干旱区玉米抽雄期叶绿素含量高光谱最佳模型选择

采用相关性、线性和非线性分析法,探讨了玉米抽雄期叶片叶绿素含量与多种高光谱参数之间的关系,并建立了叶绿素含量的定量监测模型。结果表明:(1)原始光谱反射率与叶绿素含量在713 nm处具有最大相关系数r=0.86,光谱反射率一阶微分在760 nm处与叶绿素含量具有最大相关性r=0.84。同时,最大一阶微分分别对应的波长(λr,λb,λy)、绿峰反射率(Rg)和其对应的波长λg、红边内最大一阶微分总和(SDr)、比值植被指数(SDr/SDb,SDr/SDy,(Rg-Ro)/(Rg+Ro))以及归一化植被指数(SDr-SDb)/(SDr+SDb)等10种参数分别与叶绿素含量的相关性达到极显著相关。(2)采用相关性达到极其显著的12种光谱参数进行建模,其中原始光谱、绿色反射峰以及光谱反射率一阶微分、基于红边面积与蓝边面积的比值植被指数和归一化植被指数所建立的10个模型R2都不小于0.72,前两者所建立的指数模型优于线性模型,而后三者所建立的线性模型则优于指数模型。(3)所选取的五个方程中,在760 nm处的光谱反射率一阶微分值所构建的线性模型:y叶绿素=6912x760nm+44.878因其具有最大决定系数和最小的RMSE,并且其模型表达式相对简单,因此是玉米抽雄期叶绿素含量的最佳预测模型,从模型决定系数R2来看,它比其他模型至少提高了11.4%。     

基于高光谱的水浇地与旱地春小麦拔节期叶绿素含量估测模型对比研究

测定拔节期水浇地与旱地春小麦冠层光谱、叶绿素含量、覆盖度、苗高和叶宽,采用回归分析方法建立春小麦叶绿素含量高光谱估测模型,并对模型精度进行检验。结果表明：阳坡和双面坡地春小麦拔节期叶绿素含量与原始光谱反射率在可见光和近红外波段均呈正相关,水浇地和阴坡地在723 nm以前相关系数为负,723 nm以后为正。各地类春小麦叶绿素含量与各高光谱变量的相关性均较好,均达到了极显著水平（P＜0．01）。无论在可见光还是近红外波段,水浇地春小麦叶绿素含量均与倒数之对数 lg（1/R）的相关性最好,相关系数最大值可达0．98;阴坡地则与一阶微分的相关性最好,最大为0．94;而与阳坡和双面坡地相关性最好的高光谱指数为归一化植被指数。在各个波段,倒数之对数模型lg（1/R）、一阶微分模型（p′）和归一化植被指数模型（N）分别是估测水浇地、阴坡地、阳坡和双面坡地春小麦叶绿素含量的最佳模型。虽然各模型 R2均超过0．90,精确度均大于0．91,但阴坡地、阳坡和双面坡地的模型精确度和准确度略低于水浇地。以上模型的建立可为今后估测水浇地与旱地春小麦的健康状况提供参考。     

基于Landsat 8 OLI影像的三江源区表层土壤全氮空间格局反演

利用Landsat 8 OLI影像反演三江源区玉树、称多及玛多县的表层土壤全氮含量空间分布格局,选取光谱反射率(R)、光谱反射率的倒数(1/R)、光谱反射率倒数的对数〔lg(1/R)〕3个光谱指标,与表层土壤(0~30 cm)全氮实测数据进行相关性分析,筛选相关性最高的光谱指标,以达到显著性相关水平波段的主成分分量建立回归模型。结果表明:OLI影像的B1~B4和B7的R、1/R、lg(1/R)均与实测全氮数据达到显著性相关水平,以lg(1/R)变换最为明显;利用这5个波段lg(1/R)的第一、第二主成分建立负二次多项式回归模型,其中建模样本的R2为0.621,RMSE为2.075,验证样本的R2为0.730,RMSE为1.493,RPD为1.849,反演模型精度较高,稳定性较好。利用OLI影像可较好的估算表层土壤全氮含量的空间分布格局。     

