不同氮肥条件下冬小麦冠层高光谱特征及红边参数变化

为快速、准确、无损地监测小麦长势和营养状况,对不同氮素处理下4个小麦品种的冠层高光谱信息进行分析,并进行了红边参数与农学组分的相关分析。结果表明,在同一氮肥条件下,同一品种小麦在不同生育期的冠层高光谱反射率差异明显,且在近红外波段的差异大于可见光波段。随着氮肥施用的增加,近红外反射率有明显升高的趋势,而可见光处反射率降低并呈单峰曲线,且随着施氮量的增加反射光谱的红边和绿峰分别发生红移、蓝移。在冬小麦红边参数中,红谷位置、最小振幅及绿峰位置与农学组分之间呈负相关,而其余各红边参数与农学组分之间呈极显著正相关;建立了基于红边振幅的各个组分之间的回归统计模型,且模型较为稳定。     

基于冠层光谱红边参数和植被指数的 冬小麦水分胁迫监测

基于冬小麦不同水分胁迫试验,采用便携式光谱仪测定冬小麦抽穗期、开花期和灌浆期受不同水分胁迫处理的冠层光谱反射率,分析不同水分处理下冬小麦冠层光谱特性,并对植被指数、红边参数与冠层叶片含水率和土壤含水率进行相关性分析,构建各生育期叶片含水率和土壤含水率的最佳监测模型,实现对冠层叶片含水率以及土壤含水率的监测评估。结果显示,在整个生育期,冬小麦的冠层光谱反射率在可见光范围呈现绿峰红谷,尤其在旺盛生长时期,随着水分胁迫程度加深,绿峰红谷逐渐变得不明显,红谷抬升幅度增大;相反,在近红外波段范围内水分胁迫主要使得反射率表现为明显下降;冬小麦红边参数随生长进程呈蓝移现象,灌浆期受胁迫程度越重的红边参数越低;植被指数(EVI、NDVI、SAVI、WI)在开花期之后具有不同程度的下降趋势,至灌浆期有大幅度减小,且随受胁迫程度加深植被指数下降幅度增大;植被指数和红边位置、红边面积在灌浆期与叶片含水率和土壤含水率有显著相关,其中植被水分指数WI、归一化植被指数NDVI和红边位置λ_(red)相关性较佳,其建立的叶片含水率和土壤含水率估算模型效果较好,决定系数r~2均大于0.84,平均相对误差(MRE)≤0.207。综合分析认为,冠层反射光谱特征和植被指数与冬小麦冠层叶片含水率和土壤含水率相关性良好,可利用高光谱遥感参数对冬小麦的水分状况进行快速、准确监测。     

倒伏春性冬小麦冠层光谱特征及倒伏严重度预测

采用高光谱仪测定不同春性冬小麦品种于不同时期倒伏的群体冠层光谱反射率,分析不同倒伏条件下的小麦冠层光谱特征,建立可快速、有效监测小麦倒伏严重程度的数学模型,为合理评价倒伏程度提供依据。结果表明,小麦倒伏后冠层光谱反射率增加,可见光波段550 nm附近出现1个波峰,670 nm附近出现1个波谷;近红外波段1 000 nm处出现1个较明显的波动,呈现2个波谷,1个波峰。同一倒伏级别下,倒伏时期不同,光谱反射率曲线存在差异,可见光波段乳熟末期冠层反射率高于开花期光谱反射率,而近红外波段恰好相反;在同一倒伏时期,倒伏级别越高,光谱反射率越大。倒伏级别与冠层光谱反射率的相关系数于760 nm处达最大(r=0.973 4**)。与NDVI、RVI、DVI相比,采用760 nm处冠层光谱反射率和DVI可有效评估春性冬小麦倒伏严重度。     

高光谱对冬小麦倒伏的响应

为了解冬小麦倒伏与冠层光谱的响应关系,以2013年6月的倒伏冬小麦为研究对象,通过测定倒伏角度及其冠层光谱,研究倒伏程度与冬小麦冠层原始光谱的关系,并进一步分析倒伏冬小麦与红边特征参数的响应规律。结果表明,在可见光范围内(400~760 nm),倒伏冬小麦的反射率比正常冬小麦的反射率高,冬小麦的倒伏程度与光谱反射率呈正相关;倒伏冬小麦在倒伏角度为20°~60°范围内,光谱反射率的增长速率大致相同。分析红边参数可知,倒伏冬小麦的红边位置随着倒伏程度的增加会发生红移现象,且红边幅值、红边面积随着倒伏程度的增大而增大。研究表明,冬小麦冠层高光谱能够敏感响应冬小麦倒伏程度,可为采用光谱遥感技术实时、快速、无损监测冬小麦倒伏奠定一定的理论基础。     

