不同光照處理對烤煙品質(zhì)的影響及氮化物的高光譜監(jiān)測研究.pdf

1、定量監(jiān)測作物生理生化成分狀況是國內(nèi)外近年來農(nóng)業(yè)遙感的重要研究領(lǐng)域。利用無損、快速、準確、實時的方法來估測作物的生理生化成分是精準農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。本研究以烤煙品種云煙87為對象，基于不同年份，不同光質(zhì)、光強和光照時間的大田試驗，在葉片的尺度上，運用光譜分析技術(shù)，從海量高光譜信息中挖掘有效信息，探索了指示烤煙葉片氮素、煙堿和色素狀況的敏感光譜參數(shù)和核心波段，進而建立準確性高、普適性強的烤煙葉片氮素、煙堿和色素指標的監(jiān)測模型，從而為空

2、間遙感信息的解析利用提供理論基礎(chǔ)，為烤煙氮素、煙堿和色素含量的實時監(jiān)測和精確診斷提供有效的技術(shù)支撐。
　　首先研究了不同光照條件對煙葉生長過程中氮素、煙堿和色素動態(tài)積累及對烤后煙葉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明:改變自然狀態(tài)下的光質(zhì)、降低光照強度或減少光照時間，均可導致烤后煙葉中有機酸總量上升，但同時也均降低了中性致香物質(zhì)的總量。覆蓋不同顏色濾光膜的光質(zhì)處理在烤煙生長中后期均提高了葉片總?cè)~綠素a，葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量。黃光比例的增加

3、可在整個大田生育期提高煙葉中煙堿含量，降低總氮含量。紅光比例的增加，提高了烤后煙葉中總氮和鉀含量，同時降低了總糖、還原糖、煙堿、淀粉和石油醚提取物的含量。不同程度的光強處理均使煙葉中總氮含量升高，并降低了烤后煙葉中的煙堿含量;中度和重度遮蔭(S2，S3)則提高了烤后煙葉中的總氮含量和中部葉的鉀含量，并降低了中部葉的淀粉含量。不同生育期遮蔭，減少正常光照時間，均促進了煙葉中煙堿、氮素和色素含量的增加;而大田生育期全部遮蔭(T3)則明顯降低

4、了烤后煙葉中還原糖、總糖、淀粉和石油醚提取物的含量，同時提高了烤后煙葉中總氮和鉀的含量。不同的光線試驗結(jié)果可為實際生產(chǎn)中改善煙葉品質(zhì)提供理論指導。
　　基于不同光照處理下烤煙葉片中氮素、煙堿和色素等氮化物含量變化同光譜反射率的關(guān)系，首先利用減量精細采樣法，系統(tǒng)分析了不同光質(zhì)條件下350-2500nm光譜范圍內(nèi)任意兩波段的光譜反射率組合構(gòu)建的歸一化植被指數(shù)(NDVI)，比值植被指數(shù)（SRI）同烤煙葉片中氮素狀況的定量關(guān)系，并構(gòu)建了基

5、于敏感指數(shù)和核心波段的烤煙葉片氮素狀況監(jiān)測方程。結(jié)果顯示:預測烤煙葉片中氮含量的最佳光譜指數(shù)為NDVI(1970，650)和SRI(590，1980)，核心波段為590nm，650nm，1970nm，1980nm，核心波段范圍主要集中在可見光和短波紅外范圍內(nèi)?；诿舾泄庾V指數(shù)(NDVI(1970，650)和SRI(590，1980))建立了不同類型的氮含量預測模型（線性模型，逐步回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）并用另一年份的獨立試驗數(shù)據(jù)對模型進

6、行了檢驗，模型的精確度和穩(wěn)定性均較好，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最佳，可用來預測不同光質(zhì)條件下的煙葉氮含量。
　　在闡明不同光強試驗條件下不同生育期烤煙單葉光譜反射率和煙堿含量變化的基礎(chǔ)上，分析確立了基于烤煙單葉高光譜參數(shù)監(jiān)測葉片煙堿含量的可行性。結(jié)果表明:旺長期不同光強處理間的光譜反射率差異最為明顯，烤煙葉片光譜反射率隨著遮蔭程度的增加而降低。建立的新的預測烤煙葉片煙堿狀況的最佳光譜指數(shù)為NDVI(2150，610)和SRI(450，500

7、)，核心波段為450nm，500nm，610nm和2150nm，敏感波段主要集中在可見光波段和短波紅外波段。根據(jù)敏感光譜指數(shù)NDVI(2150，610)和SRI(450，500)所建立的四種預測煙堿含量的模型中(線性模型NDVI(2150，610)和SRI(450，500)，逐步回歸模型，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），決定系數(shù)R2分別為0.796，0.810，0.842，和0.968，均方根誤差RMSE依次為0.784，0.958，0.883和0.1

8、09。說明高光譜遙感可用來快速、無損、準確地監(jiān)測烤煙葉片的煙堿含量和遮蔭狀態(tài)。
　　在葉片尺度上系統(tǒng)分析了不同光照時間處理下350-2500nm光譜范圍內(nèi)任意兩波段組合構(gòu)建的歸一化植被指數(shù)NDVI，比值植被指數(shù)SRI和差值植被指數(shù)與葉綠素a含量的定量關(guān)系，并進一步建立了葉綠素a的監(jiān)測模型。結(jié)果表明:烤煙葉片葉綠素a含量的敏感波段主要存在于可見光區(qū)域和短波紅外區(qū)域。估算葉綠素a含量的最佳光譜指數(shù)分別為NDVI(470，440)，SR

9、I(580，2090)及DSI(440，470)，核心波段為440nm，470nm，580nm和2090nm。基于三個新的光譜指數(shù)NDVI(470，440)，SRI(580，2090)及DSI(440，470)所構(gòu)建的不同類型（線性，指數(shù)，對數(shù)，冪和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的葉綠素a含量預測模型中，以線性模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預測效果較好，其決定系數(shù)R2分別為0.877，0.862，0.877和0.952，RMSE分別為0.877，0.301，