新疆阜康荒地土壤有机质高光谱特征及其反演模型研究

针对干旱区荒地土壤贫瘠且有机质含量少,难以快速、准确测定的问题,以阜康中部荒地土壤为研究对象,对64个样点野外光谱进行测定和室内土壤样品农化分析,在原始反射率(R)基础上,利用ENVI5.1软件提取光谱反射率一阶微分(R')、倒数的对数(lg(1/A))、倒数的对数一阶微分(lg(1/A)')、去包络线(CR)等4种光谱反射率,分析了5种光谱反射率的变换形式与土壤有机质含量的相关性,基于全波段(450～2 350 nm)和显著性波段(相关系数通过P=0.01水平检验),利用偏最小二乘法回归(PLSR)建立土壤有机质含量的高光谱预测模型。结果表明:(1)对不同有机质含量的土壤光谱去包络线后,光谱曲线吸收特征差异更加显著,且土壤有机质含量越多,土壤光谱反射率越低。(2)土壤反射率经过数学变换后提高了与有机质含量的相关系数。(3)在全波段的PLSR中,CR、R'和lg(1/R)'模型的RPD均大于2.0,表明预测能力极好。其中以CR的预测精度最为突出,其模型R2和RMSE分别为0.79、4.12,RPD为2.18。在显著性波段的PLSR中,虽然R'和CR的模型RPD均大于2.0,可以准确预测有机质含量,但CR的R2,RPD更高;基于全波段PLSR模型精度均略优于显著性波段,但其使用数据量大,增加了计算量。同时,其CR模型的RPD仅比显著性波段模型的高0.03。因此,选择显著性波段CR模型作为估测该荒地土壤有机质含量的模型更为简洁、科学、可行。     

关中地区不同营养状况冬小麦光谱特性初探

通过田间试验、室内分析测试,系统研究不同N、P水平冬小麦叶片的反射率、叶绿素含量,及其相互关系。结果表明:①施氮增加冬小麦叶片叶绿素作用明显,磷肥对叶绿素含量的影响不明显;②在可见光波段,随施氮量增加反射率下降,在近红外波段则相反。不同施磷水平下反射率差异不明显;③N4营养条件下可见光波段反射率拔节期<灌浆期<抽穗期,P2营养条件下可见光波段反射率灌浆期<拔节期<抽穗期;④叶绿素含量与反射率之间在施用氮肥时显著相关,在施用磷肥时其相关不显著。     

柿果顶腐病与柿果矿质元素关系分析

以广西、山西、陕西等地14个柿园的‘恭城水柿’、‘阳丰’为试材,分别研究各果园正常和病果果实氮、钾、钙、镁、锰、硼含量及比值差异,以期探索柿顶腐病与矿质元素的关系,为顶腐病防治提供理论依据。矿质元素对比分析表明:‘恭城水柿’及‘阳丰’顶腐病果钙含量均普遍低于正常果实;主成分分析结果显示:正常果含有较高钙、钾、氮含量;元素比值分析更清晰地表明:各品种顶腐病病果的N/Ca、K/Ca、(K+Mg)/Ca、K/(Mg+Ca)值普遍显著高于同果园中正常果实,Mg/Ca值显著低于同果园中正常果实。发病前,相对于正常果,病果K/Ca、K/(Mg+Ca)、(K+Mg)/Ca值高于正常果,钙元素含量与Ca/Mg值低于正常果,但未达到显著水平;发病后,这些差异越发明显,达到显著水平。综合分析认为:柿顶腐病与果实缺钙关系密切,柿果缺钙加大了顶腐病发病可能性,而果实矿质元素失调导致的生理性缺钙是病害发生的主要原因。     

