基于甜菜冠层高光谱红边参数的SPAD值诊断

通过大田小区试验,利用野外便携式ASD光谱仪和SPAD-502叶绿素计分别实测甜菜冠层的高光谱反射率和叶片的叶绿素含量。基于冠层光谱反射率的一阶导数,提取甜菜冠层光谱的红边参数,分析不同SPAD值的红边参数的变化规律,以及各个红边参数与甜菜SPAD值的相关关系,并建立估测模型。结果发现,当甜菜SPAD值增大时,红边位置发生"红移"现象,红边振幅、红边面积增大;当SPAD值降低时,规律则相反。在红边参数对SPAD值的估测模型中,红边位置的一元线性估测模型精度最高;红边参数决定系数比红边位置的一元线性估算模型提高了30.3%。     

宁夏银北盐碱地不同植被光谱特征研究

【目的】研究不同程度盐碱化土壤上植被的光谱特征,为基于典型植被冠层光谱特征估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤盐碱化程度提供理论依据。【方法】于2018年7月中旬,在宁夏银北盐碱地区选取样地,调查不同盐碱化程度土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量,分析不同程度盐碱化土壤上代表性植被类型（白刺和芦苇）以及中度盐碱化程度土壤上15种植被（向日葵、芦苇、花花柴、白茎盐生草、西伯利亚滨藜、藜、稗、紫苜蓿、柳枝稷、水稻、砂引草、白刺、槐、赖草、芨芨草）的冠层光谱特征及红边参数变化,研究植被冠层红边参数与土壤pH值、全盐含量以及叶片叶绿素含量的相关性。【结果】不同程度盐碱化土壤的理化性质及其上代表性植被的叶片叶绿素相对含量有明显差异。随着土壤盐碱化程度的增加,在可见光波段（350～760 nm）,白刺冠层光谱反射率呈先上升后下降的趋势,芦苇冠层光谱反射率总体上先降低后升高;在760～1 400 nm波段,白刺冠层光谱反射率逐渐降低,芦苇冠层反射率先升高后降低;在1 400～2 500 nm波段,白刺冠层反射率分别是先升高后降低（1 400～1 900 nm）和持续增加（1 900～2 500 nm）,芦苇冠层反射率先降低后升高。随着土壤盐碱化程度的增加,白刺冠层光谱红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值均减小;芦苇冠层光谱以上红边参数均先增加后减小。中度盐碱化土壤上,15种植被冠层光谱特征曲线变化趋势相似,但光谱反射率大小存在不同程度差异;除了最小振幅之外,15种植被冠层光谱的红边位置、红边斜率、红边峰值面积以及红边斜率与最小振幅的比值差异较大,故根据光谱特征在野外能够区分典型植被类型。土壤pH值与红边位置、红边斜率和红边峰值面积均呈极显著负相关关系,与红边斜率与最小振幅的比值呈显著负相关关系;土壤全盐含量与红边参数均不相关;叶片叶绿素含量与红边位置之间呈极显著正相关关系,与红边斜率和红边峰值面积之间为显著正相关关系。【结论】在不同程度盐碱化土壤上,不同植被冠层光谱特征变化趋势有差异,根据典型植被冠层光谱特征可以估测宁夏银北地区植被生长状况和土壤pH。     

基于光谱植被指数的冬小麦叶绿素含量反演

植物功能叶的SPAD值与其氮素和叶绿素有较强的相关性,研究功能叶SPAD与其冠层光谱的关系,对实现植株叶绿素含量快速、无损检测具有重要意义。本文通过对冬小麦生育期的冠层原始光谱进行一阶导数变换,研究其功能叶片SPAD值与冠层光谱的相关性,对监测冬小麦叶绿素含量的敏感波段进行了提取,并建立了叶绿素含量与冠层反射光谱的定量关系。结果表明,基于小麦冠层原始光谱反射率、冠层光谱导数反射率与SPAD的相关系数曲线,提取的各形式下冬小麦叶绿素含量的敏感波段分别为500、690、760和470、630、723nm;并构建了冬小麦叶绿素含量的预测模型,以FDNDVI(630,723)预测模型较好,其R2可达0.9485,模型验证参数R2、MRE和RMSE分别为0.8099、0.0294和1.805,拟合效果较好,表明该模型能有效地对冬小麦叶绿素含量进行预测。该研究结果可为冬小麦长势监测提供一定的理论参考。     

