI）;采用光谱微分技术和统计分析技术,分别分析高光谱反射率及其植被指数与LAI之间的关系,建立LAI估算模型并进行模拟结果对比。结果表明：水稻抽穗-成熟期,利用光谱值的对数形式对LAI值的模拟效果较好,分蘖-抽穗期利用光谱反射率模拟LAI变化过程的效果不理想。 在利用各种植被指数估算LAI方法中,水稻分蘖-抽穗期以修改型土壤调整植被指数MSAVI[758,805]对LAI的估算效果最好,模拟值与实测值的相关系数通过了0.01水平的显著性检验（R=0.7754）,估算精度较高。在抽穗-成熟期,也以修改型土壤调整植被指数MSAVI[758,817]对LAI的模拟效果最好,模拟值与实测值的相关系数通过了0.01水平的显著性检验（R=0.6488）,估算精度较高。说明修改型土壤调整植被指数（MSAVI）能更好地模拟水稻不同生育期的叶面积指数,按照分蘖-抽穗期、抽穗-成熟期两个生育阶段分别建立水稻冠层LAI的高光谱估算模型能够提高LAI估算的准确度,研究结果也证实了分生育阶段建模的必要性。     

基于微波冠层散射模型的水稻生物量遥感估算

为寻求有效的水稻生物量估算方法,尝试开发了微波冠层散射模型。将实测的水稻结构参数作为输入变量,运行微波冠层散射的改进模型来模拟水稻冠层后向散射系数,结合遗传算法优化工具,从星载微波雷达遥感ALOS/PALSAR数据反演水稻的结构参数,进而对水稻生物量进行了空间制图。结果显示,模拟的水稻冠层后向散射系数误差在1 dB以内,估算的水稻生物量的误差小于200 g/m2。表明利用微波遥感机理模型反演水稻结构参数和估算水稻生物量具有应用潜力。     

水稻叶片上下表面反射率差异及其与氮素状况的关系

在田间条件下测定了5个氮素水平处理的水稻叶片在分蘖、孕穗和抽穗期的上表面反射率和下表面反射率。结果表明:各生育期水稻叶片在可见光和近红外区域的下表面反射率均大于上表面反射率(绝对差值一般小于2%),上下表面反射率差值大小与供氮水平间无显著相关性,但在近红外区域这种差值随着生育期而降低。与上表面反射率相比,下表面反射率与叶片氮素和叶绿素含量间具有同样高的相关性,因此水稻下表面反射率也可用于估计叶片氮素和叶绿素含量。下表面中脉向外凸出及上下表皮细胞大小与排列的差异可能是引起水稻叶片上下表面反射差异的主要原因     

基于多时相和多角度光谱信息的作物株型遥感识别初探

作物群体具有一定的冠层几何结构(株型),对于不同株型的品种,在相同的叶面积指数时冠层反射光谱往往不同,使得利用冠层反射光谱来反演叶面积指数等生物物理和生物化学参数时存在不同株型产生的误差,该文定量研究了不同叶面积指数条件下,作物株型对冠层反射光谱的影响,并提出运用波长800 nm处起身期的冠层反射光谱与该波长处拔节期和起身期冠层反射光谱的比值,可以初步实现高密度披散型品种、低密度披散型品种、高密度中间型品种、低密度中间型品种、高密度直立型品种和低密度直立型品种的遥感识别,结合一定条件下选取的15°、30°和45°观测天顶角下,与可见光和近红外波段(波长)处的二向反射冠层反射光谱数值大小进行结合,可以初步实现作物株型的遥感识别。     

不同株型小麦的双向反射分布函数特征研究

为了获得高精度的农作物生理生化参数的遥感反演结果和冠层结构信息提取,由多年地面观测的多角度数据结合半经验的二向性反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function,BRDF)核驱动模型,利用红光(680 nm)和近红外波段(860 nm)的6个BRDF形状指示因子,分析了紧凑型小麦J411和披散型小麦Z9507的BRDF特征。研究表明:主平面上2种株型小麦的方向性反射率表现不同,拔节期披散型小麦的二向NDVI(normalized difference vegetation index)大于紧凑型小麦;红光波段紧凑型小麦J411的几何光学核系数大于披散型小麦Z9507,紧凑型小麦几何光学效应更强;近红外波段披散型小麦体散射核系数大于紧凑型小麦,披散型小麦体散射效应更强。由此表明多角度观测数据更适于分析小麦冠层结构信息。该研究为多角度遥感在精准农业领域的应用提供参考。     

基于MODIS的光化学植被指数反演水稻区域光能利用率

为了探究光化学反射植被指数（Photochemical Reflectance Index, PRI）在反演大面积水稻光能利用率（Light Use Efficiency, LUE）方面的潜力,利用安徽寿县国家气候观象台通量观测数据和同期MODIS卫星数据,分别构建不同参照波段下（488、551和667nm）的PRIs与站点像元LUE间的模型,并尝试利用最优模型反演区域尺度的水稻光能利用率。结果表明,在所测试的参照波段中,来自后向散射方向影像提取的PRIs与LUE的相关性更强,其中PRI₅₅₁表现最优;与MOD17算法相比,利用PRI₅₅₁-LUE模型反演的区域LUE值更符合实际,且空间分布差异明显,在多时相影像和完善数据插补方法的基础上,利用MODIS PRI在反演长时间、大面积植被的光能利用率或生产力方面具有可行性。     