不同氮水平枣树冠层光谱特征

利用FieldSpec Pro FR2500光谱仪测定不同氮素处理下的红枣冠层光谱,分析其光谱特征变化规律及其与枣叶全氮质量分数的相关关系,旨在为枣树氮素营养的无损诊断提供理论基础。结果表明:同一氮处理水平下,红枣叶片展叶期的全氮质量分数最高,摘心前期最低。随着施氮量的增加,展叶期和摘心后期枣叶全氮质量分数增加速度较快。不同氮处理的枣树冠层波谱曲线整体变化趋势为在560nm附近和750~1 100nm分别有1个反射峰,反射率值分别达0.1~0.2和0.4以上;而在450、650、1 450、1 950和2 600nm处有5个吸收谷。不同生育期枣叶全氮质量分数与冠层光谱红边参数显著相关,且摘心后期红边位置(REP)和红谷位置(Lo)更快地向短波方向移动,出现"蓝移"现象。     

不同品种、肥水条件下冬小麦光谱红边参数研究

 通过对冬小麦不同生育时期红边参数变化规律的研究表明 ,小麦进入起身期后 ,伴随着植株旺盛生长和群体的不断扩大 ,红边的位置呈逐渐偏向长波方向的“红移” ,到抽穗期群体稳定后红移也停止。从灌浆期开始 ,随着个体衰老和群体减弱 ,红边位置又呈偏向短波的“蓝移”现象。叶片全氮含量 (LTN)与红边振幅 (dλred)及近红外平台振幅 (dλNIRP)间在全生育期均呈现正相关趋势 ,且相关程度随生育进展而不断增强 ;叶绿素a +b总量 (TChl)与红边振幅间 ,在起身期至拔节期为负相关 ,在抽穗期至乳熟期为正相关。TChl与近红外平台振幅间呈现正相关趋势 ,且相关程度随生育进展而不断增强 ;叶面积指数 (LAI)与红边振幅及近红外平台振幅间在全生育期均呈现正相关趋势。据此 ,红边振幅和近红外平台振幅 2个指标可能用来监测小麦生育状况并指导肥水调控 ,其中用近红外平台振幅推算叶片全氮含量 ,用红边振幅推算叶绿素总量 ,红边振幅或近红外平台振幅推算叶面积指数分别在部分生育时期有较高的可靠性。     

基于光谱指数的冬小麦变量施肥冠层光谱特征研究及产量分析

 【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥，实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据，选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数（OSAVI，optimization of soil-adjusted vegetation index）和变量施肥模型进行变量施肥管理（变量区），以相邻地块常规非变量（均一）施肥区（对照区）为对照，研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670 nm和760～900 nm处反射率差异明显，而670nm和760～900nm是氮素和冠层的敏感波段，说明进行变量施肥时，利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数；SAVI不同生育时期的变化情况，反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势；与对照区相比变量区提高产量达378.72 kg•ha-1，并降低了各小区产量之间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低，氮肥利用率提高，生态效益较为明显。【结论】该技术通过改善冬小麦群体质量，延缓了植株衰老，促进干物质和氮积累，增加冬小麦产量和氮肥利用率。     

不同氮素营养水平的水稻冠层光谱红边参数及其应用研究

通过对不同氮素营养水平水稻冠层光谱特性的田间试验研究，发现红边位移现象：在孕穗期之前，红边随施氮量增加向长波方向“红移”；孕穗期后“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、累积施氮量有着密切的关系，而与叶片中的叶绿素b、类胡萝卜素、蛋白氮和非蛋白氮之间的相关性不明显。一些红边参数可作为水稻叶绿素含量、LAI测定的简便方法。     

氮素胁迫下寒地玉米高光谱特征研究

利用高光谱近地遥感技术,采集不同氮素水平下的不同生育期的寒地玉米冠层高光谱图像,采用ENVI软件提取玉米冠层的光谱反射率。结果表明,不同氮素水平下寒地玉米冠层反射率存在较大差异,玉米“红边”具有双峰现象,红边位置呈“红移”现象;根据玉米冠层高光谱反射率以及红边位置峰值可定性区分严重缺氮、正常施氮和过量施氮。     

玉米倒伏后冠层光谱变化特征分析

农作物倒伏灾害会带来不同程度的产量损失,影响农业发展。2010年7月山东省部分地区玉米发生了倒伏。通过实地观测发现,倒伏玉米结构形态发生明显变化,玉米倒伏类型主要表现为根倒伏;倒伏玉米冠层光谱反射率发生了明显变化,光谱曲线整体下降;倒伏玉米各植被指数与正常生长的玉米相比有不同程度的降低。通过分析玉米倒伏后冠层光谱的变化特征,为利用遥感技术监测玉米倒伏灾害提供理论依据。     