基于Stacking集成学习的猕猴桃叶片叶绿素含量估算

叶绿素含量能有效表征植物光合作用强度，是反映植物生长状况的重要参量之一。以秦岭北麓壮果期猕猴桃叶片为研究对象，分别测定其叶绿素含量和光谱反射率，通过分析380～1 000 nm范围内高光谱参数与叶绿素含量的相关性，筛选出估测模型的输入特征，选择随机森林、极限梯度提升树、K-近邻、LightGBM算法和岭回归作为基模型，线性回归作为元模型，建立基于Stacking集成学习的猕猴桃叶片叶绿素含量估算模型，并通过网格搜索和交叉验证提高模型泛化能力，将Stacking模型与多个单一模型进行比较。结果表明：(1)不同叶绿素含量的猕猴桃叶片高光谱反射率变化趋势基本一致，在380～1 000 nm范围内呈现“一峰两谷一平台”的特点；(2)各高光谱参数与猕猴桃叶片叶绿素含量相关性较好，优化光谱指数和传统光谱指数中与叶绿素含量相关性最高的分别是比值光谱指数(RSI′_581,438,r=0.947)和红边位置(r=0.914);(3)与多个单一模型相比，Stacking集成模型的估算精度最高(R²=0.807,MAE=0.334,RMSE=0.136),同时，其...     

草地贪夜蛾对水稻的取食选择性､适合度及其与叶片生化物质含量的关系

为明确草地贪夜蛾对我国不同水稻品种存在的潜在威胁, 本研究采用自由选择法比较了草地贪夜蛾1龄和3龄幼虫对11个水稻品种的取食选择性, 测定了6个水稻品种叶片的生化物质含量, 并分析了该害虫取食选择与叶片生化物质含量的相关性, 进一步研究了草地贪夜蛾在6个水稻品种上的适合度?结果表明, 草地贪夜蛾幼虫对11个水稻品种的取食选择性存在显著差异, 对‘N5Y306’‘XY66’和‘ZZYH7’表现出较高的取食选择率, 而对‘KY21’‘TY390’和‘TXY’的取食选择率较低?相关分析表明, 1龄幼虫的取食选择率与可溶性糖含量表现为显著正相关, 3龄幼虫的取食选择率与总酚含量表现为显著负相关?取食6个水稻品种的草地贪夜蛾生长发育和繁殖存在差异, 以取食‘N5Y306’的幼虫历期最短(14.75 d)?化蛹率最高(88.65%)?单雌产卵量最多(537.56粒), 而取食‘TXY’的幼虫历期最长(18.38 d)?化蛹率最低(67.38%)?单雌产卵量最少(227.68粒)?综合表明, 草地贪夜蛾在不同水稻品种上均能够完成生长发育并实现种群繁殖, 其在‘N5Y306’上的种群适合度最高?     

新疆南部棉区转Bt基因棉花Bt杀虫蛋白表达规律研究

为研究新疆南部植棉区转Bt基因棉花Bt杀虫蛋白时空表达规律,本文利用ELISA技术于2009年和2010年对南疆种植的转Bt基因棉花‘中棉所41’、‘中棉所43’、‘236’、‘K9030’、‘T3’、‘中棉所44’、‘中棉所45’、‘K7’和‘SGK321’各生育期中不同器官中的Bt杀虫蛋白含量进行测定。结果发现：在时间表达上,大多数转Bt基因棉花叶片的Bt杀虫蛋白含量随着棉花发育进程而逐渐下降,在子叶期含量最高,至蕾期或吐絮期达到最低点。并且不同品种间Bt杀虫蛋白含量差异显著。在空间表达上,在花铃期,棉铃和花苞叶的Bt杀虫蛋白含量最低,大多数品种表现为叶片＞棉蕾＞花瓣（花柱）＞棉铃和花苞叶。     

