高温胁迫下水稻红边特征及SPAD和LAI的监测

为了促进高光谱遥感技术在水稻长势监测及其灾害评估中的作用,该文以扬稻6号与南粳43为试验对象,通过高温胁迫试验,测定孕穗期高温胁迫后2个品种在不同生育期冠层高光谱反射率、红边参数和叶片绿色度(SPAD)值及叶面积指数(LAI)。结果表明,2个水稻品种剑叶的SPAD值与LAI随生育期的进行呈先上升后下降的趋势,在开花期均达到最大值,在始穗期与蜡熟期时较低。随着高温胁迫的加剧,SPAD值和LAI不断减小。冠层光谱红边位置、红边幅值与红边面积在开花前呈"红移",开花后呈"蓝移"现象。随着胁迫温度的提高,3个红边参数也呈现"蓝移"现象。不同生育期剑叶SPAD值和LAI与红边特征参数均具有显著或极显著的相关关系。相对于红边幅值,以红边位置为参数所建的模型能更好地预测水稻剑叶的SPAD值和LAI。

水稻、玉米、棉花的高光谱及其红边特征比较

测定了水稻、玉米、棉花 3种作物共 6个品种的冠层和主茎叶片不同生育期高光谱反射率及其对应叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量 ,分析了它们的高光谱及其红边特征和红边参数与叶面积指数、地上生物量、鲜叶重及叶片色素含量的相关性。结果表明 :(1) 3种作物冠层高光谱反射率大小与其生育期有关。冠层和叶片光谱反射率最大值比较结果是 ,冠层光谱 :棉花 >玉米 >水稻 ;叶片光谱 :水稻 >棉花 >玉米。 (2 ) 3种作物冠层光谱的红边都具有“双峰”现象。红边幅值Dλr 和红边面积Sr 均呈增大、减少的变化规律 ,但红边位置λr 的变化范围和变化规律不同 ;冠层红边参数λr、Dλr、Sr 与其叶面积指数和鲜叶重之间都呈极显著相关 ,但与地上鲜生物量和地上干生物量相关性有差异 ;叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及类胡萝卜素含量与其光谱红边位置λr 之间都呈极显著相关 ,但与红边参数Dλr、Sr

植被叶片光谱及红边特征与叶片生化组分关系的分析

以LOPEX’93数据集为基础,利用最新的叶片光学模型——PROSPECT5模型模拟了不同生化组分(叶肉结构参数、等效水厚、叶绿素、类胡萝卜素和干物质)含量叶片的反射率、透射率和吸收率光谱,并在此基础上提取植被红边特征,系统分析光谱和叶片生化组分的关系,建立光谱特征与叶片生化组分的关系模型,为生化组分反演提供一定的理论基础。结果表明,在可见光部分,叶片的光谱主要取决于叶肉结构参数和色素(叶绿素和类胡萝卜素);在红外波段,叶片的光谱主要受水分、叶肉结构参数和干物质含量的影响。不同的波段范围内,光谱对生化组分的敏感度不同。叶片的红边特征不受水分和类胡萝卜素的影响,但红边位置随叶绿素的增加向长波方向移动(红移)。红边斜率随内部结构参数的增加而增加,两者之间的关系可用二次方程描述,这为叶肉结构参数的求解提供了一个方向。

利用红边特征参数监测小麦叶片氮素积累状况

以不同类型小麦品种在氮素差异梯度下连续3a田间试验为基础,在关键生育时期同步测定冠层光谱反射率、叶片干物质量及氮含量,探索建立小麦叶片氮素状况估算的新型红边参数及监测模型。结果表明,冠层微分光谱在红边区域内随氮素水平提高呈明显规律性变化,而原始光谱反射率的变化却较为复杂。与叶片氮积累量关系密切的常见红边参数间存在差异,其中,以GM2、SR705和FD742表现最突出,线性回归模型拟合精度(R2)分别为0.854、0.848和0.873,估计标准误差(SE)分别为1.136、1.160和1.059。基于红边双峰特征分析,构建新型红边双峰特征参数,其中,红边左偏峰面积LSDr_REPLE对叶片氮积累量方程拟合取得很好效果,决定系数和估计标准误差分别为0.869和1.080。经不同年际独立数据的检验表明,以GM2、SR705和FD742为变量,模型预测平均相对误差(RE)分别为17.6%、17.0%和14.9%,而红边左偏峰面积LSDr_REPLE模型预测误差控制得更好,平均相对误差RE为14.5%。以上表明,红边参数GM2、SR705和FD742可以对小麦叶片氮素状况进行有效监测,而红边左偏峰面积LSDr_REPLE模型预测更为准确可靠。

