小麥冠層和單葉葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的反射光譜監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)經(jīng)常被用于評(píng)價(jià)光合性能、植物營(yíng)養(yǎng)狀況以及環(huán)境脅迫對(duì)植株的影響。葉綠素?zé)晒庑盘?hào)對(duì)植物生長(zhǎng)的環(huán)境因素反應(yīng)靈敏，可以原理性地闡述植物的生理生化過(guò)程，所以本文以小麥植株為研究對(duì)象，基于兩年不同品種、密度、氮素處理下的小麥田間試驗(yàn)，采用植被指數(shù)法和連續(xù)小波分析方法提取葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的特征光譜，定量地分析不同處理下小麥葉片F(xiàn)v/Fm與植被指數(shù)和小波特征的關(guān)系，間接監(jiān)測(cè)小麥的生理生化動(dòng)態(tài)，為快速、準(zhǔn)確和無(wú)損地作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)提供了更

2、先進(jìn)的技術(shù)和理論基礎(chǔ)。
　　首先，基于小麥葉片葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)與不同生理生態(tài)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，篩選出能夠敏感監(jiān)測(cè)光合指標(biāo)、色素含量的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)Fv/Fm，系統(tǒng)分析了已有的監(jiān)測(cè)葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的植被指數(shù)和小麥葉片F(xiàn)v/Fm的定量關(guān)系?；?015-2016年獨(dú)立數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和2014-2015年小麥田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)的留一交互檢驗(yàn)結(jié)果顯示，單葉水平上D705/D722反演小麥單葉葉片F(xiàn)v/Fm的精度最高(R2=0.3487，

3、RRMSE=1.39％)。冠層水平上R440/R690、D705/D722和Dλρ/D744能較為精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)小麥冠層葉片F(xiàn)v/Fm。總之，D705/D722預(yù)測(cè)小麥葉片F(xiàn)v/Fm的效果均好。而且通過(guò)時(shí)間序列驗(yàn)證，與小麥葉片F(xiàn)v/Fm顯著相關(guān)的植被指數(shù)與小麥葉片F(xiàn)v/Fm趨勢(shì)一致，而且大體上相關(guān)性越高，趨勢(shì)越接近。
　　其次，由于植被指數(shù)只運(yùn)用幾個(gè)波段的信息，不能完全反映光譜的一個(gè)區(qū)間的信息，因此本研究采用一種可以捕捉到一定波長(zhǎng)范圍

4、內(nèi)光譜曲線形狀細(xì)小變化的連續(xù)小波分析方法，將高斯二階導(dǎo)函數(shù)作為小波母函數(shù)，提取與小麥葉片F(xiàn)v/Fm相關(guān)系數(shù)前1％的小波特征區(qū)域。單葉尺度上最佳小波區(qū)域主要集中在第四尺度702nm左右。同時(shí)763nm和687nm波段處的小波特征與小麥葉片F(xiàn)v/Fm的相關(guān)性也比較高。通過(guò)獨(dú)立數(shù)據(jù)驗(yàn)證，CWT(4，703)監(jiān)測(cè)小麥單葉葉片F(xiàn)v/Fm的精度最高(R2=0.5100，RRMSE=1.21％)，且高于所有植被指數(shù)。冠層尺度上，與小麥冠層葉片F(xiàn)v/F

5、m相關(guān)系數(shù)前1％的小波特征主要集中在第七尺度的726 nm附近。通過(guò)留一交互檢驗(yàn)，CWT(7，726)反演小麥冠層葉片F(xiàn)v/Fm的精度(R2=0.6467，RRMSE=1.38％)高于所有的植被指數(shù)。但是763nm和687nm波段處的小波系數(shù)與冠層葉片F(xiàn)v/Fm的相關(guān)性沒(méi)有在前1％的小波特征區(qū)間中得到體現(xiàn)。
　　總而言之，不論是在冠層尺度還是單葉尺度，連續(xù)小波分析方法監(jiān)測(cè)小麥葉片F(xiàn)v/Fm的精度要高于植被指數(shù)。本研究比較了不同尺度