不同施氮条件下小麦冠层的高光谱和多光谱反射特征

为了更好地利用冠层反射光谱特征监测小麦生长及氮素营养状况。以宁麦9号、淮麦20、徐麦26和扬麦10号四个小麦品种为材料，通过田间小区试验，研究了不同小麦品种在不同生育时期和不同氮素水平下冠层反射光谱的变化规律。结果表明，相同氮素水平下不同小麦品种冠层反射光谱的反射率有差异，且近红外部分差异较明显。小麦从拔节开始，随生育期的推进，冠层反射光谱在可见光波段的反射率先降低然后升高，以孕穗期反射率最低。随着叶片的逐渐变黄。反射率又增大，并且绿光波段的反射峰也逐渐消失。而近红外区反射率则表现出相反的趋势，以开花期为分界，先上升然后下降，直到成熟前降为最低。随着施氮水平的提高，冠层反射光谱在近红外反射平台（750-1300nm）的反射率呈上升趋势，而可见光部分反射率则下降，并且反射光谱的绿峰和红边位置也随着施氮水平的提高分别向蓝光方向（波长变短）和红光方向（波长变长）移动。     

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。     

基于高光谱遥感的小麦籽粒产量预测模型研究

为了确立能够准确预测小麦籽粒产量的敏感光谱参数和定量模型,于2003～2006年连续3个生长季,通过不同小麦品种和不同施氮水平的4个大田试验,在小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株氮含量、重量和叶面积指数及成熟期籽粒产量,定量分析小麦籽粒产量与冠层高光谱参数的相互关系.结果显示,小麦籽粒产量随施氮水平的提高而增加,不同地力水平间存在显著差异.灌浆前期叶片氮积累量和叶面积氮指数均能够较好地反映成熟期籽粒产量状况,而叶片氮含量和氮积累量及叶面积氮指数在拔节～成熟期的累积值与成熟期籽粒产量的回归拟合效果更好.对叶片氮含量和氮积累量及叶面积氮指数的光谱反演,在不同品种、氮素水平和年度间可以使用统一的光谱参数.根据"特征光谱参数-叶片氮素营养-籽粒产量"这一技术路径,以叶片氮素营养为交接点将模型链接,建立了基于灌浆前期高光谱参数及拔节期～成熟期特征光谱指数累积值的小麦籽粒产量预测模型.经两年独立试验数据检验表明,利用灌浆前期关键特征光谱指数可以有效地评价小麦成熟期籽粒产量状况,拔节～成熟期特征光谱指数的累积值能够稳定预报不同条件下小麦成熟期籽粒产量的变化.因此,利用冠层特征光谱指数可以快速无损地预报小麦成熟期籽粒产量.     

基于Prosail模型和Landsat 8数据的小麦冠层含水量反演比较

为对比分析Prosail模型和Landsat 8数据在植被含水量反演中的效果,以冠层等效水厚度为植被含水量指标,首先基于地面实测植被参数和Landsat 8波谱响应函数,得到基于Prosail模型的宽波段反射率,并基于模拟宽波段数据和TM8卫星数据构建归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）及两种归一化差值水分指数（NDWI）,评价每种指数与小麦冠层含水量的相关性,再基于模拟植被数据、TM8植被数据和小麦冠层含水量,开展植被水分含量的建模和验证分析。结果表明,基于Prosail模型模拟得到的NDWI5和基于Landsat 8构建的NDWI5在小麦冠层含水量反演中的精度均优于NDVI、EVI和NDWI7,且二者的反演精度较为一致,可为地面实测数据过少的区域植被冠层含水量遥感反演提供一种新的思路。     

基于近地高光谱与TM遥感影像的冬小麦冠层含水量反演

为探讨利用近地高光谱和TM遥感影像数据评估作物冠层水分状况的可行性,以北京顺义通州为研究区域,以冬小麦为研究对象,首先基于Landsat TM5的光谱响应函数,利用地面实测的冬小麦全生育期冠层高光谱窄波段反射率数据来模拟TM5卫星宽波段反射率,然后利用模拟的TM5数据的NIR波段(第4波段)和2个SWIR波段(第5和7波段)反射率分别构建水分指数(WI)和归一化差异水分指数(NDWI),并利用地面实测数据建立冠层叶片含水量(LWC)和等效水厚度(EWT)的遥感估算模型,最后选取最优的水分估算模型,利用TM5卫星遥感影像数据对研究区域小麦冠层水分含量进行反演与应用。结果表明,利用TM5数据中SWIR第5波段比第7波段构建的水分指数更有优势;WI对估算LWC的效果较好,而NDWI在EWT估算方面效果较好,应用TM5宽波段模拟数据模型验证的冬小麦冠层含水量的r2和RMSE分别为0.57和0.51、3.89%和0.024。同时从TM遥感影像的反演结果来看,开花期的冬小麦冠层水分高于拔节期。     

