基于冠层反射光谱的水稻群体叶片氮素状况监测

研究了不同氮肥水平下多时相水稻冠层光谱反射特征及其与叶片含氮量等参数的关系。结果表明 ,水稻冠层光谱反射率与叶片氮积累量 (单位土地面积上叶片的氮素总量 )显著相关 ,尤其是近红外与绿光波段的比值(R810 /R560 )与叶片氮积累量 (LNA)呈显著线性关系 ,不受氮肥水平和生育时期的影响 ,回归方程为LNA =0 .85 9R810 /R560 - 1.15 96。利用不同粳稻品种、播期、密度、水分和氮肥处理的数据对方程进行了较充分的检验 ,表明模拟值与实测值之间符合度较高 ,估算精度为 91.2 2 %,估计的RMSE为 1.0 9,平均相对误差为 0 .0 2 6。

利用冠层反射光谱和叶片SPAD值预测小麦籽粒蛋白质和淀粉的积累

研究了不同土壤水氮条件下小麦抽穗后叶片氮素状况和籽粒蛋白质及淀粉积累动态与叶片SPAD值、冠层光谱反射特征的关系。结果表明,小麦抽穗后叶片氮积累量与叶片SPAD值、冠层反射光谱分别呈显著的指数和线性相关;籽粒蛋白质积累量与叶片氮积累量呈显著线性负相关,而成熟期籽粒蛋白质积累量与抽穗后叶片氮转运量呈线性正相关。叶片SPAD值与籽粒蛋白质和淀粉积累量均呈二次抛物线关系;比值指数R(1 500,610)和R(1 220,560)分别与籽粒蛋白质积累量和淀粉积累量呈显著负指数相关。因此,叶片SPAD值和比值指数可以用来预测单位土地面积上小麦籽粒生长过程中蛋白质和淀粉的积累动态。

小麦叶面积指数与冠层反射光谱的定量关系

在分析不同氮素水平下小麦叶面积指数（I棚）和冠层光谱反射率随生育期变化模式的基础上，确立了LAI与冠层光谱反射率及光谱参数的相关关系，提出了小麦LAI的敏感光谱参数及预测方程．结果表明，小麦LAI和近红外短波段（760—1220nm）反射率都随施氮量的增加呈上升趋势，可见光波段反射率则相反；从拔节期到成熟期，LAI和近红外短波段反射率均表现为先上升后下降的趋势，而可见光波段（460—710nm）反射率随生育期的推进先降低后升高，以孕穗期反射率最低，近红外长波段区域（1480-1650nm）反射率的变化与可见光部分相同．LAI与可见光波段反射率呈负相关，与近红外短波段反射率呈极显著正相关，其中以810nm相关性最好．可以选择RVI（810，510）和DVI（810，560）作为反演小麦LAI的光谱参数．另外，在证明垂直植被指数PVI和转换型土壤调整指数TSAVI对LAI预测能力的同时，发现利用RVI（810，510）、DVI（810，560）和PVI3个植被指数共同推算小麦LAI的准确度更高．

小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱指数的定量关系

利用不同小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验数据,研究了小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱间的定量关系。结果显示,不同试验中拔节后叶片氮积累量均随施氮水平呈上升趋势,同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异。对于低、中、高蛋白质含量的品种类型,近红外区域若干相邻波段和可见光波段组成的比值植被指数与单位土地面积上叶片氮素积累量的相关关系均表现较好,因此可用760、810、870、950和1 100 nm反射率的平均值与660nm组成的比值植被指数对不同蛋白质类型小麦品种的叶片氮素积累量进行定量监测,但回归方程的斜率在不同类型品种之间存在显著差异。本研究确立的小麦叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系可用于不同的小麦品种、生育时期和施氮水平,为小麦氮素营养的监测诊断与精确施肥等提供理论依据和技术途径。

