病害胁迫对棉叶光谱反射率和叶绿素荧光特性的影响

研究病害胁迫对棉叶光谱反射率和叶绿素荧光特性的影响,以期为利用光谱和叶绿素荧光技术监测棉花黄萎病提供新的技术和方法。通过田间黄萎病接种处理,诱导发病后测定病害棉叶理化参数,光谱及叶绿素荧光参数,并对三者进行分析。结果表明,随着病害严重度增加,棉叶叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、叶片含水率、叶片全氮质量分数均减少,类胡萝卜素含量先降后增;不同生育期和不同品种的病害棉叶光谱反射率在可见光到短波红外区域(400～2 500 nm)均呈现逐渐上升的趋势;病叶光谱指数红边位置、优化土壤调节植被指数、生理反射植被指数、绿度归一化植被指数、红谷位置、672nm处的归一化吸收深度和吸收面积均逐渐减少,R550、R680、R1200、R1685、转换叶绿素吸收反射指数、红边宽度和672nm处的归一化的吸收宽度均逐渐增加;病叶叶绿素荧光参数可变荧光、最大荧光、光系统Ⅱ最大光化学效率、光系统Ⅱ的潜在活性、最大荧光与最小荧光比、光系统Ⅱ的量子产额均减小,而初始荧光增加。相关分析后发现,病害棉叶严重度SL与除了类胡萝卜素之外的所有理化参数、光谱和叶绿素荧光参数间均达到显著相关水平,与光谱特征参数的相关性最好,与理化参数的相关性次之,与叶绿素荧光参数的相关性较好。说明病害胁迫对棉叶光谱及叶绿素荧光特征均产生了一定的影响,用光谱和叶绿素荧光监测棉花病害是可行的。

病害胁迫下棉花叶片色素含量高光谱遥感估测研究

通过小区和大田同步调查棉花黄萎病,在不同生育期测定病叶光谱及其色素含量。将病叶光谱反射率、一阶微分及相应的特征参数与色素含量进行相关分析,建立病叶色素含量估测模型并检验。结果表明:病叶叶绿素a,b及a+b含量可见光反射率、与一阶微分光谱在蓝边、黄边和红边处与除红边振幅(Dr)外的其他光谱特征参数间均达极显著相关。转换叶绿素吸收反射指数(TCARI)和新建归一化植被指数(ND-VI[702,758])对叶绿素a,b及a+b含量的估测精度最高,相对误差均小于1.3%。考虑到NDVI[702,758]建立的模型更实用,可做为病叶叶绿素a,b和a+b含量的最佳估测模型。研究结果对高光谱信息定量估测病害棉叶色素含量,对利用高光谱监测棉花长势及病害影响评价均具有较高的实用价值。

病害胁迫下冬小麦冠层叶片色素含量高光谱遥感估测研究

通过人工田间诱发小麦条锈病,在不同生育期测定染病冬小麦冠层光谱和相应叶片的色素含量。把冠层光谱数据、一阶微分数据与相应的叶片色素含量数据分别进行相关分析,采用单变量线性和非线性回归技术,选取部分样本建立小麦的色素含量估测模型,并利用其余的样本对模型进行检验,结果表明绿边内一阶微分总和(SDg)与红边内一阶微分总和(SDr)的归一化值为变量的线性模型是估测色素含量的最佳模型,其估测叶绿素a,叶绿素b和胡萝卜素含量的相对误差分别为17.0%,16.3%和12.4%。该研究表明可用高光谱信息估测冠层叶片色素含量,且估测精度较高。文章的研究结果对利用高光谱遥感监测农作物长势以及病害影响都具有实际应用价值。

不同病害胁迫下大豆的光谱特征及识别研究

在英国诺丁汉大学Sutton Bonington校区(52.8°N,1.2°W)实测感染锈病与普通花叶病大豆的单叶光谱数据,利用连续统去除法对原始光谱数据进行处理,筛选对病害及锈病严重度敏感的波段,构建植被指数对感染锈病与普通花叶病及不同严重度锈病的大豆进行识别研究。研究发现普通花叶病胁迫下的大豆光谱反射率在可见光区域均大于健康大豆的,而锈病胁迫的大豆光谱反射率在绿光区随病情严重度增加而减小,在红光区随病情严重增强而增大。根据大豆光谱变化特征设计了一个植被指数R500×R550/R680对大豆病害进行识别,通过计算不同病害及不同严重度之间的J-M距离对指数识别病害能力进行检验,结果表明指数R500×R550/R680能够较好的识别出大豆锈病与普通花叶病,且该指数在识别大豆锈病严重度方面也有较强的能力。研究结果对农作物病害遥感监测与防治具有重要的理论价值与实际应用意义。

