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《南京农业大学》 2003年
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基于冠层反射光谱的水稻水分及稻麦生长监测

田永超  
【摘要】: 无损实时监测作物水分状况是遥感和信息农学领域的一个重要研究课题,对于作物精确灌溉和节水生产具有极其重要的意义。本研究通过不同水氮处理下的盆栽试验和池栽试验,探明了水稻冠层光谱与植株水分及生长状况的关系,建立了基于冠层反射光谱的水稻水分状况监测模型、稻麦叶片光合和生长监测模型以及小麦籽粒蛋白质和淀粉积累动态监测模型,为作物生长地无损监测与智能诊断提供了依据。 研究了不同土壤水氮条件下水稻冠层光谱反射特征与植株水分状况的量化关系。水稻冠层近红外光谱反射率随土壤含水量的降低而降低,短波红外光谱反射率随土壤含水量的降低而升高。相同土壤水分条件下,高氮水稻的冠层含水率高于低氮水稻的冠层含水率;同一水分条件下,高氮处理的可见光区和短波红外波段光谱反射率低于低氮处理,近红外波段光谱反射率高于低氮处理。发现拔节后比值植被指数(R_(810)/R_(460))与水稻叶片含水率和植株含水率呈极显著的线性相关;比值指数与归一化指数的比值与水稻叶片水势、相对含水率呈良好的线性相关。表明冠层反射光谱可较好地反映水稻植株的水分状况。 明确了不同土壤水氮条件下水稻叶位含水率、含氮率、SPAD值和光合速率的动态变化特征。拔节至抽穗前后,叶片含水率大小为:WL1<WL2<WL3<WL4;随胁迫时间的推移,灌浆期后不同水分处理间叶位水分变化规律随处理而出现差异,W3和W5处理下水稻叶片水分变化趋势不变,而W1和W2处理下叶片含水率的变化表现为相反规律。不同叶位SPAD值随水分胁迫程度而表现不同,拔节至抽穗期,W1、W2、W3和W5处理下SPAD变化规律基本一致:SPADL2>SPADL3>SPADL4,而SPADL1总是小于SPADL2;抽穗后,W1、W2处理下叶位SPAD变化趋势为SPADL1<SPADL2<SPADL3<SPADL4,而W3、W5的变化规律则相反,高氮和低氮处理趋势一致。不同叶位氮含量的变化与SPAD表现为一致的变化规律。不同水分处理下水稻叶片叶位净光合速率变化趋势为:PSL1>PSL2>PSL3>PSL4。发现水稻下部叶片与上部叶片之间含水率、氮含量和光合速率的比值或差值与冠层叶片含水率、氮含量和光合速率呈显著的线性相关。 阐明了不同土壤水氮条件下水稻叶片光合变化特征及其与冠层光谱反射特征的量化关系。发现比值植被指数R_(810)/R_(680)与水稻叶片净光合速率有良好的线性相关关系,而比值指数R_(610)/R_(460)与小麦群体光合势呈良好的指数相关关系。利用不同年份的两个不同水稻试验和一个小麦试验资料分别对水稻和小麦叶片光合诊断进行了检验,表明比值指数R_(810)/R_(680)和R_(610)/R_(460)可以较好地监测不同水氮条件下水稻和小麦叶片的净光合速率。 探明了稻麦冠层光谱日变化及生育期变化特征,确立了冠层反射光谱与叶面积指 数、地上部鲜重和干重的量化关系。发现土壤水分克足及土壤干旱条件下,可见光波 段(45M00nm和短波红外波段(12001700tUn)日变化一致,冠层光谱大,1、为:14时 八2时司 时,而前者近红外眼*001 光谱大小为:14时H 时司2时;后者 则为:ic时八4时司2时。水稻可见光波段光抓射率前期维持较小的值,移栽后开始 缓慢下降且在拔节前后出现极低值,然后逐渐升高,到灌浆盛期后又有下降趋势;而 红外波段反射率变化呈现M形状,在拔节和灌浆期出现低峰值,在抽穗期前后出现 极大值。1480~1650urn波段的反射率则变化不大,成熟时所有波段的反射率都增加; 但干旱胁迫下前期低峰值推迟,高峰值维持时间短。,]、麦可见光波段反射率变化懈 同水稻,但红外波段反射率变化规律有所差异,表现为光谱观率在整个生育进程中 大致呈下降趋势。同时发现,R76晰l。和fulo/RI。分别与稻麦叶面积指数呈极显著线 性和对测目关;R1650/Rl100与稻麦地上部鲜重呈极显著指数相关关系。 