水稻叶面积指数和叶片生化成分的光谱法研究

利用光谱仪通过大田试验和室内测量不同氮素水平及不同时期水稻叶片的光谱反射率，测算叶面积指数LAI；利用生化方法测量相应叶片的叶绿素含量，蛋白质含量和纤维素含量；在此基础上分析了水稻叶面积指数与光谱变量，叶片生化成分与光谱变量及叶面积指数之间的相关性。结果表明；水稻叶面积指数与比值植被拽数RVI及归一化差值植被指数NDVI呈显著相关，不同氮素水平的水稻叶片的叶绿素，蛋白质及纤维素含量与LAI之间的R^2在抽穗期均达到0.75以上，其中叶绿素，纤维素含量与光谱变量的相关达显著水平，不同时期纤维素与光谱变量及LAI之间相关达显著水平，从而证明通过光谱法可以推算水稻叶片的叶绿素含量，蛋白质含量和纤维素含量。     

对水稻微分光谱和植被指数的探讨

通过不同供氮水平的田间试验，分析了微分光谱对消除水稻冠层光谱的背景影响和植被指数在农学参数测定中的作用。结果表明：由微分光谱所得的红边位置、红边斜率与盖度、叶面积指数及供氮水平之间有一定的相关性；水稻多光谱植被指数RVI、NDVI与叶面积指数LAI及其地上部生物量之间有极显著相关性；高光谱植被指数及其变量与植被盖度、供氮水平之间存在相关性。这些表明，用微分光谱技术与植被指数方法监测水稻的田间供氮水平和长势似乎是可行的。     

桂北桉树人工林红壤速效钾含量高光谱反演模型研究

以桂北桉树人工林红壤为研究对象,测定了不同土壤速效钾含量样品的光谱数据,分析其光谱特征,采用PLS法建立反演模型.结果表明:该区域红壤速效钾含量的光谱敏感波段集中于400～600、1450、2200 nm等区域.经过一阶导数变换后,能显著减少原始光谱数据中的冗余信息,提高光谱指标与土壤速效钾含量之间的相关性.R、FDR 2种光谱指标的全波段建模结果均优于显著性波段的建模结果,最优模型为全波段-FDR-PLS,模型R2=0.862,RMSE=2.718.该研究结果可为广西土壤数字制图、精准变量施肥以及土壤速效钾实时监测等近地遥感推广应用服务.     

Effects of nitrogen nutrition on the spectral reflectance characteristics of rice leaf and canopy

遥感技术使大面积监测植物长势及估测化学组成有了可能,高分辩力地物光谱仪应用于简单、快速、非破坏性地估测植物冠层化学组成的前景正引起越来越多的关注．本文通过田间试验及室内分析研究了氮肥水平对水稻叶片及冠层反射光谱特性的影响,氮素营养对从可见光至近红外较大范围水稻反射光谱特性有较大影响,随着氮素营养水平的提高,叶片及冠层可见光波段的光谱反射率下降,而近红外波段则增加,经两样本ｔ检验统计分析,在５４０,６８０ｎｍ和７４０～１０７０ｎｍ波段处对氮素营养水平最为敏感,而且各氮营养水平之间的反射率呈显著或极显著的差异．水稻叶片氮含量与冠层和叶片光谱变量呈极显著或显著的相关性,这表明利用光谱测试简单、快速、非破坏性地估测水稻氮素营养水平是可行的．     

利用独立变量分析与高光谱植被指数模型监测成熟期水稻中砷污染

水稻中过量砷(As)能够损害叶片中叶绿素和叶片内部结构,进而影响水稻光合作用效率,并改变水稻在光谱上的表现.利用高光谱植被指数(CARI、PRI、SIPI)和独立变量分析(ICA)模型对水稻中As含量进行了研究.结果表明,以上3种高光谱植被指数与水稻中As含量均呈一定的相关关系,其相关系数在0.67以上;而经过独立变量分析(ICA)可知,在蓝光波段(440～540 nm)和红光波段(600～700 nm)之间各有一个独立变量与水稻中As含量高度相关,相关系数达到0.95以上.将上述植被指数与独立变量和水稻中As含量之间进行回归分析,得到水稻中As含量的线性回归方程.研究表明,重金属As对水稻生长的影响可以通过其在光谱上的特征(如相关植被指数)改变来体现,并可以用独立变量分析(ICA)方法提取光谱中关于As胁迫的隐含弱信息,建立遥感预测模型,为大面积监测农作物As污染提供依据.     