小麦叶片氮含量与冠层反射光谱指数的定量关系

本文以3种蛋白质类型的小麦品种在不同施氮水平下的3年田间试验为基础,研究了小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示,不同试验中拔节后叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势,同时冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异。对于低、中、高籽粒蛋白质含量的品种,叶片氮含量与冠层反射光谱的归一化植被指数NDVI(1 220,710)和红边位置均有密切的定量关系,决定系数在0.80左右。对于不同品质类型小麦品种,均可利用统一的回归方程描述其叶片氮含量随反射光谱参数的变化,对于低蛋白类型品种,采用单独的回归系数即可提高叶片氮含量估测的准确性。本研究确立的小麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系可用于不同的小麦品种、生育时期和施氮水平,为小麦氮素营养的监测诊断与精确施肥等提供理论依据和技术途径。

水稻叶片全氮浓度与冠层反射光谱的定量关系

利用数学统计方法分析了不同施氮水平和不同水稻品种群体叶片全氮浓度(LNC)与冠层反射光谱的定量关系,建立了水稻群体叶片全氮浓度的光谱监测模型.结果表明:基于原始反射率构造的光谱参数与叶片全氮浓度的相关程度均高于原始反射率,近红外波段(760～1220nm)与可见光波段510、560、680及710nm组成的比值植被指数、差值植被指数和归一化植被指数与群体叶片全氮浓度呈极显著正相关,其中与归一化植被指数(NDVI)的相关性最好;对拟合较好的6个两波段组合参数及4个特征光谱参数的预测标准误(SE)和决定系数(R2)进行比较后,选取参数NDVI(1220,710)为反演群体叶片全氮浓度的最佳光谱参数,方程为LNC=3.2708×NDVI(1220,710)+0.8654.利用不同粳稻品种、水分和氮肥处理的试验数据对监测模型进行了检验,估计的根均方差(RMSE)均小于20%,预测值和实测值的拟合R2为0.674～0.862,拟合斜率为0.908～1.010,RMSE为11.315%～19.491%,表明模型预测值与实测值之间符合度较高,对不同栽培条件下的水稻群体叶片全氮浓度具有较好的预测性.

以冠层反射光谱监测水稻叶片氮积累量的研究

作物氮素状况是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标，对作物氮素精确诊断与管理具有重要意义。本文以不同施氮水平下的4年田间试验为基础，研究了水稻叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示，在冠层单波段反射率中，460nm、510nm及760～1100nm的光谱反射率与冠层叶片氮积累量的相关性较好；近红外波段（760～1220nm）与可见光波段（460～710nm）的比值、差值和归一化植被指数与叶片氮积累量都呈极显著正相关，其中比值植被指数的相关性最好；λrep、SAVI和OSAV三个特征光谱参数与叶片氮积累量也呈极显著相关。通过对拟合较好的15个光谱参数进行逐步回归分析，最后选取比值植被指数RVI（1100，560）与叶片氮积累量（LNA）的线性回归方程[LNA：1．099×RVI（1100，560）-2．4671]为水稻叶片氮积累量的定量监测模型。利用不同粳稻品种和水肥处理的观测资料对监测方程进行了检验，其RMSE值均小于18％，表明预测值与实测值之间符合度较高，对不同栽培条件下的水稻叶片氮积累量具有较好的预测性和普适性。

不同条件下夏玉米冠层反射光谱响应特性的研究

通过对两个年份不同生育阶段的田间夏玉米活体进行冠层反射光谱测定,该文分析了不同空间尺度、种植密度、观测角度、生育阶段、叶面积指数LAI、氮素胁迫、叶片含水量以及与杂草共生等8个条件下的冠层反射光谱响应特性,并探讨其发生机理,研究结果表明,夏玉米在不同条件下的冠层反射光谱响应均呈现出一定的规律性。在近红外波段,其反射率值随氮肥施用量的增加而增大,尤以750～1350nm波段,但在可见光波段,反射率值降低;随着观测探头的逐步升高,反射率值降低;随杂草量的增多,反射率值逐渐增大。这些结果揭示了高光谱遥感田间夏玉米理化信息获取的巨大潜力,同时,为以后遥感反演建模提供了依据。