微分光谱遥感及其在水稻农学参数测定上的应用研究

通过不同氮素营养水平的水稻田间试验,解析了水稻冠层微分光谱对消除背景(湿土、水面)信息的影响,证实微分光谱在消除背景信息的影响方面起到了很好的作用。用微分光谱确定出最优的波段宽度应小于10nm;将微分光谱应用于农学参数测定,存在红边位移现象,在孕穗期之前,红边随施氮量增加向长波方向移动“红移”;孕穗期之后“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有着密切的关系,而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素之间相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简捷方法。从而证实了利用微分光谱测定一些农学参数的可行性     

水稻气孔臭氧通量拟合及通量与产量关系的比较分析

利用田间原位开顶式熏气装置（Open-Top Chambers,OTCs）,研究了5种不同浓度臭氧（O3）处理下（自然大气处理,AA;箱内大气处理,NF;箱内低浓度O3处理,NF＋30nL·L-1;箱内中等浓度O3处理,NF＋60nL·L-1;箱内高浓度O3处理,NF＋90nL·L-1）我国珠三角地区水稻产量损失与累积气孔O3通量（AFstX）和累积O3浓度（AOT40和SUM06）的关系,同时利用边界线拟合法,分析了不同环境因子作用下水稻剑叶气孔导度的变化特征。结果表明：水稻气孔运动的光饱和点和最适温度分别约为500μmol·m-2·s-1和33.1℃,水汽压差、物候期和O3暴露剂量的气孔限制临界值分别约为1.3kPa、500℃·d和5μL·L-1·h,高于此临界值时,气孔导度会明显下降。利用Jarvis气孔导度模型对水稻剑叶气孔导度和气孔O3吸收通量进行了预测,结果表明Jarvis模型解释了水稻实测气孔导度61%的变异性。O3吸收速率临界值（X）为2nmol·m-2·s-1时,累积气孔O3吸收量（AFst2）与水稻产量的相关性最高（R2=0.63）,明显高于O3浓度指标（AOT40和SUM06）与水稻产量的相关性（R2值分别为0.49和0.51）,表明基于气孔通量的O3风险评价指标能更好地反映水稻产量的变化。     

四川单季稻区主栽水稻品种的生长模拟*4

利用四川单季稻区7个农业气象观测站5个主栽品种的田间观测数据,结合当地栽培管理措施、土壤条件及逐日气象资料对ORYZA2000模型进行参数调试,并确定四川单季稻区5个主栽品种的作物参数值;利用4～5a各主栽品种的观测数据对单季稻生育期、叶面积指数、生物量和产量等指标的模拟结果进行验证和评价。结果表明,合系39营养生长期发育速率最大,而生殖生长期发育速率最小,Ⅱ优838营养生长期发育速率最小,而D优63和汕优2生殖生长期发育速率最大;模型对5个单季稻主栽品种的生育期模拟效果较好,各品种开花期与成熟期的相对模拟误差均在1～2d,归一化均方根误差（NRMSE）均小于1%;各品种产量的NRMSE在5.26%～10.01%,叶面积指数的NRMSE为10.37%～19.19%,地上部总生物量、茎生物量、绿叶生物量及穗生物量的 NRMSE 分别为13.17%～18.69%、14.31%～20.41%、18.95%～24.74%和20.85%～25.39%。由此可见,ORYZA2000模型能够较为准确地模拟四川单季稻区5个主栽品种的发育及产量形成过程,适应能力较强,可以应用于四川单季稻生产。     

四川单季稻区主栽水稻品种的生长模拟

利用四川单季稻区7个农业气象观测站5个主栽品种的田间观测数据,结合当地栽培管理措施、土壤条件及逐日气象资料对ORYZA2000模型进行参数调试,并确定四川单季稻区5个主栽品种的作物参数值;利用4～5a各主栽品种的观测数据对单季稻生育期、叶面积指数、生物量和产量等指标的模拟结果进行验证和评价。结果表明,合系39营养生长期发育速率最大,而生殖生长期发育速率最小,Ⅱ优838营养生长期发育速率最小,而D优63和汕优2生殖生长期发育速率最大;模型对5个单季稻主栽品种的生育期模拟效果较好,各品种开花期与成熟期的相对模拟误差均在1～2d,归一化均方根误差（NRMSE）均小于1%;各品种产量的NRMSE在5.26%～10.01%,叶面积指数的NRMSE为10.37%～19.19%,地上部总生物量、茎生物量、绿叶生物量及穗生物量的NRMSE分别为13.17%～18.69%、14.31%～20.41%、18.95%～24.74%和20.85%～25.39%。由此可见,ORYZA2000模型能够较为准确地模拟四川单季稻区5个主栽品种的发育及产量形成过程,适应能力较强,可以应用于四川单季稻生产。     

早稻产量动态预报模型

利用早稻不同生育阶段气象因子的综合聚类指标选择气象相似年型，再根据相似年的产量变化确定分析年的产量气象影响指数，建立全国和区域早稻单产动态预报模型。通过对1995—2004年早稻产量进行动态预报，结果表明，4月30日、5月31日、6月30日和7月31日预报的早稻产量增减趋势的预报正确率均为100％，产量预报准确率为97．5％、96．6％、98．1％和96．9％，从而可实现早稻产量的连续、动态、定量化预报，促进有关业务服务的发展。