基于非成像高光谱的云烟97号叶片钾含量估算研究

为无损快速检测基于单位重量的烟叶钾元素含量,应用ASD Field Spec 3便携式地物光谱仪采集了曲靖市大莫古镇主栽品种云烟97号不同长势的烟草叶片光谱,测定了相应烟叶的钾元素含量;利用光谱分析技术提取烟草叶片光谱特征变量,并分析了烤烟叶片钾元素含量与原始光谱、光谱一阶微分及高光谱特征变量间的相关性;采用多元逐步回归分析的方法,建立了基于光谱特征单变量估测钾含量模型并进行该模型的精度检验。结果表明,钾元素(K)与原始光谱反射率的相关系数在350 nm波长处最大;钾元素(K)与光谱一阶微分在1 089 nm波长处极显著负相关(相关系数为-0.661),在2 297 nm处极显著正相关(相关系数为0.710);钾元素与高光谱特征变量绿边面积(SDg)的相关系数最大。综合来看,基于叶片光谱反射率一阶微分的钾元素回归模型对烟草叶片钾含量的估测精度较高,估测效果较好。     

杂交水稻叶片叶绿素含量与光谱吸收率的关系

通过大田小区试验,测定了5个供氮水平处理下,两个品种水稻完全展开的倒一叶和倒三叶在不同发育时期的高光谱吸收率及对应叶片的叶绿素含量,分析了叶片光谱吸收率及其与叶绿素含量的相关性并建立了回归模型。结果表明:水稻叶片在红外区域有弱吸收,从紫光到橙光区域有强吸收。叶绿素a与吸收光谱间不具显著相关性,叶绿素b与吸收光谱有显著的相关性,这说明可以用合适的高光谱吸收率来估算杂交水稻叶片的叶绿素含量。     

东北寒地水稻冠层氮素含量高光谱预测模型

为实现动态、无损监测寒地水稻氮素状况,利用高光谱成像技术,分析不同生育期水稻冠层光谱特征,借助波段自相关分析(Bands inter-correlation analysis,BICA)与主成分分析(Principal components analysis,PCA),选择特征波段构建多种植被指数.根据植被指数与氮素含量相关性,建立单变量预测模型.利用最大R2增量法(MAXR)分析全部植被指数与氮素含量定量关系,建立多变量预测模型.结果表明,从分蘖期到抽穗期,寒地水稻冠层光谱反射率在可见光波段内降低,在近红外波段内增加.基于BICA-PCA-MAXR预测模型预测精度和稳定性较基于BICA-PCA结合一元回归预测模型显著提升.研究结果可为水稻氮素含量快速检测提供地域参考,水稻精准施肥管理提供技术支持.     

不同施肥条件下水稻冠层光谱特征与叶绿素含量的相关性

通过田间小区试验,分析不同施肥条件下水稻不同生育期冠层反射光谱和叶绿素含量(SPAD)的变化特征,利用数学统计方法分析高光谱植被指数与叶绿素含量的相关性。结果表明,水稻冠层光谱反射率,从拔节期到抽穗期,在可见光波段很低且差异不明显,在近红外波段逐渐提高;从抽穗期到乳熟期,在可见光波段逐渐提高,在近红外波段逐渐降低。不同施肥条件下水稻冠层光谱差异明显,尤其在近红外波段表现特别明显,随施肥水平的提高,光谱反射率明显提高。水稻叶绿素含量随施氮水平的提高而逐渐增加。随生物质炭水平的提高,水稻叶绿素含量逐渐增加,当生物质炭超过一定值时,叶绿素含量反而降低。整个生育期,除乳熟期施氮肥0kg/hm2(N0)处理外,其他处理的PSSRa、PSSRb与叶绿素含量呈显著相关。拔节期,施生物质炭为9 000kg/hm2(C3)处理的mSR705和mND705与叶绿素含量呈显著负相关,其他处理为显著正相关。     

