蘋果樹冠層氮素、葉綠素及葉面積指數(shù)的高光譜估測(cè).pdf

1、高光譜遙感技術(shù)具有光譜分辨率高、波段連續(xù)性強(qiáng)、光譜信息量大的優(yōu)點(diǎn)，能夠及時(shí)了解植物的生理生態(tài)變化和營(yíng)養(yǎng)狀況，對(duì)精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)蘋果冠層光譜信息進(jìn)行提取與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)蘋果長(zhǎng)勢(shì)和營(yíng)養(yǎng)狀況的實(shí)時(shí)、無(wú)損監(jiān)測(cè)。
　　 山東省蘋果分布集中、面積大，具有良好的研究場(chǎng)所。本研究選擇蘋果優(yōu)勢(shì)區(qū)域——泰沂山區(qū)蒙陰縣為研究區(qū)，采用ASD FieldSpec3地物光譜儀探測(cè)與室內(nèi)試驗(yàn)分析相結(jié)合的定量方法，在實(shí)測(cè)蘋果春梢停止生

2、長(zhǎng)期冠層光譜反射率和葉面積指數(shù)的基礎(chǔ)上，同步采集蘋果葉片樣品，室內(nèi)測(cè)定蘋果葉片的葉綠素和氮素含量。利用光譜微分技術(shù)、植被指數(shù)分析、多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)等技術(shù)手段，通過(guò)分析春梢停止生長(zhǎng)期蘋果冠層高光譜特征，篩選敏感波段和光譜參數(shù)，確立氮素營(yíng)養(yǎng)和長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)的適宜光譜參數(shù)及相應(yīng)估測(cè)模型。主要結(jié)論如下:
　　 (1)初步探討了春梢停止生長(zhǎng)期蘋果冠層的高光譜特征
　　 蘋果冠層高光譜曲線形狀與典型植被相似，在400～700nm可見光區(qū)，

3、冠層光譜反射率主要受葉綠素的影響，在藍(lán)光和紅光區(qū)域有反射谷，在綠光區(qū)域反射光譜曲線略有上升，出現(xiàn)一個(gè)反射峰;在700～750nm間光譜曲線陡直上升;在760～1300nm近紅外波段，由于冠層和葉內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)等影響，出現(xiàn)“紅外高臺(tái)階”，有反射谷存在;在1560～2300nm內(nèi)，冠層光譜存在兩個(gè)波峰，主要受蘋果葉內(nèi)水含量和大氣的含水量影響;在1980nm附近反射率出現(xiàn)明顯的跌落，主要取決于大氣的含水量。這些光譜信息為進(jìn)一步利用冠層反射光譜監(jiān)測(cè)

4、蘋果樹生長(zhǎng)狀況和氮素營(yíng)養(yǎng)狀況提供了基礎(chǔ)。
　　 (2)建立了基于蘋果冠層高光譜特征的氮素含量估測(cè)模型
　　 利用冠層高光譜分析技術(shù)，提取了與氮素含量相關(guān)的敏感波段，基于敏感光譜波段研究構(gòu)建各類光譜參數(shù)，研究了蘋果冠層氮素營(yíng)養(yǎng)狀況與冠層反射特征光譜的定量關(guān)系，建立了氮素含量的敏感光譜參數(shù)及預(yù)測(cè)方程。春梢停止生長(zhǎng)期蘋果冠層氮素含量的敏感波段主要存在于近紅外平臺(tái)和可見光區(qū)，其中，紅邊區(qū)域表現(xiàn)最為顯著。以植被指數(shù)NDSI(170

5、0，965)為自變量的模型N=2.070+1.448 NDSI(1700,965)、以R"717為自變量的模型N=1.96+2131.487R"717和以R"717、R"976為自變量的模型N=1.999+1712.751R"717+1057.679R"976估測(cè)效果最佳。
　　 (3)探明了蘋果樹冠層LAI與高光譜參量的關(guān)系
　　 根據(jù)春梢停止生長(zhǎng)期蘋果冠層光譜特征與其LAI的相關(guān)性，提取對(duì)LAI反應(yīng)敏感的波段區(qū)域，運(yùn)

6、用逐步線性回歸分析方法建立蘋果LAI的估測(cè)模型。結(jié)果表明，隨著LAI的提高，蘋果冠層光譜反射率呈遞增趨勢(shì)。利用篩選得到的敏感波段構(gòu)建的估測(cè)模型，其中以原始光譜753nm為自變量的估測(cè)模型和一階微分732nm、564nm組合的估測(cè)模型預(yù)測(cè)效果最佳。從構(gòu)建的模型來(lái)看，原始光譜與一階微分光譜均可實(shí)現(xiàn)對(duì)蘋果LAI快速準(zhǔn)確地估測(cè)。
　　 (4)探明了蘋果樹冠層葉綠素含量與高光譜參量的關(guān)系
　　 選擇植被指數(shù)形式，構(gòu)建了敏感波段區(qū)域

7、范圍內(nèi)所有兩波段組合的植被指數(shù)，通過(guò)相關(guān)分析、模型構(gòu)建以及精度檢驗(yàn)，確定蘋果冠層葉綠素含量的敏感波段區(qū)域?yàn)?00-1350nm。通過(guò)分析構(gòu)建的植被指數(shù)與蘋果冠層葉綠素含量的相關(guān)關(guān)系，確定以CCI指數(shù)為自變量建立的估測(cè)模型為最佳估測(cè)模型，為蘋果冠層葉綠素含量的無(wú)損檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。
　　 本研究初步探明了春梢停止生長(zhǎng)期蘋果樹冠層的光譜特征，探索蘋果樹冠層N素含量、葉綠素含量及葉面積指數(shù)的高光譜估測(cè)機(jī)理與定量估測(cè)模型，提出基于高光譜的