8个扁桃品种的生理解剖特性及其抗寒性比较研究

为鉴定引进甘肃地区的8个扁桃品种的抗寒性,以其一年生幼苗为试验材料,测定不同品种在6个低温梯度下的各项生理指标,运用Logistic方程计算出半致死温度(LT₅₀),并利用主成分分析对各品种的抗寒性综合评价,以期为扁桃抗寒品种选育及栽培提供理论依据。结果表明：不同品种的叶片和枝条组织解剖结构均具有差异性,且叶片栅栏组织厚度、栅海比、叶片紧密度(CTR)与抗寒性呈正相关。各品种的半致死温度(LT₅₀)为-21.43～-11.23℃,其中‘浓泊尔’‘索诺拉’和‘蒙特瑞’的枝条耐低温在-18℃左右,而‘晋扁1号’和‘普瑞斯’的枝条耐低温在-11℃左右。低温胁迫下,扁桃枝条的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性总体呈先升后降趋势,丙二醛(MDA)、可溶性糖和蛋白质含量随温度的变化表现为先升后降趋势,脯氨酸(Pro)含量总体呈逐渐上升趋势。综上,通过测定不同处理温度下的生理指标及显微结构观察表明,SOD活性、蛋白质含量、栅栏组织、海绵组织、皮层厚度是影响扁桃抗寒性强弱的重要指标。利用主成分分析进行综合评价,抗寒性强弱...     

祁连山区沙棘人工林生态经济效益分析

通过对沙棘人工造林效果的调查,分析总结出了沙棘人工林的生长规律;沙棘地上生物量随年龄增长之间有Y=0. 0002X5 -0. 0658X4 +0. 686X3 -2. 5659X2 +2. 2501X+3.3027(R=0. 96)的规律;沙棘产果量与地上生物量之间有Y=-0. 0819+0. 2299X-0. 0018X2(R=0. 99)的规律;沙棘结实和经济系数有随着树龄的增大而增大,石砾河滩至生长10年以后开始逐渐下降的规律;进一步分析了沙棘人工林对改善土壤物理性质的作用和生态水文功能。结果表明:沙棘林可降低土壤容重,增加土壤含水量; 10年生沙棘林枯落物厚度平均在1~3cm,枯落物重22t/hm2,水容量为绝干重的2. 12 ~4. 25倍;蓄水量达13. 65 ~23. 37t/hm2;林冠郁闭度在0. 7~0. 8时,林冠对降雨的截留量为39. 3%;林地0 ~20cm土壤的初渗率为16. 165#/min是对照区的8. 7倍;稳渗率为2. 4#/min是对照区的2. 53倍。     

不同氮水平下冬小麦农学参数与光谱植被指数的相关性

利用光谱仪通过大田试验测量不同氮素水平及不同生育期冬小麦冠层的光谱反射率,测算叶面积指数(LAI)、叶绿素含量(CHL)、叶绿素密度(CHL.D)、地上鲜生物量和地上干生物量等农学参数;在此基础上分析了不同氮素水平冬小麦生育期内的光谱植被指数的变化,并分析了农学参数与植被指数之间的相关性。结果表明:小麦叶面积指数、叶绿素密度与比值植被指数(RVI)和归一化差值植被指数(NDVI)在各生育期呈显著相关,小麦叶片的叶绿素含量与RVI、NDVI在抽穗期呈极显著相关,而地上鲜生物量、地上干生物量与RVI和NDVI从起身到孕穗期呈显著相关。     

高寒草地主要类型土壤因子特征及对地上生物量的影响

以新疆巴音布鲁克高寒草地五种主要草地类型的实测数据为依据,探讨了土壤因子随环境变化的特点及其对地上生物量之间的影响。结果表明:沼泽高寒草甸土壤含水量最大,有机质和速效N、P、K的含量都最高。高寒草原土壤含水量最小,有机质和速效养分的含量最低。土壤含水量与速N存在显著正相关,速P与速N和速K之间分别存在显著正相关,速K和有机质存在显著正相关。土壤含水量和速N含量是影响地上生物量的主要土壤因子,回归方程分别为Y=379.954X+28.238(F=12.562,P<0.05)和Y=0.864X-122.874(F=21.352,P<0.05)。     

