植被偏振特性在叶片水分含量反演中的作用

植被叶片表面的性质和结构会影响反射回波的偏振状态,因此反射回波包含偏振信息。为了探究植被水分含量反演对反射回波偏振程度的影响,利用课题组自主研制的高光谱激光雷达,对不同生长状态的植被叶片反射回波进行偏振测量,分析植被叶片反射回波的偏振特性,计算偏振衡量因子,并将其与叶片含水量进行相关性分析。结果表明,植被叶片含水量与反射回波偏振度呈正相关关系;研究同时说明偏振度不受波长影响,且在总反射辐射中偏振辐射占比较小。本研究分析了叶片的偏振特性,并证明了偏振信息在叶片含水量反演中具有重要意义。

南疆沙尘区骏枣叶片水分含量检测的近红外光谱预处理方法对比（英文）

南疆地区沙尘多、灰尘大,枣树叶片表面经常覆盖一定程度的粗颗粒度沙尘,为了有效去除沙尘、灰尘在枣树叶片水分光谱测量过程中产生的散射噪声和基线漂移,研究一种适用于风沙较大地区的枣树叶片水分含量的快速检测方法,以不同灌溉梯度下的枣树叶片为研究对象,通过近红外光谱仪获取120个叶片样本的1 000～1 800 nm的光谱数据,并同步测量叶片水分含量,采用归一化、移动窗口平滑、 SavitZky-Golay(SG)卷积平滑、 SG求导、标准正态变量校正(SNV)和多元散射校正(MSC)等方法对原始光谱进行预处理,分析对比不同方法对散射噪声的处理能力,采用偏最小二乘回归分析方法筛选了敏感波段和建立预测模型。实验结果表明,枣树叶片水分含量强吸收峰为1 443 nm,波谷为1 661 nm;归一化光谱并未消除1 000～1 400 nm波段的散射噪声;移动窗口平滑和SG卷积平滑并未改进光谱曲线,散射噪声仍然存在; SG导数光谱的光谱特征峰和特征谷明显左移,光谱曲线不够平滑,噪声明显; SNV和MSC方法具有较好的散射噪声消除能力。偏最小回归分析方法筛选特征波长的结果表明(设置筛选波长数量为5),基于原始光谱未筛选到1 443 nm的强波峰和1 661 nm的波谷附近的波段;基于归一化光谱在1 450 nm波峰附近筛选的波长有一定的偏差,在1 661 nm波谷附近的筛选的波长明显高于1 700 nm;基于移动窗口和SG卷积平滑光谱在1 443 nm具有一定的筛选能力,但并未筛选到1 661 nm附近的波长;导数光谱并未筛选到1 443和1 661 nm波段; SNV和MSC在波峰和波谷位置附近均筛选了敏感的光谱波段,其中MSC略优于SNV方法恰好在波峰和波谷位置,共筛选了1 002, 1 383, 1 411, 1 443和1 661 nm五个特征波段,也证明了MSC方法散射噪声和基线漂移处理能力最优,提高了敏感波长的筛选能力。偏最小二乘回归模型结果表明,不同预处理方法的RMSE值均较低, SNV和MSC方法改进了模型的预测结果,R^2高于0.7,其中基于MSC方法的模型具有最高的R^2和最低的RMSEP和RMSEPCV,R^2=0.750 4, RMSEP=0.034 3, RMSECV=0.021 5,预测结果较优。证明MSC方法对沙尘和颗粒度引入的散射噪声具有较好的去除能力,可改进波长的筛选、提高预测模型精度,为南疆沙尘区的枣树叶片水分含量的无损检测提供了有效方法。

落羽杉与池杉幼苗对不同土壤水分含量的生理响应(英文)

