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《湖南农业大学》 2012年
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基于冠层反射光谱的油菜光合及生长监测

雷利琴  
【摘要】:随着精细农业的发展,光谱数字技术已成为数字农业的重要研究方法。绿色植物具有典型的光谱特性,在作物生长过程中,不同的肥水管理、栽培措施及品种类型导致作物生长状况发生变化,从而会形成独特的光谱特征。本文主要阐述了农业光谱数字技术研究的重要意义,介绍了农业光谱技术的原理以及植物的光谱特性,分析了农业光谱技术研究的现状和存在的问题,并介绍了光谱技术在作物科技上的应用,包括作物光合、生长、含水量、氮素营养、产量和品质等监测上的应用。 净光合速率是衡量光合作用的量的重要指标,作物净光合速率的无损快速监测对于指导作物田间的实时管理及生产力的预测预报具有重要意义。以1613油菜品种在不同田间肥密水平下的田间试验为基础,系统研究了油菜叶片及角果光合速率与冠层反射光谱的定量关系。结果显示:RSI(R76o.R766)与油菜叶片净光合速率呈显著线性相关,NDSI(R951.R948)与油菜角果净光合速率呈显著线性相关。利用不同年份的油菜试验对油菜叶片和角果净光合速率监测模型进行了检验,模型的检验误差RMSE分别为0.747和0.349。表明RSI(R760,R766)和NDSI(R951.R948)分别可以较好地监测不同肥密条件下油菜的叶片净光合速率和角果净光合速率。 作物叶绿素状况是光合效率评价、健康状况监测及氮素营养管理的重要指标,对其实时无损监测对作物生长诊断、产量佑算及氮素管理具有重要意义。本文以不同施氮和种植密度水平的田间试验为基拙,分析了油菜叶绿素含量与冠层高光谱参数的定量关系,提出了油菜叶片叶绿素状况的监测模型,并系统比较了各监测模型的预测精度。结果表明,由油菜冠层光谱反射率组成的归一化光谱指数NDSI(R2207,R618)与油菜叶片叶绿素含量呈显著的线性和指数函数关系,建立的监测模型经检验也有比较高的拟合精度。 研究了不同肥密条件下油菜冠层光谱的生育期变化特征,建立了冠层反射光谱反射率与叶面积指数的定量关系。结果表明,油菜叶面积指数的敏感波段范围主要在680-1110nm和450-750nm区域内,其中该区域的722nm和721nm波段的NDSI(R722,R721)建立的指数函数监测模型预测精度比较高,检验达到了显著拟合水平,其决定系数R2最大为0.5207,相对均方差根RRMSE比较小为0.731。 干重是描述作物长势的重要参数,干重实时动态监测对油菜生长监测和管理调控具有重要意义。为确定多种光谱指数预测油菜植株干重的准确性,以建立可靠的植株干重的定量监测模型,本研究连续两年采用不同肥密处理的油菜大田试验,在油菜不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定干重。试验结果显示,植株干重与冠层光谱反射率间敏感波段组合为1036nm和1035n、1200nm和1158nm,前者构建的监测模型拟合决定系数R2都为0.57,标准误(SE)都为9.6,后者构建的监测模型拟合决定系数(R2)都为0.62,标准误(SE)都为10.044。对于不同试验条件下的干重,可以使用统一的光谱参数进行定量反演,其中基于NDSI(R1200.R1158)(?)RSI(R1200.R1158)等光谱参数的方程拟合效果较好。 作物氮素状况是掌握长势、提高产量和改善品质的重要指标,植株氮含量的实时无损监测对作物生产潜力估测及氮素管理具有重要意义.本文的目的是综合分析油菜叶片氮含量和积累量与冠层高光谱及参数的关系,比较多种高光谱参数佑算植株氮含量的效果,从而确立油菜植株氮素状况的定量监测模型.本研究充分利用光谱遥感技术的无损适时监测的特点,基于不同种植密度、不同氮素水平和不同生育时期条件下的油菜大田试验资料,利用归一化光谱指数和比值光谱指数与植株氮含量进行系统的相关分析,比较分析了不同形式光谱参数对植株氨含量的模拟效果及其模型预测能力,结果显示由NDSI (R816,R760)建立的指数函数监测模型以及由RSI(R791,R760)建立的幂函数监测模型都可以很好地模拟植株氮含量,模型检验结果也表明,这两个模型的预测值和实测值都达到了显著拟合水平。 综合分析讨论了光谱监测技术在不同肥密处理下的油菜光合及生长监测上的具体应用,具体应用包括油菜净光合速率监测、叶片叶绿素含量监测、叶面积指数监测、植株氮含量监测、植株干重监测,明确了今后研究的思路,最后总结了该研究的主要成果。
【学位授予单位】:湖南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S565.4

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【参考文献】
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