水稻冠层反射光谱特征与籽粒品质指标的相关性研究

系统分析了水稻籽粒加工品质、外观品质、营养品质等与水稻冠层反射光谱特征之间的相关性。结果表明 ,成熟期冠层反射光谱指数与水稻籽粒加工品质呈显著负相关 ,尤其是 16 5 0nm和 6 6 0nm的比值和归一化组合 ,决定系数高达 0 .8以上。籽粒的外观品质与冠层光谱特征之间的关系不明显。籽粒蛋白质含量则与大多数生育时期的冠层光谱比值指数和归一化指数呈极显著相关 ,相关系数多在 0 .80以上 ;而淀粉含量与灌浆盛期的 710nm和 6 6 0nm的比值和归一化组合相关性最好。说明通过遥感手段来预测水稻籽粒的加工品质和营养品质指标是可行的。

小麦冠层反射光谱与籽粒蛋白质含量及相关品质指标的定量关系

研究了不同施氮水平下小麦籽粒蛋白质含量及相关品质性状与冠层反射光谱、植株氮素状况之间的定量关系。结果表明,小麦灌浆期冠层反射光谱可以用来直接预测籽粒蛋白质含量、沉降值和降落值,成熟期冠层反射光谱对籽粒醇溶蛋白和谷蛋白含量的监测具有较高的可靠性;籽粒蛋白质含量与花后14d叶片含氮量的相关性较好,并且花后14d比值指数RVI(1220,710)能准确反演叶片含氮量,进而可以间接地预测籽粒蛋白质含量。据此提出了小麦籽粒蛋白质含量及相关品质指标的两种监测技术途径:基于灌浆期反射光谱的直接预测和基于花后14d(灌浆中期)叶片含氮量的间接估测。

利用冠层反射光谱预测小麦籽粒品质指标的研究

以两个专用小麦品种为材料 ,系统分析了小麦花后冠层反射光谱特征和籽粒品质形成的动态变化规律以及两者之间的关系。结果表明 ,花后冠层光谱反射率在可见光波段逐渐升高 ,而在近红外波段逐渐降低。开花期反射光谱与籽粒品质指标相关较好 ,但用来直接预测籽粒品质还存在一定的局限性。由于反射光谱能可靠推断叶片氮素状况 ,而叶片氮素状况与籽粒蛋白质含量、干湿面筋含量相关极显著 ,因此可以用冠层光谱指数来间接预测籽粒品质指标 ,其中籽粒蛋白质含量的预测值和实测值之间的决定系数 (R2 )达 0 88。说明通过遥感手段来预测小麦籽粒品质指标是可行的。

水稻不同叶位层物理结构与冠层反射光谱的定量研究

研究了不同土壤水分、施氮条件下水稻冠层反射光谱与冠层生长特征(叶面积指数、叶片干质量和鲜质量)的量化关系。结果表明,不同层次叶面积指数、叶片鲜质量和叶片干质量与冠层光谱的相关性大小均为:L12345>L1234>L123>L12>L1,而顶部5张叶片的面积和生物量(干、鲜质量)对冠层特征反射光谱的贡献大小顺序为:L2>L1>L3>L4>L5,顶部2张叶片对冠层光谱作用最大。发现比值指数R (760, 710) 与水稻叶面积指数呈极显著线性相关;而比值指数R(1650,1100) 与水稻地上部鲜质量和干质量均呈极显著幂函数相关关系。因此,比值指数R(760,710) 和R(1650,1100)可分别用来定量反演水稻叶面积信息和地上部生物量信息。