超级稻甬优6号褐飞虱发生危害与防治指标研究

通过对超级籼粳杂交稻甬优6号不同生育期接入不同虫量褐飞虱研究其危害与产量损失的关系,结果表明超级稻甬优6号分蘖期、孕穗期、灌浆期褐飞虱接入虫量（X）与其产量损失率（Y）呈显著或极显著的相关关系,其相关模型分别为：分蘖期Y=9.08X-8.333 3(n=6,R=0.842 5*)、孕穗期Y=3.741 4X-6.057 1(n=6,R=0.900 8*〖KG-*2〗*)、灌浆期Y=0.122X-1.0(n=6,R=0.958 3*),从而拟定超级稻甬优6号分蘖期、孕穗期、灌浆期的防治指标分别为2.0、3.0、35.0头/丛,确保超级稻甬优6号优质高产,为超级稻甬优6号褐飞虱的持续控制提供直接的依据。     

河北栾城县农田土壤养分肥力状况与调控

与1979年土壤普查时养分含量相比,2000年栾城县农田土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量均有增加,而速效钾含量明显下降。全县氮磷钾肥投入逐年增加,但养分投入结构不合理,氮、磷投入均高于产出,钾的投入则低于产出,产投比严重失调。推广秸秆直接还田技术、调整化肥结构、实行有机无机相结合的培肥措施、改善施肥方法,是调控土壤肥力的有效途径。     

不同N、P、K配比对小麦、玉米光合生理及周年水分利用的影响

为探明不同N、P、K配比在等灌水量条件下对小麦、玉米光合生理特征及周年水分利用的机理,采用大田实验,研究了不同N、P、K配比对小麦、玉米光合生理、产量及水分利用等的影响。结果表明:在小麦、玉米关键生育期进行适量灌水并进行追肥,促进了小麦、玉米对水分和养分的吸收,实现水肥同步,改善其光合生理特征,促进节水增产。不同处理均显著提高了小麦和玉米的光合速率和叶片水分利用效率,且均以N3P2K2处理的光合速率和叶片水分利用效率最高(小麦分别为16.59μmol·m~(-2)·s-1和36.07μmol·mmol-1,玉米分别为29.26μmol·m~(-2)·s-1和27.1μmol·mmol-1)。同时,不同N、P、K配比均提高了小麦、玉米的成产要素。最终,以N2P2K2和N3P2K2处理的增产和节水效果最佳,其小麦、玉米单产和二者总产均高于其它处理,其小麦、玉米总产量分别较对照提高了30.3%和26.8%,周年水分利用效率分别较对照提高了30.5%和27.4%。而从经济的角度考虑,本文推荐的N、P、K配比为N2P2K2。     

Ratio of rice reflectance for estimating leaf blast severity with a multispectral radiometer

 Rice reflectance was measured to determine the spectral regions most sensitive to leaf blast infection with a multispectral radiometer. As disease severity increased, reflectance also increased in the 400–500 nm (blue), 570–700 nm (red), and 900–2000 nm regions but decreased in the 500–570 nm and 700–900 nm regions. The increased reflectance in the blue and red regions may be attributed to decreased chlorophyll and carotenoid contents in response to the blast infection. The maximum and minimum reflectance differences occurred at 680 nm and 760 nm for the nondiseased and diseased rice, respectively. The spectral location of maximum sensitivity was 675 nm regardless of disease severity. Rice reflectance ratios were evaluated as indicators of leaf blast severity. Two ratios, R550/R675 (reflectance at 550 nm divided by reflectance at 675 nm), and R570/R675 quantified the significant disease severity. These wavelengths were selected based on the sensitivity minima and maxima. The ratios of nondiseased rice plants varied depending on growth stage. The variation in ratios must be considered when they are used to estimate leaf blast severity. Received: April 2, 2002 / Accepted: August 12, 2002     