棉花缺肥症状及矫正技术

1缺氮症状及矫正技术1 .1缺氮症状。棉花需氮量较大 ,单株吸氮量约 2 .5～ 4.4g。苗期缺氮 ,叶片少而小 ,叶色淡黄 ,植株矮小 ,棉苗瘦弱 ,易染病害 ,其中第 2～ 4片真叶形成时 ,是氮素营养临界期 ;花铃期是氮素营养的最大效率期 ,氮素的增产效果最大。此时缺氮 ,上部叶色发黄 ,下部老叶变红 ,现蕾迟 ,开花少 ,蕾铃很小 ,茎秆变红 ;吐絮期缺氮 ,下部老叶枯落 ,吐絮提早 ,纤维变短 ,棉花产量低 ,品质差。1 .2矫正技术。深施基肥 ,有机肥配合氮素肥料进行全层深施 ;重施花铃肥 ,6月 2 5日前灌头水的 ,头水前追施氮肥总量的 1 5 % ;二水前追氮肥…     

不同玉米品种氮胁迫响应及诊断参数确定

本研究以两个不同玉米品种(冀玉5817和郑单958)为研究对象，同步获取其关键功能叶片(玉米生育前期为最上部完全展开叶、吐丝后为穗位叶)氮含量和光谱反射率，分析不同施氮水平下两个品种关键功能叶片氮含量的响应特征和产量反应。研究表明，不同品种在整个生育期的叶片氮含量的变化整体趋势一致，两个玉米品种最优氮处理均为180kg/hm²，冀玉5817氮含量在成熟期之前普遍高于郑单958，两个品种对不同氮处理响应有所差异。本研究建立基于优化处理的氮素丰缺诊断指标，即氮胁迫指数(NSI)和氮胁迫光谱指数(NSSI)。基于光谱参数NVI(570，670)构建的NSSI对缺氮响应比较敏感，并且对两个品种均适用。该方法及其构建的参数通过与同条件下优化处理进行比较，避免了氮素营养的光谱诊断受品种和生育期的影响，并且光谱参数可实时、快速和无损地获取，为玉米生育期内氮肥的优化调控提供了依据。     

水分胁迫条件下氮素营养对不同冬小麦基因型的生理效应

为给旱地小麦高产栽培和氮素高效利用提供依据,以水氮高效型品种小偃22和水氮低效型品种小偃6号为供试材料,通过水培试验,研究了水分胁迫下介质氮素营养对冬小麦幼苗根系和冠层干重、叶片相对含水量、根系活力、叶片叶绿素含量(SPAD值)等生理指标的影响.结果表明,水分胁迫和介质氮素供应对小麦幼苗各生理指标均有显著影响.水分胁迫下,介质供氮显著提高冠层干重、叶片相对含水量、根系活力及叶片叶绿素含量,降低根干重.而在供氮条件下.水分胁迫导致小偃22根系和冠层干重均明显降低,而小偃6号根系和冠层干重均明显增加,两个品种的叶片相对含水量(P<0.05)和根系活力(P>0.05)显著降低,培养阶段前期的叶片叶绿素含量提高.在介质缺氮条件下,水分胁迫使小偃22和小偃6号冠层干重分别增加和下降,两个品种根干重和叶片叶绿素含量均明显下降,叶片相对含水量和根系活力均增加.说明改善介质氮素营养可增强水分胁迫下小麦抗旱能力,促进冠层干物质积累,同时也增大小偃22根、苗干物质积累和两个品种叶片相对含水量对水分胁迫的敏感性,而降低了小偃6号根系和冠层干物质积累及两个品种根系活力和叶绿素含量对水分胁迫的敏感性.     