冬小麦冠层微气象特征及能量平衡的研究

[目的]研究冬小麦冠层微气象特征及能量平衡。[方法]利用孕穗期、抽穗开花期、灌浆期和成熟期等4个主要生育期内冬小麦冠层微气象观测资料,结合当地气象台站资料,研究了冬小麦群体冠层微气象特征的时空变化规律,并进一步分析了能量平衡的日变化和季节变化规律。[结果]冬小麦冠层温度与空气温度的日变化均呈正弦式;不同高度空气温度不同,4个生育期中抽穗开花期温度最高。湿度日变化也呈正弦式;冠层中部的湿度最大,饱和差最低;抽穗开花期湿度最高。冠层上层风速呈较弱的单峰型日变化。冬小麦田的能量平衡存在明显的日变化和季节变化;净辐射呈单峰型日变化,感热通量灌浆期最高,抽穗开花期最低;潜热通量则在抽穗开花期最高,孕穗期最低。[结论]该研究的结论为指导防灾减灾、提高小麦产量和品质提供科学的依据。     

灌浆期小麦倒伏后光谱变化特征

[目的]研究灌浆期小麦倒伏后的光谱变化特征。[方法]通过人工模拟小麦灌浆期的倒伏现象,采用光谱仪测量倒伏小麦的光谱反射率,分析了冠层光谱变化的原因及特征。[结果]小麦倒伏越严重,植株光谱变化特征越明显。小麦倒伏后,其冠层光谱反射率整体增大。其中,灌浆前、中期5级倒伏小麦在近红外波段的反射率最高。随着时间的推移,正常生长和倒伏的小麦冠层光谱反射率发生了同样的变化。[结论]该研究为使用遥感影像监测目标区域、获得倒伏面积及受灾程度提供了理论基础。     

不同水分胁迫条件下冬小麦冠层温度日变化差异性研究

晴天不同水分胁迫条件下冬小麦田冠层温度的日变化特征分析表明,夜间干旱麦田与湿润麦田冠层温度无明显差别,而白天湿润麦田冠层温度明显低于干旱麦田;因为一天中12时至14时不同水分条件麦田间冠层温度的差别最大,此时的冠层温度和叶水势指标值最能反映土壤的最大供水能力和麦田水分胁迫的严重程度。因此,此时段是利用一次观测资料代表全天情形的最佳观测时间。     

不同温度处理下水稻高光谱及红边特征分析

通过田间试验,测定了3个温度处理下2个品种的水稻冠层不同生育期高光谱反射率及水稻叶片叶绿素含量等生物物理参数,对水稻叶绿素浓度与温度进行了相关分析,并对不同生育期不同温度处理下水稻冠层光谱的变化规律及红边特征进行了对比.结果表明:叶绿素浓度随温度升高而下降,水稻均在孕穗期近红外肩区的反射率达到最大,其反射率随温度胁迫的加深而下降,但晚上增温情形除外.国稻6号(杂交稻)在不同生育期不同温度处理下的光谱曲线差异比武运粳7号(粳稻)明显.国稻6号在抽穗期红边面积和红边幅值达最大值,在孕穗期红边位置达最大值;除晚上增温情形外,武运粳7号在孕穗期3个红边参数达最大值,受高温胁迫后,红边位置向短波方向移动.     

光谱技术在冬小麦氮素营养诊断中的应用研究

 1997～1999年度3个冬小麦田间试验结果表明，氮素营养水平直接影响冬小麦冠层光谱反射特性，红光波段和近红外波段是冬小麦氮素营养诊断的敏感波段，采用红光波段和近红外波段计算的比值植被指数RVI可以较为灵敏地反映冬小麦氮素营养水平。RVI与茎基部硝酸盐含量和叶绿素测定值等常规诊断指标均呈线性正相关关系，适宜作为氮素营养诊断指标。     

矮壮素滴施量对滴灌冬小麦茎秆特征及其抗倒伏性的影响

[目的]分析矮壮素滴施量对滴灌冬小麦茎秆特征及其抗倒伏性的影响,研究滴灌冬小麦抗倒伏的矮壮素最佳滴施量,为新疆滴灌小麦抗倒伏及其调控措施提供理论依据.[方法]于2018～2019年在大田滴灌条件下,设置5个不同矮壮素滴施量,分别为0 mL/hm2(D0)、1500 mL/hm2(D1)、3000 mL/hm2(D2)、...     