基于高光谱的油菜叶面积指数估计

以冬油菜为研究对象,2014-2015年度设计了不同施氮水平直播油菜小区试验,在不同生育时期测量冠层光谱、土壤背景光谱以及叶面积指数(leaf area index,LAI),通过相关分析选取了12个光谱特征参数和11个植被指数,建立6叶期至角果期LAI的5种线性和非线性定量反演模型。结果表明:二次多项式反演模型比较适合估算油菜LAI苗期时以红边参数为代表的光谱特征参数,可准确估算出LAI;6叶期时红边幅值预测模型R~2为0.81,RMSEP为0.39,RPD为1.62;8叶期时红蓝边面积比归一化预测模型R~2为0.79,RMSEP为0.60,RPD为2.30;10叶期时红边幅值预测模型R~2为0.92,RMSEP为0.47,RPD为2.36;盛花期时蓝边面积预测模型R~2为0.87,RMSEP为0.34,RPD为2.57;角果期时以RDVI为代表的植被指数也可准确估算出LAI,预测模型R~2为0.74,RMSEP为0.57,RPD为1.36。油菜全生育期采用相同光谱特征参数、植被指数建模估计LAI精度明显降低,预测R~2远小于0.75,RMSEP大于0.65,RPD值均小于1.40,表明难以采用统一参数建模准确估计油菜全生育期LAI,不同生长时期需选择合适的光谱参数、植被指数分段建模估计LAI。     

基于连续统去除和偏最小二乘回归的油菜SPAD高光谱估算

【目的】探讨油菜叶绿素含量的高光谱估算方法,为实现油菜叶片叶绿素含量的高效、无损、大面积监测提供理论依据。【方法】以陕西省关中地区油菜叶片为研究对象,分别测定苗期、蕾薹期、开花期及角果期的叶片高光谱数据和SPAD值,提取各生育期连续统去除光谱和7类光谱吸收特征参数,分析原始光谱、连续统去除光谱、光谱吸收特征参数与SPAD值之间的相关关系,构建基于原始光谱特征波段、连续统去除光谱特征波段、光谱吸收特征参数的SPAD估算模型,并对模型精度进行验证。【结果】在可见光范围,光谱反射率由蕾薹期、开花期、苗期到角果期依次递增,最大吸收深度和吸收谷面积逐渐增大。利用连续统去除光谱特征波段与吸收特征参数,分别建立的油菜各生育期叶片SPAD估算模型均优于原始光谱。运用连续统去除光谱特征波段结合最优吸收特征参数构建的偏最小二乘回归估算模型,是进行油菜叶片SPAD估算的最优模型。【结论】连续统去除法对不同生育期油菜叶片叶绿素相对含量具有较好的预测能力,是估算油菜叶片SPAD值的一种实时高效方法。     

氮肥水平对多花黑麦草叶绿素及高光谱反射特征的影响

叶绿素含量是评价牧草群体长势、估测产量和确定最佳施肥量的重要指标.对不同氮肥水平下多花黑麦草(特高)叶绿素含量及冠层反射光谱特征进行了测试与分析,并研究了高光谱参数红边位置与叶绿素含量的相关性.结果表明:在分蘖期和拔节期施用氮肥(尿素)达到300kg/hm2时,能够显著提高多花黑麦草叶绿素含量;显著降低可见光和近红外区域冠层光谱反射率;并且使红边位置(λr)向长波方向移动.多花黑麦草冠层叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a+b与红边位置之间均存在极显著相关性(P＜0.01).利用高光谱参数红边位置可以更加快速、准确地对多花黑麦草冠层叶绿素含量进行估测并筛选适宜施肥量.     