优质稻施氮量研究

本文采用两因素多水平裂区试验设计方法研究了三个优质稻品种和一个高产杂优组合在五种氮素水平下的产量表现，群体冠层结构和物质生产结构特点，得如下结果：优质稻对氮素的需求量比高产杂优组合特优６３低，一般在中等氮素水平，就能充分发挥其生产潜力在三个优质稻品种，以金晚５号丰产性最好，表现为穗多粒多，群体冠层结构较好，８８０６８因其籽粒大小，珍优１号则因穗数大小，后期群体冠层结构较差，而影响它们的丰产性，无论     

不同氮素水平下甜菜的光谱响应

为研究甜菜叶片冠层光谱反射率与甜菜植株生理参数之间的关系,测定不同施氮条件下甜菜冠层光谱反射率及对应植株各部位干重、含氮量,对数据进行相关分析,以期揭示甜菜光谱与植株生物量之间相关关系,为甜菜氮肥精确施用奠定基础。研究表明,生产中可以利用高光谱遥感技术对甜菜植株的氮含量及其他生理参数进行监测。1000nm、1020nm、1040nm三个波段的光谱反射率分别与甜菜叶丛干物质积累量、块根干物质积累量、植株干物质积累量的拟合程度最高,这3个波段可用于建立光谱反射率与甜菜吸氮量的拟合方程。采用分时期分析方法建立拟合方程拟合程度较高。     

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。     

基于叶片高光谱特征的小麦白粉病严重度估算模式

为了解白粉病胁迫下小麦叶片特征并预测其危害程度,基于大田小区和温室盆栽小麦白粉病接种试验,采用高光谱仪测定受白粉病不同程度危害的冬小麦叶片光谱反射率,并分析光谱特征参数与白粉病严重度间的关系。结果表明,随着小麦白粉病病情的加重,在可见光350~700nm波段内,叶片光谱反射率增加;而在700~1050nm近红外波段内,叶片光谱反射率明显降低。400~500nm和610~690nm为光谱敏感波段,在650~680nm波段相关系数最高(r0.75)。光谱参数MCARI、PSRI、VARIgreen和AI对叶片病害严重度拟合效果较好,决定系数(R2)变化范围为0.77~0.82,标准误差为9.34~10.14。模型检验表明,小麦单叶片病害严重度超过10%时,检验结果较为理想,单叶片病害严重度低于10%时,则定量估算误差偏大,10%严重度可作为光谱法识别小麦白粉病的临界值。光谱参数MCARI和VARIgreen对小麦白粉病反应敏感,估算误差较小,可作为小麦白粉病严重度的最佳估算模型。     

多遥感光谱指标结合进行大田冬小麦叶片叶绿素含量估测研究

为解决大田冬小麦叶片叶绿素含量估测模型精度低、通用性弱的问题,在获取冬小麦拔节期和抽穗期冠层红光波段反射率(BR_red)和近红外波段反射率(BR_nir)的基础上,计算归一化差值植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、比值植被指数(RVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、改进型比值植被指数(MSR)、重归一化植被指数(RDVI)、II型增强植被指数(EVI2)和非线性植被指数(NLI)等8个植被指数。经统计分析,选择与叶片叶绿素含量(SPAD值)相关性较好的5个遥感光谱指标(NDVI、MSR、NLI、BR_red和RVI)作为输入变量,建立了冬小麦叶片叶绿素含量的BP神经网络估测模型(WWLCC_BP),并对估测模型进行精度验证。结果表明,WWLCC_BP估测模型在拔节期估测的决定系数(r²)为0.84,均方根误差(RMSE)为5.39,平均相对误差(ARE)为9.87%。抽穗期的估测效果与拔节期较为一致。将WWLCC_BP和高分六号影像...     

小麦叶面积指数的模拟模型研究

小麦叶面积指数计算为群体绿叶与比叶面积的乘积，而绿叶重为其分配指数的地上部干重的乘积。建立了绿叶分配指数与生理发育时间之间的曲线关系。结果表明，模型能较好地模拟叶面积指数的变化动态，其平均相对误差小于10％。     

基于Sentinel-2多光谱数据和机器学习算法的冬小麦LAI遥感估算

为了丰富大田尺度下冬小麦叶面积指数的遥感估算方法并提高估算精度,以关中地区冬小麦为对象,基于Sentinel-2多光谱卫星数据与地面同步观测的冬小麦叶面积指数样点数据,应用偏最小二乘回归(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)和随机森林(RF)法构建冬小麦叶面积指数估算模型,进行区域冬小麦叶面积指数遥感反演。结果表明,Sentinel-2多光谱卫星影像中心842nm近红外B8波段与冬小麦叶面积指数相关性最好,样本总体相关系数为0.778;植被指数中反向差值植被指数(IDVI)与冬小麦叶面积指数相关性最好,样本总体相关系数为0.776。各种估算模型中LAI-RF模型预测效果最佳,r~2为0.72,RMSE为0.53,RE为16.83%。基于LAI-RF估算模型,应用Sentinel-2多光谱卫星数据较好地反演了研究区冬小麦叶面积指数区域分布,其结果总体上与地面真实情况接近,说明以Sentinel-2卫星影像数据建立LAI-RF估算模型,可应用于区域冬小麦LAI反演制图。     