种植密度对滴灌冬小麦茎秆特性及抗倒伏性能的影响

【目的】 研究新疆滴灌冬小麦抗倒伏性能适宜播种密度。【方法】在大田试验条件下,于2016~2017年冬小麦生长季,采用单因子随机区组设计,设置四个播种密度处理:M₁(525×10⁴粒 / hm²),M₂(600×10⁴粒/ hm²),M₃(675×10⁴粒/ hm²),M₄(750×10⁴粒/ hm²)。研究不同种植密度对滴灌冬小麦株高、重心高度、基部节间长度、基部节间茎粗、茎秆鲜重等形态特征和茎秆基部节间抗折力、茎秆基部节间充实度、木质素含量等理化特征的影响,以及对田间倒伏率和对产量因素的影响。【结果】滴灌冬小麦株高、基部节间长和重心高度均随着播种密度的增大而增大,茎秆基部节间木质素含量和充实度均随着密度的增加而降低。随着密度的增大各处理茎秆抗倒伏指数呈降低的趋势;产量以M₂处理为最高,为7 371.19 kg/ hm²,分别较M₃、M₁和M₄处理增加1.82%、3.45%和10.77%;田间倒伏率以M₄处理为最高,为61.1%。【结论】种植密度为675×10⁴粒/ hm²时,滴灌冬小麦籽粒产量最高,茎秆高度适宜,重心高度相对较低,抗倒伏指数相对较高。     

不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及其预测评价

以南粳44和两优培九两个水稻品种为材料,通过盆栽试验,研究了不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及植株各器官镉含量间的定量关系。结果表明,两水稻品种整株、茎、叶和穗各器官镉含量均随着镉胁迫处理浓度的增加而加大,且茎中含量最高;不同浓度镉污染胁迫下的水稻冠层反射光谱曲线在可见光红光波段也存在差异,随着镉处理浓度增大,光谱曲线反射值降低,去除包络线后归一化深度加大,红边位置在两个品种中有不同程度的红移。通过构建植被指数NDV(Ix)与水稻器官中镉含量的多种关系模型,比较了模型预测的显著性,分别构建了适用于两个水稻品种各器官的镉胁迫遥感监测的预测模型,南粳44分别为y整株=86.207x2-56.633x+9.7361,y茎=157.65x2-101.89x+17.317,y叶=21.619x2-14.192x+2.5283以及y穗=4.7011x2-1.4549x+0.1628;两优培九分别为y整株=41.495x2-29.34x+5.1829,y茎=53.364x2-36.778x+6.3612,y叶=22.981x2-15.768x+2.7588,y穗=36.347x2-25.477x+4.4473。进而说明,地面高光谱遥感对水稻重金属镉污染及其胁迫水平有较好的响应,可通过水稻冠层光谱的差异性分析,实现水稻镉污染的快速、无损伤探测。     

不同灌溉条件下冬小麦冠层含水量的光谱响应

【目的】寻找快速、无损地诊断冠层含水量的方法,对冬小麦长势监测、旱情评估及变量灌溉提供技术支持。【方法】基于田间变量灌溉试验,分析生育期、灌溉量对冬小麦冠层含水量的影响,解析冠层光谱对不同灌溉处理下冠层含水量的响应规律,以冠层等效水厚度（EWTc）为表征指标,基于连续小波变换（CWT）技术,构建冬小麦冠层等效水厚度光谱诊断模型,利用独立样本验证模型精度。【结果】冬小麦冠层等效水厚度在生育后期均随着灌溉量的增多而增加,并随着生育进程的推进而减少;冬小麦冠层光谱反射率随着生育进程的推进而降低,在近红外和中红外波段冠层光谱反射率均表现为1水>0.5水>0水;与原始冠层光谱反射率相比,经连续小波变换后的小波系数与冠层等效水厚度相关性在第1、2、3、5、6、7分解尺度均有不同程度的提高,提高幅度在8.40%—26.20%;以第6尺度2 400 nm、第2尺度1 596 nm和第7尺度2 397 nm构建的冠层等效水厚度光谱诊断模型稳定性和精度较好,验证样本决定系数R ²为0.5411,RMSE为0.0127 cm。【结论】冬小麦冠层含水量随着灌溉时间与灌溉量发生规律性变化,在水分敏感波段范围内呈现明显的光谱响应特征,连续小波变换技术可以有效提高冠层光谱特征参量与冠层等效水厚度的相关性,实现冬小麦冠层含水量光谱诊断,可以为冬小麦田间变量灌溉决策提供技术支持。