利用光谱特征参数估算病害胁迫下杉木叶绿素含量

为了探索建立炭疽病胁迫下杉木叶绿素含量的高光谱估算模型,促进遥感技术在森林病虫害监测中的应用,通过获取不同发病程度的杉木冠层光谱及相应的叶绿素含量,将冠层光谱数据、一阶微分数据与相应的叶绿素含量分别进行了相关分析。采用逐步回归、主成分回归及偏最小二乘回归方法构建叶绿素含量的估算模型。叶绿素含量与原始光谱在可见光(614～698nm)和近红外区(724nm之后)达到极显著相关,且在近红外区基本趋于稳定;与一阶微分光谱在424～486nm、514～532nm、552～682nm、698～755nm和762～772nm波段全部达到极显著相关;3种建模方法均消除了参数间多重共线性的影响,模型的决定系数全部达到极显著水平,其中逐步回归模型精度最高,相对误差和均方根误差分别为10.71%和0.194。研究表明受到不同程度炭疽病胁迫的杉木冠层光谱反射差异较大,可利用高光谱信息定量估算病害胁迫下的杉木叶绿素含量,且估算精度较高。

基于作物病害胁迫声发射的精准施药

作物病害胁迫声发射技术是当前植保信息化研究的重要内容。该文在分析作物病害胁迫的程度与声发射、环境因子之间的关系的基础上,设计了基于作物病害胁迫声发射机理的精准施药模糊控制模型,提出了适用于现场环境的精准施药自学习模糊算法。并利用MATLAB对系统模型进行了仿真。结果表明,该模型可方便地控制系统的施药量变化,并能达到较满意的控制效果。该研究为作物精准施药的智能控制提供了一种新的控制思路及方法。

基于高光谱数据的病害胁迫下杉木冠层色素含量估算研究

分析炭疽病胁迫下杉木冠层的高光谱特征,探索建立病害胁迫下杉木冠层色素含量的高光谱估算模型,从而促进高光谱遥感技术在森林病虫害监测中的应用。于2011年4—6月,在湖南省攸县实地调查杉木炭疽病,并测定不同程度炭疽病胁迫下杉木冠层的光谱反射率及其色素含量。将冠层光谱、一阶微分及相应的色素含量数据分别进行相关分析,采用回归分析方法,选取部分样本建立色素含量估算模型,并利用其余的样本对模型进行精度检验。结果表明,可见光和近红外区域是病害杉木色素反射和吸收的敏感区域,色素含量与一阶微分光谱在红边(695～754nm)内相关性最高,单波段一阶微分光谱741nm处的相关系数最大。其中,以差值植被指数DVI[FD587,FD741]为变量的幂函数模型估算Chla+b、Chla和Chlb含量的精度最高,相对误差均小于15%,均方根误差在0.093～0.241之间。研究表明,受不同程度炭疽病胁迫下杉木冠层的光谱反射差异较大,可利用高光谱信息定量估算病害胁迫下杉木冠层的色素含量,且估算精度较高。

番茄病害胁迫声发射信号采集与声源定位

以番茄为研究对象,利用声发射检测系统对番茄植株的声发射信号进行连续采集,利用上位机软件对采集到的数据进行处理和分析。对番茄的晚疫病病害胁迫声发射信号随病害程度变化进行了统计分析,得出染病植株的声发射现象并不像健康植株那样按照一定的生理周期规律发生,在染病早期作物声发射信号的频次大大增加并且随着病害严重程度而逐渐降低,并出现多峰现象。利用声发射信号到达两路传感器的时差和采集到的两路声发射信号频谱分布变化可以进行声发射源定位判断。

作物病害胁迫检测的研究进展

综述了基于遥感技术、图像处理技术和农业专家系统的作物病害胁迫检测方法,比较这三种方法研究进展及其优缺点,介绍了近场声全息技术研究现状,提出了基于近场声全息理论的作物病害胁迫检测的研究方法,为作物病害综合精准防治开辟了一条新的途径.