研究落羽杉与池杉幼苗对常规水分处理(C)、轻度干旱(MD)、土壤潮湿(WS)以及水淹(FL)等不同水分处理的生理响应特性。与对照组相比,2树种幼苗在轻度干旱与水淹处理条件下叶片自由水含量显著提高,而束缚水含量则显著降低。2树种幼苗在潮湿处理组的叶片自由水与束缚水含量均未出现低于对照组的现象。轻度干旱、土壤潮湿与水淹处理均未导致2树种叶片电导率与丙二醛含量的显著变化(池杉水淹条件下叶片的丙二醛含量变化例外)。水淹处理能显著增加2树种幼苗叶片的可溶性糖含量,同时降低其脯氨酸含量。轻度干旱与潮湿处理能显著增加落羽杉而降低池杉幼苗叶片的脯氨酸含量。尽管同属的2树种幼苗表现出较多相似的响应特征,二者对不同水分逆境胁迫条件的响应仍然存在许多差异。

滞尘影响下的茶树叶片水分高光谱估算

减少叶面滞尘对茶树叶片水分有效光谱信息提取的干扰,有利于建立更加稳健的茶树叶片水分高光谱估算模型。以"舒茶早"为研究对象,通过田间随机采集鲜叶样品,测定叶片原始光谱反射率、含水量以及滞尘率。比较分析滞尘对茶树叶片原始光谱的影响,分别基于归一化计算与比值计算方法构建新波段植被指数,并利用相关系数法筛选叶片水分含量相关性最高的新波段植被指数,结合相对变率分析获取滞尘对叶片水分估算影响不敏感的待选指数。通过分析不同滞尘条件下新建植被指数和已有水分指数与滞尘的响应关系,筛选出滞尘影响下茶树叶片水分估算的最优植被指数,最终构建茶树叶片水分估算的高精度模型。结果表明:(1)位于711~1 378 nm波段范围的叶片光谱反射率受滞尘影响呈现显著降低的趋势,随着滞尘率增大光谱反射率减小,且无尘叶片反射率与有尘状态反射率具有明显聚类现象,相同状态下的不同叶片反射率差异性极显著。(2)新波段植被指数、已有水分指数与茶树叶片含水量之间的相关性以及基于该指数构建的茶树叶片水分估算模型的精度,在滞尘影响下均呈现明显的下降趋势。(3)在滞尘混合状态下,以1 298和1 325 nm为中心波段的新建比值植被指数对滞尘敏感性最低,且与叶片含水量相关性高,为最优植被指数,其建立的茶树叶片水分高光谱估算模型具有较高的预测精度(y=0.245x-0.241,R2=0.854, RMSE=0.001),并且实测值与预测值具有较好的一致性。因此,该研究可为茶树的水分精细化管理提供依据,并可为基于高光谱信息构建复杂环境条件下的水分估算高精度模型提供新思路。

基于高光谱信息的107杨叶片等效水厚度估算模型的研究

[目的]为实现杨树叶片水分高光谱信息进行快速、准确估算,[方法]将实测杨树叶片等效水厚度作为水分含量表征量,并测定叶片高光谱数据,同时,利用辐射传输模型模拟不同等效水厚度条件下的叶片尺度和冠层尺度的高光谱反射数据,通过分析常用水分植被指数对等效水厚度的敏感性,利用植被指数比值的方法构建新等效水厚度植被指数(GVMI/MSI)。通过GVMI/MSI、全球植被水分指数(GVMI)、水分胁迫指数(MSI)分别对杨树叶片尺度和冠层尺度等效水厚度估算精度进行比较分析。[结果]表明:GVMI指数、MSI指数以及新建GVMI/MSI指数的叶片尺度杨树叶片等效水厚度估算模型的精度R2分别为0.997、0.995、0.998;冠层尺度杨树叶片等效水厚度估算模型精度分别为0.837、0.836、0.973,其中,新建GVMI/MSI指数为杨树叶片等效水厚度估算最佳指数。[结论]GVMI/MSI构建的杨树叶片等效水厚度模型的预测精度较高,是杨树叶片等效水厚度的最佳估算模型。

不同施肥水平对木立芦荟生长的影响

在温室条件下 ,用盆栽试验方法研究了基施鸡粪和追施化肥对分枝期以前木立芦荟生长的影响。结果表明 ,单施化肥与无肥对照间木立芦荟的生长量差异不显著 ;低肥处理木立芦荟生长量最大 ,单株根条数增加 ,株高、分枝数、净增叶片数均高于对照 ;基施鸡粪并追施化肥后 ,芦荟鲜重比相应单施鸡粪处理显著下降 ,株高降低 ;高量鸡粪并追施化肥的处理 ,芦荟生长受到严重抑制 ,植株鲜重比对照下降 13.8% ,叶片水分含量较对照显著降低 ,平均根长较对照减小。各处理芦荟叶片中 N、K含量变化不大 ,除单施化肥、高量鸡粪加化肥处理外 ,其他施肥处理芦荟叶片中全磷含量大幅度提高 ,为无肥处理的 1.8～ 2 .