利用不同红边位置算法估测玉米叶绿素含量

本研究基于玉米-大豆带状套作复合种植模式,以不同施氮水平下的玉米为试验材料,在拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期分别测定其叶片与冠层的反射光谱和叶绿素含量,通过连续小波变换和其他算法(最大一阶导数法、四点内插法和线性外推法)分别提取其红边位置,系统分析红边位置与叶绿素含量之间的定量关系,以比较用各红边位置算法提取的红边位置在叶片和冠层尺度上对叶绿素含量估测的准确性及稳定性。结果表明:基于连续小波变换提取的红边位置,在叶片和冠层尺度上对叶绿素含量的估测精度较高,稳定性最强,表明连续小波变换方法在提取玉米反射光谱红边位置上是可行的。通过线性外推法提取的红边位置构建的玉米叶片叶绿素含量和四点内插法构建的冠层叶绿素含量定量估测模型的预测效果最佳。本研究为玉米反射光谱红边位置的提取提供了新方法,构建了玉米叶绿素含量在不同观测尺度(叶片、冠层)上最佳的定量估测模型,为玉米氮素营养状况的监测提供了有效途径。     

氮肥水平对多花黑麦草叶绿素及高光谱反射特征的影响*

 叶绿素含量是评价牧草群体长势、估测产量和确定最佳施肥量的重要指标。对不同氮肥水平下多花黑麦草（特高）叶绿素含量及冠层反射光谱特征进行了测试与分析,并研究了高光谱参数红边位置与叶绿素含量的相关性。结果表明：在分蘖期和拔节期施用氮肥（尿素）达到300kg/hm²时,能够显著提高多花黑麦草叶绿素含量;显著降低可见光和近红外区域冠层光谱反射率;并且使红边位置（λr）向长波方向移动。多花黑麦草冠层叶绿素a,叶绿素b,叶绿素a+b与红边位置之间均存在极显著相关性（P＜0.01）。利用高光谱参数红边位置可以更加快速、准确地对多花黑麦草冠层叶绿素含量进行估测并筛选适宜施肥量。     

基于红边参数的棉花冠层叶片氮积累量之估算研究

测试了棉花2个品种4水平种植密度的4个关键生育时期冠层反射光谱,应用微分技术处理棉花冠层反射光谱,提取了红边(680～750nm)波段范围的最大一阶微分值(Dr)和红边面积(SDr)参数。分析了棉花冠层红边参数在不同生育期的变化特征和棉花吐絮期的两种生长类型的冠层红边状况,表明红边位置可以指示它们的氮素状况。以新陆早8号的SDr为自变量与对应的LNA为因变量进行相关分析,SDr与冠层LNA达1%极显著相关(R=0.9186**,n=32),利用其构建的模型方程估算新陆早6号的LNA,实测LNA和估测LNA的估计标准差为0.8909g/m2,估算精度为88.1%(R=0.9277**,n=32),说明采用高光谱提取的红边参数信息是无损实时、快捷评价棉花氮素状况的有效方法。     

导数光谱在棉花农学参数测定中的作用探讨

通过大田和室内试验,测定了2个品种的棉花冠层、完全展开倒3叶在不同时期的高光谱反射率及对应叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量,分析并证实了棉花导数光谱对消除测量背景影响及寻找特征波长方面的作用.将导数光谱用于棉花农学参数的测定,发现棉花冠层和叶片光谱都存在红边位移现象,并且红边参数(红边位置、红边幅值、红边面积)与叶面积指数、鲜叶重、干叶重和叶绿素含量有显著相关,从而证明用棉花导数光谱测定它的某些农学参数的可行性.     

旱区糜子农田冠层高光谱反射特征研究初报

高光谱遥感监测技术能快速获取作物冠层相关参数信息,是实时监测作物长势的重要技术。为探索不同糜子品种的冠层光谱反射特征,试验研究了不同品种和不同栽培密度条件下糜子冠层光谱反射率,并分析了其红边特性。结果表明,不同品种糜子的光谱反射率在总体上呈现一致的变化趋势,在各波段存在不同的差异;不同密度梯度下,最大密度处理D3的光谱反射率在350~1 000 nm波段略大于其他处理,其余波段差异不显著;从开花期到灌浆后期,光谱的红边位置出现"蓝移"现象,红边幅值减小。     

导数光谱在棉花农学参数测定中的作用探讨

通过大田和室内试验,测定了2个品种的棉花冠层、完全展开倒3叶在不同时期的高光谱反射率及对应叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量,分析并证实了棉花导数光谱时消除测量背景影响及寻找特征波长方面的作用。将导数光谱用于棉花农学参数的测定,发现棉花冠层和叶片光谱都存在红边位移现象,并且红边参数(红边位置、红边幅值、红边面积)与叶面积指数、鲜叶重、干叶重和叶绿素含量有显著相关,从而证明用棉花导数光谱测定它的某些农学参数的可行性。     