Spectral parameter-based models for leaf potassium concentration estimation in Ping'ou hybrid hazelnut

Ping′ou hybrid hazelnut is produced by cross cultivation and is widely cultivated in northern China with good development prospects. Based on a field experiment of fertilizer efficiency, the leaf spectral reflectance and leaf potassium (K) concentration were measured with different quantities of K fertilizer applied at four fruit growth stages (fruit setting stage, fruit rapid growth stage, fruit fat-change stage, and fruit near-maturity stage) of Ping′ou hybrid hazelnut in 2019. Spectral parameters that were significantly correlated with leaf K concentration were selected using Pearson correlation analysis, and spectral parameter estimation models of leaf K concentration were established by employing six different modelling methods (exponential function, power function, logarithmic function, linear function, quadratic function, and cubic function). The results indicated that at the fruit setting period, leaf K concentration was significantly correlated with D_y (spectra slope of yellow edge), R_g (reflectance of the green peak position), λ_o (red valley position), SD_b (blue edge area), SD_r/SD_b (where SD_r represents red edge area), and (SD_r-SD_b)/(SD_r+SD_b) (P<0.01). There were significant correlations of leaf K concentration with D_y, R_g, SD_b, R_g/R_o (where R_o is the reflectance of the red valley position), and (R_g-R_o)/(R_g+R_o) at the fruit rapid growth stage (P<0.01). Further, significant correlations of leaf K concentration with R_g, R_o, RNIR/Green, and RNIR/Blue were obtained at the fruit fat-change period (P<0.01). Finally, leaf K concentration showed significant correlations with D_r, R_g, R_o, SD_y (yellow edge area), and SD_r at the fruit near-maturity stage (P<0.01). Through a cubic function analysis, regression estimation model of leaf K concentration with highest fitting degree (R²) values at the four fruit growth stages was established. The findings in this study demonstrated that it is feasible to estimate leaf K concentration of Ping′ou hybrid hazelnut at the various phenological stages of fruit development by establishing regression models between leaf K concentration and spectral parameters.     

阿拉善荒漠区5种植物叶片性状的季节动态

植物叶片性状研究是植物生态学的热点研究领域之一。以阿拉善地区荒漠植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、驼绒藜(Ceratoides latens)、白刺(Nitraria tangutorum)和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)为研究对象,采集不同物候期的叶片,分析叶片性状的季节变化特征。结果表明:(1)5种荒漠植物叶片性状在生长季内变化规律不同,即使同种生活型灌木叶片性状也有很大差别。(2)叶片单叶面积和单叶重量在单个植物物种以及整体水平上均表现出显著的幂函数方程曲线。(3)植物叶片元素(C、N、P、K、Ca、Na、Mg)含量在生长季内波动较大,而4种微量元素(Fe、Mn、Zn、Cu)含量在生长季内随月份变化不大,其中,5种植物叶片Zn和Cu含量均维持在"低"水平,对整体植物叶片元素含量变异系数的排序为:NaKPMgZnCaFeCuNMnC。(4)对植物叶片性状之间的相互关系分析显示,在单个物种水平上,5种植物叶片性状之间的相关性差别较大;在整体水平上,植物叶片单叶重量、单叶面积和比叶重与元素C和Cu表现出协同关系,与其余元素均表现出相反的关系。     

基于冠层光谱角算法的小麦氮素营养监测

通过田间小区试验,选择3个小麦品种,在不同氮素水平下,在测定小麦冠层反射光谱和叶片氮素含量基础上,提出小麦冠层光谱角算法,分析小麦冠层光谱角与氮素营养水平的定量关系。结果发现:对选择的3个小麦品种,光谱角均随氮素施用量增加而增大,光谱角预测叶片氮素的最佳模型为y=0.3999x0.3989,其决定系数R2为0.6870,其预测的RE、RMSE和R2分别为1.63%、0.1609、0.7515。利用光谱角算法可以监测小麦冠层氮素营养的差异。