关中冬小麦叶片氮素含量高光谱遥感监测模型

为给黄土高原大范围的冬小麦氮素营养遥感监测提供理论依据,通过田间试验,研究了冬小麦叶片氮素含量遥感监测的最佳生育时期、最敏感波段及其他最优光谱参量。结果表明,灌浆期是利用高光谱遥感监测冬小麦叶片氮素营养状况的最佳生育时期;在拔节、抽穗和灌浆期680nm波段光谱反射率R680均能较好地反映冬小麦叶片氮素含量,基于光谱位置以及叶面积指数的光谱参量也能较好地反映冬小麦叶片氮素含量。拔节期、抽穗期和灌浆期分别以680nm波段光谱反射率R680、绿峰反射率Rg和植被指数(SDr-SDb)/(SDr+SDb)对小麦叶片氮素含量的拟合效果最佳,其回归方程分别为Y=27.54-280.247 X+1456.245 X2、Y=8.632 X-0.24和Y=25.83 X1.012。     

Remote Assessment of Wheat Canopies under Various Cultivation Conditions Using Polarized Reflectance

Abstract

The polarization of light reflected from crop canopies gives information on the canopy structure, such as the distribution of leaf inclinations. In order to verify those findings and to put the technique to practical use, we conducted two experiments in wheat fields. In the first experiment, the reflectance and polarized reflectance at 660 nm in the canopies of wheat plants, sown in both narrow and wide rows, and at two levels of topdressing, were measured periodically with a spectropolarimeter. We also probed the leaf orientation geometry of the plants using a 3-D digitizer and a plant canopy analyzer (LAI-2000). In the second experiment, we observed the polarization of light reflected from wheat planted in plots fertilized with basal dressing, and topdressing at the jointing and booting stages. Polarization showed a seasonal change with an upward convex clearly indicating the heading time. This pattern was not found by conventional band reflectance. Using polarization, it was possible to detect the differences in row width and fertilization conditions during the booting stage. The mean leaf inclination angle (MLI) detected with the 3-D digitizer and the mean tip angle (MTA) detected with the LAI-2000 were relatively closely correlated with the polarization than the reflectance at 660 nm and normalized difference vegetation index (NDVI) that was derived from the reflectance at 660 nm and 830 nm. Topdressing at the jointing stage was well detected by polarization obtained at the heading stage. Polarization measurements are useful in practical terms for remote detection of changes in stand geometry induced by cultivation management such as topdressing.     

夏玉米冠层反射光谱与植株水分状况的关系

通过不同夏玉米品种生育期内冠层叶片含水率与不同波段组成的比值指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)进行线性、指数、对数、幂函数以及多项式回归分析,研究不同品种夏玉米的冠层叶片和植株水分状况与反射光谱之间的相关关系。结果表明,冠层叶片和植株含水率与460～670nm范围内波段反射率均成负相关,与730～1260nm范围内波段反射率均成正相关。其中冠层叶片含水率与460、500、600、650、670nm范围内波段反射率均呈显著相关,而植株含水率与460、500、600、650、670、780、800、850、900、950、1050nm范围内波段反射率相关性也较高。冠层叶片含水率与归一化植被指数(NDVI)相关性均达到极显著水平,与比值指数(RVI)相关性中只有RVI(950,550)、RVI(850,730)、RVI(800,730)和RVI(780,730)4个波段呈极显著正相关。RVI与叶片含水率相关性以RVI(850,730)最优,NDVI与叶片含水率相关性以NDVI(1050,550)最优。植株含水率也与RVI和NDVI呈正相关,相关性均较好,但NDVI优于RVI。RVI与植株含水率相关性以RVI(800,500)最优,决定系数为0.8490;NDVI与植株含水率相关性以NDVI(780,650)最优,决定系数为0.8645。     

Relationships between ground cover,intercepted solar radiation,leaf area index and infrared reflectance of potato crops

Summary In field trials with potato several methods determining the proportion of intercepted solar radiation by the crop were compared. Non-destructive measurement of the proportion of ground cover with the aid of a grid correlated well with the proportion of intercepted photosynthetically active radiation as measured with a tube solarimeter and with the leaf area index. Measurement of the infrared reflectance of the crop proved to be an efficient and objective method to show differences between treatments. Moreover, it showed a good correlation with ground cover and radiation interception until full closure of the canopy. Percentage ground cover is useful for assessing intercepted solar radiation and leads to fewer errors in calculation of efficiency of conversion into dry matter than the other methods.