导数光谱在棉花农学参数测定中的作用

通过大田和室内试验，测定了2个品种的棉花冠层、完全展开倒3叶在不同时期的高光谱反射率及对应叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量，分析并证实了棉花导数光谱对消除土壤背景影响及寻找特征波长方面的作用．将导数光谱用于棉花农学参数的测定，发现棉花冠层和叶片光谱都存在红边位移现象，并且红边参数(红边位置、红边幅值、红边面积)与叶面积指数、鲜叶质量、干叶质量和叶绿素含量有显著相关，从而证明用棉花导数光谱测定它的某些农学参数的可行性．     

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.     

基于局部去趋势波动分析的油菜光谱红边位置确定方法

对油菜的冠层光谱进行研究,利用局部去趋势波动分析提出了一种红边位置的提取方法,并与最大一阶导数光谱法、倒高斯拟合法、线性四点插值法、拉格朗日插值法、多项式拟合法、线性外推法等6种常见的红边位置确定方法作对比。以油菜角果期冠层光谱红边位置所对应的多重分形指标Hurst指数和另外6种方法提取的红边位置所对应的光谱值为特征,用支持向量机和随机森林2种分类器建立定性识别模型,识别直播和移栽2种种植方式、1万株/667m~2和2万株/667m~22种密度。以平均识别率为评价指标,结果表明,利用局部去趋势波动分析的提取方法具有较好的识别率和稳定性。     

棉花主要栽培生理参数的高光谱估测研究

 应用地物光谱仪获取近地高光谱遥感数据 ,用高光谱技术提取和估计棉花主要栽培生理参数。结果表明 ,棉花叶片具有绿色植物典型的反射光谱曲线特征 ;早衰的棉花反射光谱红谷区谷低变浅 ,最小波段光谱反射率Ro及数值积分面积SRo增大 ,与叶片光合速率呈显著负相关。经逐步回归分析 ,确定的一阶微分光谱值与棉叶叶绿素浓度的最大相关系数是 0 .734 4 (n =2 1) ,发生在 75 0nm波段处 ;群体叶面积指数 (LAI)与归一化差值植被指数 (ND VI)呈很好的对数相关关系 ;红边、蓝边、黄边每边的积分面积积累了多波段信息 ,在估测棉花冠层叶片全氮含量中有较大的应用潜力。研究建立了棉花主要栽培生理参数叶绿素含量、LAI和冠层叶片全氮含量等的遥感估测统计模型。     

输电线路下行林区优势树种的冠层光谱特征分析

通过对安徽省池州市青阳县输电线下行通道的优势树种进行光谱测量与分析,以建立优势树种光谱库,为输电线通道下行林区的树种精细分类提供理论和技术支持。利用便携式光谱仪对研究区6个优势树种的冠层光谱数据进行采集,并生成平均冠层反射光谱曲线,经过导数变换、植被特征参数(蓝边、黄边和红边)分析及冠层光谱的可分性研究,进而分析出不同树种的不同波段光谱特征差异。结果表明,在原始光谱可见光波段毛竹冠层反射率高于其他树种;而在近红外波段,栎树的冠层反射率高于其他树种。6个树种的蓝边位置、黄边位置及红边位置存在差异较小,毛竹的蓝边斜率最大;杉木的黄边斜率最大;栎树的红边斜率和红边面积均为最大。通过可分性研究可知,原始光谱在550 nm、900 nm及一阶导数光谱在718 nm处,有助于精细区分不同树种类型。     

玉米高光谱及其红边特征分析

通过大田和室内试验,测定了玉米冠层、完全展开倒一、三叶在不同发育期的反射光谱及叶片的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明,随发育期推迟,冠层反射率在可见光范围内降低,在近红外区域增高;冠层光谱的红边具有“双峰”现象,红边位置λrad随发育期推迟呈“红移”现象,而红边幅值Dλred和红边面积Sred“红移”和“蓝移”现象;叶面积指数、地上生物量和鲜叶重与冠层λred、Dλred、Sred显著相关,叶片叶绿素和类胡萝卜素含量与其λred、Dλred、Sred也显著相关。     

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。     

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。