不同水分处理对烟草叶片高光谱及红边特征的影响

采用ASD Fieldspec HH光谱仪,测定了不同水分处理下两个烟草品种叶片的光谱特性,分析其红边特征参数的变化规律及其与烟叶生理指标的相关性。结果表明:不同水分处理之间的烟草叶片光谱反射率差异明显,但两个品种的变化规律一致。烟草伸根期和旺长期,近红外光区的光谱反射率随土壤水分的增加而升高,成熟期则呈相反趋势,且光谱反射率在旺长期达到最高值。不同水分处理下烟草叶片一阶微分光谱趋势总体一致,但红边一阶导数光谱差异显著。红边位置随土壤水分减少向长波方向移动,发生"红移"现象。红边幅值和红边面积在伸根期和旺长期均随土壤含水量的增加而发生"红移"现象,成熟期则发生"蓝移"现象。烟草叶片的红边位置同其生理指标的相关性要优于其他参数,同叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量、叶片鲜重、叶片干重、叶面积和叶片含水率均呈极显著相关关系;红边幅值和红边面积与叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量和叶片含水率之间均呈极显著性正相关,红边面积同叶片干重呈极显著性负相关关系。

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λred随发育期推迟呈"红移"现象,而红边幅值Dλred和红边面积Sred呈"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。

加工番茄红边特征参数与叶片氮积累量和叶面积指数的关系

本文分析了加工番茄两品种四氮素水平关键生育时期的冠层红边特征,红边参数与其冠层叶片氮积累量(LNA)和叶面积指数(LAI)的相关性。结果表明:加工番茄的红边曲线具有双峰现象,在开花期、盛花期、坐果期,红边位置(λr)向长波方向移动了2～11nm波段,红边曲线峰值(Dr)较大,LNA和LAI较高。到红果期红边位置向短波方向移动了5～10nm波段,红边曲线峰值也较低,LNA和LAI最低,双峰现象在红果期随着施氮量的减少而减弱,说明红边位置的变化可以指示加工番茄生育时期的氮素营养状况。加工番茄2个品种冠层的λr、红边斜率(Dr)和红边面积(SDr)分别与其冠层LNA和LAI的相关性均达到了1%极显著水平,其中里格尔87-5的Dr与LNA的线性相关和SDr与LAI的指数相关最高(rDr-LNA=0.8181**,rSDr-LAI=0.9136**,n=23,α=1%),说明利用红边参数可以实时快速地获取加工番茄冠层LNA和LAI的信息,可有效监测加工番茄的氮素营养状况。

基于高光谱的柑橘树红边特征及叶绿素和LAI的监测

为从光谱信息中寻找最能反映叶面积指数(LAI)的参数并建立模型,文中以砂糖橘树与年橘树为实验对象,通过室外实验,同步测定柑橘树冠层在不同生育期的高光谱反射率、红边参数和叶片的叶绿素含量及LAI.结果表明,柑橘树冠层光谱红边具有"双峰"和"红边平台"现象,红边位置λ_(red)位于695～724 nm之间.红边幅值Dλ_(red)和红边面积S_(red)有"红移"和"蓝移"现象;叶面积指数与冠层光谱红边参数λ_(red),Dλ_(red),S_(red)之间显著相关.利用柑橘树冠层的五种光谱形式,分别与叶面积指数进行逐步回归相关分析并与LAI建立模型;叶片叶绿素含量与其反射光谱的λ_(red),Dλ_(red),S_(red)也显著相关.

甘肃省两种主要草地类型的光谱反射特征比较

干旱荒漠草甸和高寒草甸是甘肃省两种主要的草地类型。2005-2007年,在安西草场和玛曲草场,分别对2种草地类型进行了光谱观测。文章分析和比较了2种草地类型的光谱反射特征及其差异性。结果表明,在可见光波段,荒漠草甸植被的冠层光谱反射率要高于高寒草甸植被,在近红外波段刚好相反;相同类型的草地,在不同的植被之间近红外波段的反射率差异较大。在可见光波段和近红外波段,荒漠草甸植被的叶片光谱反射大于冠层光谱反射,而高寒草甸植被则是冠层光谱反射大于叶片光谱反射;同一植被冠层光谱反射受植被长势影响明显;两种草地类型的红边特征参数表现为荒漠草甸小于高寒草甸。总之,高光谱遥感可以应用于草地植被的分类和长势监测。

马尾松赤枯病冠层光谱特征及严重度反演

为了实现快速、准确、大面积监测马尾松赤枯病，促进高光谱遥感技术在森林病虫害监测中的应用，通过获取不同严重度的马尾松赤枯病冠层高光谱数据，将冠层光谱、一阶微分和病情严重度数据分别进行相关分析，采用单变量线性回归和多变量逐步回归技术建立马尾松赤枯病病情严重度的反演模型。结果表明：随病情严重度的增加，可见光范围的冠层反射率逐渐增加，近红外波段的冠层反射率逐渐降低，其中在红边（680-780nm）区域变化最大，且病情严重度与红边特征参数存在显著线性关系；以红边特征参数为自变量建立的多变量逐步回归模型，比单变量缌性模型反演病情严重度的效果更好，其拟合帮、预测屠和均方根误差分别为0．815、0．778和0．053，说明红边特征参数对马尾松赤枯病病情严重度具有很好的指示作用。