基于柱面近场声全息的植物病害胁迫分析

为了解植物受病害胁迫时产生声发射信号的分布规律,探寻植物病害程度与声发射位置的关系,利用近场声全息技术,建立了基于空间声场变换的重建模型,给出了重建算法,并利用Matlab软件进行模拟仿真。通过不断调整全息柱面尺寸、测量点间距、重建半径等参数,获取最佳参数配置,并利用窗函数去除混入的高斯噪声。仿真结果显示,可用于指导实际全息检测和定位,实现对植物病害的声发射信号的准确识别与定位。

作物病害胁迫声发射信号与环境因子分析

构建了作物声发射信号和环境因子检测平台,将声发射采集卡采集的声发射信号和各环境因子传感器采集的数据经PCI接口输入计算机.对检测数据进行统计分析,给出了声发射信号频次和各参数的日变化曲线,对声发射信号与各环境因子进行相关分析.结果表明:病害初期的声发射频次较高,随作物病害程度加重,声发射频次减弱,并出现多峰现象;声发射信号与各环境因子之间具有一定的相关性.

病害胁迫对观赏百合生理生化的影响

以两种观赏百合为材料,从光合色素含量、还原性糖含量、可溶性蛋白质含量、硝基态氮含量、氨态氮含量、硝酸还原酶活性、淀粉酶活性等多个方面探究了病害对观赏百合生理生化特性的影响,结果表明:病害胁迫下观赏百合叶片中光合色素含量首先降低,叶片和鳞茎中的还原性糖含量、可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶活性、淀粉酶活性均降低,而硝基态氮、氨态氮出现积累。从而可见病害胁迫直接影响到了百合的生长。

棉花叶片自然衰老和病害胁迫时SOD、POD活性与光合特性的变化

棉花主茎叶片的超氧物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、叶绿素含量及净光合速率等因叶龄不同而变化。主茎下部衰老叶片的SOD、POD活性明显降低、叶绿素含量减少、光合作用功能衰退。同时,棉株受到病害胁迫时,叶片的SOD活性也会明显下降,但是,POD活性则上升。当发病植株恢复正常生长后,棉花叶片的SOD、POD活性仍能恢复正常。

病害胁迫下植物根系分泌物的响应及作用研究进展

根系分泌物是植物和土壤产生联系的重要介质,在植物与环境互作过程中发挥着至关重要的调控作用。综述了病害胁迫下根系分泌物在组成和含量2个维度的响应,以及这些差异响应在加重或减轻植物病害发展中的作用。根系分泌物组成和数量的变化取决于植物种类和品种、发育时期、植物生长基质和胁迫因素,一方面,根系分泌物能够作为化学信号物质调控土壤病原菌的活性,并能通过改变土壤微生态环境诱导土传病害的发生;另一方面,植物在受到病害胁迫时会分泌具有直接防御性质的抗菌化合物,还能通过根系分泌物招徕功能性的微生物,通过有益菌实现对病原菌的生物控制。可见,对病害胁迫下植物根系分泌物的响应及作用机制的揭示将在指导植物病害防控、改善生态农业管理、建立作物高产与环境保护相协调的综合管理体系方面发挥极其重要的作用。