利用高光谱数据估测不同温度胁迫下的水稻籽粒中粗蛋白和直链淀粉含量

水稻籽粒粗蛋白和直链淀粉含量是评价稻米品质的两个主要指标。本文以不同温度胁迫下的水稻田间试验为基础,分析水稻成熟籽粒粗蛋白和直链淀粉含量与不同生育期冠层反射光谱的相关性。结果显示,水稻籽粒的粗蛋白和直链淀粉含量与不同生育期冠层原始光谱和一阶导数在某些波段达到极显著或显著相关水平。进一步分析比值植被指数、差值植被指数、归一化植被指数和红边参数等光谱参数与成熟籽粒粗蛋白和直链淀粉含量的相关性,用回归分析方法对相关拟合较好的参数进行筛选,建立了水稻成熟籽粒粗蛋白含量(GCPC)和直链淀粉含量(GAC)监测模型,运用独立观测数据对模型进行检验,其预测值与实测值的精确度为0.393-0.683,准确度为0.708-0.923,RMSE值为8.706%-11.296%。表明模型预测值与实测值之间具有较高的符合度,对水稻籽粒粗蛋白质和直链淀粉含量具有较好的预测性。     

建立大田早稻农学光谱估产模式研究初报

大田试验结果表明,不同氮素水平的水稻冠层光谱之反射率存在着极显著差异。其中630～690nm,760～900nm和520～600nm三个波段可作为检测水稻氮素水平的敏感波段。利用测定光谱反射,通过光谱变量计算以估测LAI和Chl等农学参数是可行的。单一生育期光谱建模估产的精度较低,而且应用时生育期也难统一。RVI复合估产模式和LAI-RVI综合估产模式的精度很高,但仍只是“样板模式”,实际应用于大田估产时,仍需进行多点试验,进一步验证模式并建立一套修正方法,以适应不同熟制和不同产量水平的需要。     

水稻叶片氮素营养光谱诊断模型研究

[目的]建立水稻叶片氮素营养光谱诊断模型。[方法]通过对不同水稻品种（湘优109和汕优98）、不同生长期、不同氮素水平的水稻叶片进行透射、吸收光谱及氮含量的测量,分析了叶片光谱与其含氮量之间的相关性,建立了水稻叶片含氮量的光谱指数预测模型。[结果]该模型检测精度在80%以上,可用于水稻氮素营养的诊断。[结论]为水稻氮素营养状况监测提供了理论依据。     

水稻多生育期实测光谱与SPDA值的响应分析

本研究旨在探索和研究水稻叶片不同生育期叶绿素相对含量（SPAD）与实测水稻叶片光谱的变化规律和响应特征。通过采集研究区水稻发育关键期叶片光谱及叶绿素相对含量，研究探讨了随着生育期的推进，水稻叶片光谱特征变化以及与SPAD变化响应关系，分析比对了SPAD与四个生育期水稻DVI、RVI、EVI2等植被指数敏感波段。结果表明，随着生育期推进SPAD值逐渐减少，可见光范围光谱反射率呈一致的逐步增加趋势；孕穗期近红外波段对SPAD反映敏感，抽穗期、灌浆期和成熟期可见光波段对SPAD敏感；四种植被指数与SPAD值相关性，DVI与孕穗期、成熟期，RVI对抽穗期，EVI2对灌浆期的SPAD值更敏感。     

水稻叶片氮素营养光谱诊断模型研究（摘要）

[目的]建立水稻叶片氮素营养光谱诊断模型。[方法]通过对不同水稻品种（湘优109和汕优98）、不同生长期、不同氮素水平的水稻叶片进行透射、吸收光谱及氮含量的测量,分析了叶片光谱与其含氮量之间的相关性,建立了水稻叶片含氮量的光谱指数预测模型。[结果]该模型检测精度在80%以上,可用于水稻氮素营养的诊断。[结论]为水稻氮素营养状况监测提供了理论依据。     

湖北省主要类型水稻土供钾能力的研究——Ⅲ.土壤钾资源状况与合理利用

用连续10次水稻耗竭盆栽试验,探讨了湖北省15种主要类型水稻土不同形态钾占土壤全钾含量的比例。结果是,难风化的白云母和长石类矿物中含钾量平均占90.0%;缓效钾平均占3.34%;有效钾贮量平均占11.1%;交换性钾平均占0.871%。盆栽水稻吸钾量与交换性钾和有效钾贮量呈极显著相关(r=0.7659,0.7695),与缓效钾贮量呈显著相关(r=0.6032)。这也间接证明难风化钾矿物不是钾源的提供者,从有效钾贮量看并不丰富,特别是鄂南地区稻土尤甚。强化钾素在农业内部循环,这才是有效利用土壤钾资源的重要措施。     