UV-B增强下施硅对水稻冠层反射光谱特征的影响

通过田间试验,在UV-B增强和施硅条件下,利用ASD便携式手持光谱仪在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期选择典型晴天观测冠层光谱曲线,通过计算一阶导数曲线分析光谱的红边参数特征。UV-B辐射设2个水平,即对照(自然光,ambient UV-B,A)和UV-B增强(比自然光增强20%,elevated UV-B,E);施硅设2个水平,即不施硅和施硅(硅酸钠,200kg SiO_2·hm^(-2))。结果表明:UV-B增强下水稻叶面积指数(LAI)和叶绿素含量(SPAD值)降低,而施硅可提高叶面积指数(LAI)和SPAD值,缓解UV-B增强对水稻生长的抑制作用。各处理间水稻冠层光谱的差异主要体现在近红外波段,UV-B增强使水稻近红外波段反射率降低,施硅使近红外波段反射率上升。UV-B增强使水稻光谱红边位置蓝移,施硅使红边位置红移。随着生育期推移,水稻光谱红边位置、红边幅值和红边面积均呈现先增后减的趋势,且在拔节期达最大。

基于冠层高光谱的油菜角果期红边参数及叶片SPAD值反演模型

以湖南省为研究区,探索不同栽培因子条件下油菜的高光谱特征,建立基于高光谱特征的叶绿素预测模型,并将其应用于田间生产实践,以期为油菜营养诊断、高产栽培和生产管理的信息化提供一定的理论依据和技术支撑。使用便携式地物光谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别对油菜冠层反射光谱和SPAD值进行实测,分析不同栽培因子条件下角果期的油菜冠层光谱特征,并得到其相应的红边参数(包括红边位置、红边振幅与红边面积),最后运用多种方法对红边参数与角果期的油菜SPAD值进行相关性分析,以期建立SPAD值的最佳反演模型。结果表明,在红光波段(680~760 nm),油菜角果期的冠层反射光谱趋于稳定,冠层的三峰两谷现象比较明显,而且在整个角果期,红边位置都稳定在760 nm这个点,不随栽培因子的改变而改变。但是栽培因子对红边振幅和红边面积有着明显影响,因此可用红边参数来预测油菜的SPAD值。经过5种不同的建模比较分析可以得出,基于支持向量机(SVM)的预测模型最好,R^2为0.912 6,均方误差为0.326 6。

洪涝胁迫的水稻叶面积指数变化及其光谱响应研究

通过水稻淹水实验模拟洪涝胁迫状态，分析不同生育期、不同洪涝胁迫强度下的水稻叶面积指数变化及其冠层高光谱响应规律，建立洪涝胁迫下水稻叶面积指数（LAD的估测模型。结果表明，分蘖期、拔节期、抽穗期水稻LAI均随淹水深度的增加而降低；水稻冠层680-760nm光谱的一阶微分具有“双峰”现象，主峰位于724-737nm，701和718nm有次峰出现，并随淹水深度的增加出现“三峰”；冠层红边位置在各个生育期出现“蓝移”，红边幅值、红边面积在分蘖期、拔节期、灌浆期均呈现“蓝移”，在抽穗期出现“红移”；生育前期水稻LAI与光谱特征参量存在显著相关，生育后期相关性不显著；最后以Dλ737／Dλ718光谱参量建立了水稻生育前期的LAI估测模型。表明在洪涝胁迫下，水稻LAI的变化幅度直接反映胁迫强度的大小，估测模型LAI=3．138（Dλ737／Dλ718）--0．806可用于估测洪涝胁迫不同强度下的水稻叶面积指数。

BP-ANN在荒漠草地高光谱分类研究中的应用

利用高分辨率光谱仪在实地测得的光谱数据来识别新疆阜康地区的7种典型荒漠草种，对原始高光谱数据作预处理（微分和平滑），选取典型荒漠植被的光谱特征（红边、绿峰、红谷、RVI等）作为输入数据，植被类型作为输出数据，构建基于BP神经网络模型的典型荒漠草地分类器，进行了三组基于高光谱特征的草地类型分类实验，结果表明：（1）红边特征较其余吸收特征更能获得精确的分类结果；（2）波段550～790nnl间的窄波段光谱分类间隔中，20nm优于10nm的间隔；（3）草地分类器中BP网络模型的输入层、隐藏层神经元个数与BP网络训练时间、精度具有复杂的耦合关系，不可一概而论。

基于高分六号遥感数据的中草药信息提取研究

遥感的定量分析是遥感领域发展的重要方向,但对于光谱曲线相似的植物难以区分。中草药和冬小麦光谱曲线较为相似,通过对中草药和冬小麦生长周期的研究,寻找冬小麦生长周期中的特殊阶段,计算该阶段与中草药光谱曲线的微小差异并加以放大,从而提取中草药的种植区域,可为今后中草药遥感定量分析进一步研究提供参考。