基于荧光光谱分析的玉米早期斑病害预测模型

斑病害在全球玉米产区均有爆发,严重影响玉米产量与品质,是一种常见的叶类疾病。荧光光谱技术能够快速、无损、准确地反映作物生理信息,动态检测其逆境响应规律。以玉米为研究对象,基于荧光光谱和生理参数(SPAD和Fv/Fm)融合分析,探究玉米生理参数对不同程度斑病害的响应规律,构建荧光光谱反演模型。首先,利用相关分析与峰值分析筛选荧光光谱的敏感波段,采用多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、多项式平滑(S-G)、 FD光谱一阶导数、 SD光谱二阶导数等5种预处理及MSC-SG-FD, MSC-FD-SG, SNV-SG-FD, SNV-SG-SD等4种建模组合方法,以相关系数R2和均方根误差RMSE为模型效果评价指标,确定荧光光谱反演生理参数模型的最优方法。结果表明:不同斑病害程度下荧光光谱特性的整体变化趋势一致,但强度差异显著,在波段600.000~800.000 nm内,光谱反射率会出现明显的峰中心,达到极值。在波段900.000 nm之后,反射率趋于平稳,特征明显减少。对于潜伏期叶片,SPAD与Fv/Fm的建模最优方法均为SNV-SG-FD,Rc为0.985 2和0.976 8, RMSEC为1.59和2.85。对于早期发病叶片,SPAD的建模最优方法为SNV-SG-FD,Rc为0.949 7, RMSEC为3.79,Fv/Fm的建模最优方法为SNV-SG-SD,Rc为0.943 8, RMSEC为0.011 7。模型预测性精度较高,能够实现对早期斑病害玉米叶片SPAD和Fv/Fm的精准预测,为玉米斑病害潜伏期与病害早期的生理信息监测提供参考依据。研究结果可应用于大田作业,提升田间精细化、智能化管理水平,为玉米高产、优质、优生提供理论依据与技术支撑。

用高光谱微分指数监测冬小麦病害的研究

人工田间诱发不同等级小麦条锈病,在不同生育期测定染病冬小麦冠层光谱、生理生化参数以及相应的病情指数。对小麦冠层一阶微分光谱进行分析,结果表明随病情指数增大,一阶微分光谱在绿边（500-560 nm）内逐渐增大,在红边（680-760 nm）内逐渐降低。红边核心区（725-735 nm）内一阶微分总和（SDr′）与绿边核心区（520-530 nm）内一阶微分总和（SDg′）的比值,与病情指数具有极显著线性负相关性,相关系数r2=0.921（n=28）,且能够在症状出现前12 d识别出健康作物与病害作物。因此,微分植被指数SDr′/SDg′能够监测并反演作物病害信息。研究结果对利用高光谱遥感获取作物病害信息具有实际应用价值,对提高粮食产量、保证粮食安全具有重要意义。

根腐病胁迫对大豆光谱特征和叶绿素荧光特性的影响

为探讨根腐病胁迫下光谱特征指数和叶绿素荧光参数与光合色素的相关性,以大豆植株为研究对象,分析了不同程度根腐病胁迫下大豆叶片光合色素、叶绿素荧光特性以及冠层光谱特征的差异性。结果表明:随大豆根腐病病情的加重叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素以及叶绿素/类胡萝卜素降低。同时,光系统II最大光化学效率、光系统II光化学效率、非光化学淬灭系数以及PSII的量子产额等荧光参数显著低于正常植株。光谱反射率在近红外区域(700～1 000 nm)随病害程度的加重而降低,归一化深度变浅。通过对原始光谱进行微分变换,病害植株红边幅值降低,红边位置出现蓝移现象。除绿峰位置、幅值以及修正叶绿素吸收反射率指数外,红边幅值、红边位置、结构不敏感色素指数、光化学植被指数、简单植被指数、归一化差异指数、修正归一化差异指数、绿度指数以及荧光参数与根腐病胁迫下叶片光合色素相关性均达到显著水平。因此,选择适宜的光谱特征指数和叶绿素荧光参数,借助光合色素变化,可为利用高光谱遥感技术和荧光成像技术对大豆根腐病危害诊断提供理论支持。