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测水稻全生育期叶片水势的定量方法。

基于冠层反射光谱的夏玉米LAI估算模型研究

从多个角度研究夏玉米LAI与冠层反射光谱的相关性,探索不同光谱波段在夏玉米LAI预测中的优势互补。结果表明,可见光波段对品种差异较敏感,而近红外波段对品种差异敏感性不大;预测效果最好的LAI估算模型是由多个单波段建立的多元线性回归模型,其次是由近红外与绿光波段的比值R1050/R550建立的三次多项式回归模型,然后是由RVI建立的三次多项式回归模型。

基于冠层反射光谱的玉米LAI和地上干物重估测研究

以cropscan多光谱辐射仪测定了玉米品种郑单958和浚单20的冠层光谱反射率,并对其相应的叶面积指数(LAI)和地上干物质量进行了同步测定。将由近红外波段和可见光红波段组成的不同的归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI)分别与叶面积指数、地上干物质量进行回归分析,结果表明,NDVI与叶面积指数的相关性优于RVI与叶面积指数的相关性,且以NDVI(R950,R650)和叶面积指数的幂函数回归结果最优;RVI与地上干物质量的二项式回归效果显著,估算模型为:Y=-0.722 4(R800/R650)2+1.631 6(R800/R650)+271.49,R2=0.793 5。

缺素对小麦冠层反射光谱的影响

为给小麦缺素症早期诊断提供依据，以太湖地区典型稻麦轮作区的长期定位施肥实验为研究对象，分析了氮磷钾单一营养元素缺乏和两种或两种以上元素同时缺乏时的小麦叶绿素含量（SPAD值）及冠层反射光谱特性的变化规律。结果表明，缺素造成了叶片叶绿素含量的下降。缺氮使小麦冠层光谱反射率在可见光波段（460～710nm）和1480～1650nm波段增加，在近红外波段（760～1220nm）下降，红光波段对胁迫表现最为敏感．其次为黄光波段和1480nm左右的水分吸收波段；缺磷降低了近红外波段反射率，对可见光波段反射率的影响则受生育阶段和其他肥料互作的影响；缺钾处理对冠层反射光谱的影响较小，差异不显著。氮胁迫对可见光波段的影响程度显著高于磷胁迫，近红外波段两者持平。光谱对养分胁迫的响应程度随生育进程的推进而逐渐减小。缺素均使冠层光谱的红边位置向短波方向移动即发生蓝移，位移大小依元素缺乏种类及数量而定，最大位移可达10nm左右。

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。

基于冠层反射光谱的夏玉米叶片氮积累量估测

为实现夏玉米冠层氮素状况的实时无损监测,于2009—2010年连续2个生长季,通过不同玉米品种和施氮水平下的田间试验,研究夏玉米叶片氮积累量与冠层反射光谱的相关关系,提出叶片氮积累量的敏感光谱参数,并建立叶片氮积累量的定量估算模型。结果表明,夏玉米叶片氮积累量随施氮水平的提高而增加;可见光波段的460~670 nm和近红外区的780~1100 nm是监测玉米叶片氮积累量变化差异的敏感波段;归一化植被指数（NDVI）、优化的简单比值指数（MSR）、优化土壤调节植被指数（OSAVI）、修正土壤调整植被指数（MSAVI）和土壤调整植被指数（SAVI）与叶片氮积累量相关性较好。利用不同年际独立试验数据对监测模型进行检验,以OSAVI为自变量构建的叶片氮积累量监测模型效果最优,相关系数（r）为0.6745,均方根差（RMSE）为1.2368。利用本研究确立的玉米叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系,可用来定量估测叶片氮积累量的变化状况。

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。

夏玉米LAI与冠层反射光谱的定量关系

从不同角度研究夏玉米LAI与其对应冠层反射光谱的相关性.结果表明,夏玉米LAI与冠层反射光谱的定量关系以由多个单波段建立的多元线性回归模型为最优,其次是由DVI(900,730)建立的三次多项式回归模型,再次是由SAVI(950,600)建立的幂函数回归模型.