可见近红外高光谱快速诊断番茄叶片含水量及其分布

基于可见近红外高光谱建立番茄叶片水分含量快速诊断模型,对不同光谱处理及建模进行优选,对水分含量分布进行可视化研究。结合阈值法采集不同生长期192个番茄叶片感兴趣区域光谱信息进行预处理比较,分析β权重系数法、连续投影算法(SPA)、无信息变量消除(UVE)、竞争自适应加权算法(CARS)及UVE-SPA、CARS-SPA组合方法特征波长优化方法,利用提取特征波长对多元线性回归(MLR)、主成分回归(PCR)及偏最小二乘回归(PLSR)水分含量建模方法进行有效性评价,优化出最佳组合模型,采用特征图像光谱反射权重系数实现叶片含水量及其分布的可视化,解析叶片含水量光谱响应特性。最终确立Baseline为最佳波段预处理方法,全波段建模预测集相关系数R_p达0.97;提取特征波长后,Baseline-CARS-MLR为叶片水分含量预测最佳模型,预测集相关系数R_p为0.95,预测集均方根误差RMSEP为0.042。基于高光谱成像技术快速评估叶片水分含量具有一定优势,为活体番茄植株生长水分亏缺状况实时评估及智能化灌溉技术提供理论依据。

Water use strategies of the desert riparian forest plant community in the lower reaches of Heihe River Basin, China

The object of this paper is the different plant communities in the Ejina desert riparian forest. Groundwater depth, soil moisture, plant water potential, relative leaf moisture content and water use efficiency was monitored, and the response of soil moisture and plant ecology to the groundwater depth and the water use efficiency of the different plant communities was analyzed. The results showed that：（1） Along with the groundwater depth increasing, predawn and midday water potential of the plants, with the exception of Reaumuria soongorica, did not decrease significantly, indicating that when the groundwater depth is less than 3 m, the plant communities in the range of 4 km from the river way did not suffer or slightly suffer from water stress;（2） The distribution of higher soil moisture content within 0–3 m soil layer is suitable with the plants’ root system, as indicated in the communities of coexisting overripe Populus euphratica or Taramrix chinensis, both of which can release excessive water into soil for shallow rooted shrubs or herbaceous plants when there is water shortage;（3） R. soongorica can absorb deep soil moisture through deep roots for their own survival;（4） The community consisting of Sophora alopecuroides, Karelinia caspica, T. chinensis, and overripe P. euphratica has the best species combination for restoring the damaged eco-environment in the lower reaches of Heihe River;（5） The order of plants’ relative leaf water contents is K. caspica ＆gt; S. alopecuroides ＆gt; young P. euphratica ＆gt; overripe P. euphratica ＆gt; mature P. euphratica = T. chinensis coexisting with other species ＆gt; single R. soongorica ＆gt; single T. chinensis and the order of WUE is single T. chinensis ＆gt; single R. soongorica ＆gt; T. chinensis living in symbiosis with other species ＆gt; S. alopecuroides = young P. euphratica ＆gt; mature P. euphratica ＆gt; overripe P. euphratica ＆gt; K. caspica. Therefore, with ample soil moisture, the plant community helps rapid growth of T. chinensis, young P. euphratica and R. soongorica plants of less moisture content. Despite this they do not have much water storage capability, but have strong drought resistance, and higher moisture contents of S. alopecuroides and K. caspica, thus leaving them with poor drought resistance. Overall, the desert riparian forest plant community in the lower reaches of Heihe River helps the species of higher WUE live on it.