利用光谱红边参数监测黄萎病棉叶叶绿素和氮素含量

以黄萎病胁迫下棉花叶片为试验材料, 分析感染病害棉叶叶绿素（Chl）含量和氮素含量（LNC）与光谱红边参数间的关系, 建立病害棉叶Chl含量和LNC的光谱红边参数诊断模型。结果表明：（1）随着病情加重, 棉叶Chl a、Chl b、Chl a＋b和LNC逐渐减小, 其中Chl a下降最快, Chl b下降最慢；（2）黄萎病叶片光谱反射率在可见光区（400~700 nm）, 近红外光区（700~1300 nm）和短波红外光区（1300~2500 nm）呈现逐渐上升趋势, 在520~680 nm间达极显著（P〈0.01）；光谱吸收率在可见光区和短波红外光区呈现逐渐下降的趋势, 达极显著（P〈0.01）, 在近红外光区呈现先升后降的趋势。（3）病害棉叶红边位置（REP）、红边振动幅（Dr）、红谷位置（Lo）、红边深度（Depth672）和红边面积（Area672）的值均减小, 红边宽度（Lwidth）的值增加, 且Area672减小的幅度最大, Dr减小的幅度最小, Lwidth增加的幅度较大；（4）病害棉叶Chl a含量、Chl b含量、Chl a＋b含量和LNC均与红边参数REP、Lo、Depth672和Area672呈极显著正相关, 与Lwidth呈极显著负相关, 与Dr未达显著相关；（5）利用红边参数建立的棉叶Chl含量和LNC的诊断模型均达极显著（P〈0.01）, 其中以Area672为自变量建立的病害棉叶Chl a、Chl a＋b和LNC的诊断模型和Lo为自变量建立的Chl b诊断模型的精度最高, 能很好的诊断病害棉叶Chl含量和LNC。

基于光谱指数的棉花黄萎病叶片氮素含量提取

【目的】研究棉花黄萎病叶片氮素含量与高光谱的关系,以期用简便、无损的遥感技术提取病害棉叶氮素含量,为大面积遥感监测棉花病害提供理论依据。【方法】通过小区和大田同步调查棉花黄萎病,在不同生育期测定病叶光谱及其氮素含量。将病叶光谱特征参数与氮素含量进行相关分析,建立病叶氮素含量估测模型并检验。【结果】随着病害严重度的增加,棉叶氮素含量逐渐减小。病叶氮素含量与光谱指数FD731、NDVI[670,890]、DVI[FD554,FD731]、PVI[FD554,FD731]、RDVI[702,758]、RDVI[FD554,FD731]、SAVI、OSAVI、PRI[570,531]、PRI[702,758]、REP、Lo、Depth672和Area672呈极显著正相关,与11550、R680、R702、SD737、DVI[4So,560]、NDVI[702,758]、DVI[702,758]、RVI[702,758]、SIPI、TCARI、CCII、PPR[550,450]、Lwidth和ND672均呈极显著负相关,与Dr未达显著相关。选取相关系数较大的光谱参数建立的病叶氮素含量估测模型均达到显著水平,整体上利用DVI[702,758]、PVI[FD554,FD731]和NDVI[702,758]进行氮素含量的估测精度最高,模型的预测的相对误差均小于2%。【结论】考虑到DVI[702,758]建立的模型更为实用,可作为病害棉叶氮素含量的最佳估测模型。

棉花黄萎病叶片氮素含量与高光谱数据相关性分析

【目的】探讨棉花黄萎病叶片全氮含量（LTNC）与高光谱数据间相关性,为遥感监测黄萎病冠层全氮含量提供理论依据。【方法】在棉花黄萎病发生的不同时期,获取黄萎病叶片光谱及氮素含量数据,对其光谱反射率进行一阶微分处理和光谱特征参数提取,并与氮素含量进行相关分析。【结果】（1）棉花黄萎病LTNC与反射光谱在404~728 nm,880~2 500 nm呈极显著负相关（平均r=-0.71,-0.68）,748~768 nm呈极显著正相关（平均r=0.31）,且在694、758、2 247 nm处的相关系数最大,｜r｜=0.87,0.32,0.73;（2）黄萎病LTNC与一阶微分光谱在700~753 nm处呈极显著正相关（平均r=0.89）,在452~632 nm处呈极显著负相关（平均r=-0.64）,与单波段554 nm处相关系最大（｜r｜=0.90）;（3）黄萎病LTNC与24个光谱特征参数均达极显著相关,组合波段参数相关性最好,植被指数和吸收参数的相关性较好,单波段相关性一般,与PVI[FD554,FD 731]的相关性最好,r值最大,为0.91;与PPR[550,450]的相关性最差,｜r｜仅为0.48。【结论】黄萎病棉叶LTNC与高光谱数据间有高的相关性,可利用高光谱数据对黄萎病LTNC进行遥感监测。