建立了不同土壤水氮条件下抽穗后小麦叶片SPAD值、冠层光谱反射特征与叶片 氮素状况和主要籽粒品质指标的相关关系/小麦抽穗后叶片氮积累量与叶片SPAD值、 冠层反射光谱分别呈显著的指数和线性相关;籽粒蛋白质积累量与叶片氮积累量呈显 著线性负相关,而成熟期籽粒蛋白质积累量与穗后叶片氮转运量呈线性正相关。发现 叶片SPAD值与籽粒蛋白质和淀粉积累量分别呈M次抛物线关系;比值指数民办民l。 和R1500lR66。分别与蛋白质积累量和淀粉积累量是显著负指数相关关系。因此,叶片 *PAD值和比值植被指数可以用来预测单位土地面积上小麦籽粒生长过程中蛋白质和 淀粉的积累动态。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S511

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【引证文献】
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4 记者 为华;稻麦最低收购价提高[N];扬州日报;2010年
5 本报记者 朱新法;他“种”过一亿多亩水稻[N];新华日报;2009年
6 通讯员 周卫华记者 陈敬农;安徽稻麦单产总产攀升[N];科技日报;2007年
7 记者 杨怀周 通讯员 王运清 李凤之;平明成立稻麦产业化协会[N];连云港日报;2008年
8 王本琦;新型自驱式稻麦割晒机在黑龙江问世[N];经济日报.农村版;2006年
9 ;植物纤维(稻麦壳)餐具[N];中国乡镇企业报;2001年
10 本报记者 韩勖;建筑:设计师的双手解放了[N];计算机世界;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 黄爱军;江淮地区近50年农业气候资源时空变化及稻麦生产响应特征研究[D];南京农业大学;2011年
2 胥涛;利用反射光谱和热辐射探测月球表面物质的理论和方法[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2004年
3 王维;适度土壤干旱对稻麦碳氮营养运转的调节作用及其机理[D];扬州大学;2003年
4 谭昌伟;稻麦主要调优栽培指标的遥感监测研究[D];扬州大学;2010年
5 王颖;鲜红斑痣光动力治疗的监测与治疗方案优化设计[D];中国人民解放军军医进修学院;2008年
6 韩婕;基于生物模板的光功能复合材料研究[D];上海交通大学;2012年
7 杨勇;稻渔共作生态特征与安全优质高效生产技术研究[D];扬州大学;2004年
8 张辉;红外迷彩伪装织物研究与实践[D];东华大学;2006年
9 艾应伟;不同覆盖条件下稻麦轮作体系的产量效应与氮肥去向研究[D];中国农业大学;2003年
10 周冬琴;基于冠层反射光谱的水稻氮素营养与籽粒品质监测[D];南京农业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田永超;基于冠层反射光谱的水稻水分及稻麦生长监测[D];南京农业大学;2003年
2 马吉锋;基于叶片叶绿素荧光参数的麦稻氮素营养监测研究[D];南京农业大学;2006年
3 吴延华;秸秆还田条件下稻麦生产密肥调控技术研究[D];安徽农业大学;2010年
4 张涛;淮安稻麦生产养分投入与产出及其相互关系的研究[D];南京农业大学;2004年
5 姜军;稻麦农田氮素供应动态模型研究[D];南京农业大学;2004年
6 回文静;量子阱中激子效应对微腔激光器的影响[D];河北工业大学;2006年
7 王志霞;多元金属硒化合物的合成、结构和性能研究[D];北京化工大学;2002年
8 吴建虎;关于土壤有机质直接测定系统测量精度改进措施的研究[D];山西农业大学;2004年
9 陈恭敬;光学薄膜常数计算方法与测量系统的研究[D];电子科技大学;2005年
10 冯秀玲;多元金属硫族化合物的固体合成和表征[D];北京化工大学;2003年
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