毛竹叶片重要营养元素的光谱敏感波段分析

以毛竹叶片为研究对象,利用ISI921VF-256野外光谱辐射仪获取毛竹叶片光谱反射率,分析毛竹叶片N、P、K含量和高光谱反射率的相关性,筛选N、P、K的光谱敏感波段与光谱敏感波长。结果表明,毛竹叶片N、P和K的敏感波段分别为700～850、600～750nm和450～560nm波段。毛竹叶片N含量在二阶导数光谱的光谱敏感波长为832nm;P含量在一阶导数光谱的光谱敏感波长为631nm;K含量在二阶导数光谱的光谱敏感波长为498nm。通过毛竹叶片的N、P、K含量与光谱敏感特性的相关性分析,对毛竹叶片重要营养元素的最佳光谱敏感波段研究以及高光谱预测反演具有重要意义。     

应用数理统计分析CM生物固氮肥的水稻肥效

研究CM生物固氮肥对水稻秧苗质量的影响，确定水稻生长发育的最大施肥量，提出了应用数理统计分析CM生物固氮肥的水稻肥效。采用正交设计的方式，并结合随机区组三次重复试验，进行了CM生物固氮肥的水稻肥效试验。试验地选择在浏阳市文家市镇大成村南盘组邱根成的责任田内，供试作物为中稻，组合为广两优143。试验结果表明，氮肥对水稻的生育天数、单株穗数、单穗粒数、千粒重和小区产量具有非常显著的影响，磷肥对水稻的单株粒重具有显著性影响，钾肥对水稻的农艺性状都没有显著性影响，通过数理统计分析，确定了水稻生长发育的最佳施肥量为每公顷375 kg尿素、450 kg过磷酸钙及0 kg硫酸钾。     

建立大田晚稻农学光谱估产模式研究初报

晚稻大田试验结果表明,不同氮肥水平的水稻冠层光谱反射率存在着极显著差异630～690nm,760～900nm和520～600nm等3个波段可作为检测晚稻氮的敏感波段。RVI与LAI,LN,Chl等农学参数之间存在着显著或极显著的相关性。单期RVI与晚稻产量之间存在着显著相关性,但用几个生育期的RVI复合建立的光谱估产模式的精度提高,相关性达到极显著水平。LAI-RVI多元复合估产模式的精度最高,为最佳单产农学光谱估产模式。文中还就单产农学光谱模式的认识及应用问题作了较深入地讨论。     

基于高光谱的水稻叶片氮素营养诊断研究

为快速、准确地实现水稻氮素营养诊断,以中嘉早17水稻为试验对象,设置4种施氮水平的水稻栽培试验,利用便携式地物波谱仪获取240组水稻分蘖期顶三叶在350~2 500 nm的光谱数据。随机将样本划分为训练集(160个样本)和测试集(80个样本)。首先,通过多元散射校正(MSC)、变量标准化校正(SNV)、平滑算法(SG)3种方法分别对原始光谱进行预处理;然后,采用主成分分析(PCA)和连续投影算法(SPA)对预处理后的光谱进行特征降维,选取累积贡献率超过99.98%的前24个主成分作为模型的输入变量,对于经过MSC、SNV和SG处理后的光谱数据,还分别筛选出12、15、19个特征波长;最后,应用支持向量机(SVM)基于上述处理分别建立水稻氮素营养诊断模型。结果表明,采用MSC-PCA-SVM模型进行水稻氮素营养诊断的识别准确率最高,其在训练集和预测集上的准确率分别达99.38%和97.50%。     

低钾胁迫对水稻部分生理生化特性的影响

在盆栽和水培试验条件下,对两种钾营养水平下不同水稻品种部分生理生化特性的差异进行了研究.结果表明,与不耐低钾品种相比,早稻耐低钾品种具有较高的叶绿素含量、硝酸还原酶活性、游离氨基酸酸总量、可溶性糖含量等特点.晚稻耐低钾品种在游离氨基酸总量、硝酸还原酶活性、过氧化氢酶活性等方面比不耐低钾品种强,而在叶绿素、可溶性糖含量上则较低.在低钾胁迫下,早稻耐低钾品种对钾离子的亲和力明显高于不耐低钾品种,晚稻两品种间对钾离子的亲和力无明显差异.同时还表明早晚稻间也存在着基因型差异.