基于GreenSeeker主動遙感的大豆NDVI-RVI分析與籽粒產(chǎn)量估測的初步研究.pdf

1、大豆是世界上最重要的農(nóng)作物之一，在糧食作物構(gòu)成和油料作物生產(chǎn)中占有重要地位。大豆高產(chǎn)一直是育種家最重要的目標，在育種過程中生長性狀以及產(chǎn)量的鑒定是關(guān)鍵，如何快速無損地獲得田間成百上千個小區(qū)大豆的產(chǎn)量性狀，提高育種選擇效率，從而實現(xiàn)大豆的規(guī)?；N，這是目前亟待解決的問題。利用遙感技術(shù)可進行大豆生長監(jiān)測和產(chǎn)量估測，主動傳感器GreenSeeker是比較理想的作物生長快速診斷工具，已經(jīng)在小麥、玉米和水稻中得到廣泛應(yīng)用。本研究以2011年和2

2、012年黃淮海地區(qū)大豆育種品系和重組自交家系群體（NJRIKY）為研究對象，采用主動傳感器GreenSeeker對大豆苗期、開花期、結(jié)莢期和鼓粒期冠層反射光譜進行監(jiān)測，獲得冠層歸一化植被指數(shù)(NDVI)和比值植被指數(shù)(RVI)，解析大豆植被指數(shù)與產(chǎn)量的變化規(guī)律，圍繞預(yù)測產(chǎn)量的最佳生育期，尋找基于冠層NDVI和RVI的產(chǎn)量估算模型。主要研究結(jié)果如下:
　　1.本文對2011年和2012年黃淮海地區(qū)大豆育種品系和重組自交家系群體(NJ

3、RIKY)不同試驗的產(chǎn)量結(jié)果進行方差分析，結(jié)果表明，2011年大豆品系鑒定試驗、2012年不同熟期組的大豆品系比較試驗、2012年不同熟期組的大豆品系鑒定試驗、2012年山東省大豆區(qū)域試驗以及2012年NJRIKY群體試驗的供試材料間產(chǎn)量均表現(xiàn)極顯著差異(P＜0.01)，適合進行估產(chǎn)建模的研究。
　　2.在大豆苗期、開花期、結(jié)莢期和鼓粒期，對2011年和2012年的5個試驗采集大豆冠層NDVI與RVI，分析發(fā)現(xiàn)大豆冠層NDVI與R

4、VI隨生育期的推進均呈現(xiàn)“低-高-低”變化趨勢。從開花期到結(jié)莢期大豆田間冠層完全封壟，群體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，郁閉度基本保持不變，冠層NDVI和RVI均維持在較高水平。該時期大豆植被覆蓋度均較大，冠層NDVI和RVI變幅較小。苗期與鼓粒期大豆冠層NDVI與RVI變幅均較大，其中，苗期受土壤背景的影響，冠層植被指數(shù)不能準確反映材料間的生長情況;鼓粒期大豆植株的生長差異變化較大，且郁閉度有所降低，冠層植被指數(shù)的變幅較大。
　　3.利用冠層NDV

5、I和RVI估測大豆的產(chǎn)量，構(gòu)建大豆產(chǎn)量估測的回歸模型。基于單一生育期植被指數(shù)建立的產(chǎn)量估測模型大多數(shù)以線性關(guān)系為主，少數(shù)表現(xiàn)為指數(shù)關(guān)系。不同試驗所建模型的檢驗結(jié)果達到顯著(P＜0.05)或極顯著水平（P＜0.01），然后基于模型的決定系數(shù)(R2)最大和標準誤（SE）最小的原則，發(fā)現(xiàn)每個試驗在大豆鼓粒期基于植被指數(shù)所建模型的效果明顯優(yōu)于其它三個生育期（苗期、開花期和結(jié)莢期），因此，確定鼓粒期是利用主動傳感器進行大豆產(chǎn)量估測的最佳生育期。<

6、br>　　同時，本研究利用多生育期的大豆冠層植被指數(shù)與產(chǎn)量構(gòu)建多元回歸模型，然后篩選出最佳回歸模型。基于多生育期植被指數(shù)建立的產(chǎn)量估測模型表現(xiàn)為線性或指數(shù)關(guān)系?；诮Y(jié)莢期和鼓粒期兩個生育期冠層植被指數(shù)構(gòu)建估產(chǎn)模型的決定系數(shù)有所提高，但提高幅度不大。而基于三個生育期（開花期、結(jié)莢期和鼓粒期）冠層植被指數(shù)建立的估產(chǎn)模型明顯優(yōu)于基于兩個生育期（結(jié)莢期和鼓粒期）冠層植被指數(shù)建立的模型，模型的預(yù)測精度顯著提高。綜合比較大豆冠層NDVI和RVI所建

7、估產(chǎn)模型，發(fā)現(xiàn)大部分基于NDVI所建模型的效果優(yōu)于RVI。
　　綜合比較分析，本研究篩選出黃淮海地區(qū)大豆育種品系材料的產(chǎn)量最佳估測模型。其中，2011-2012年育種品系基于三個生育期（開花期、結(jié)莢期和鼓粒期）冠層NDVI所建的多元回歸模型表現(xiàn)較好，其模型為y=e6.9-4.1x1+4.3x2+1.4x3(R2=0.66，SE=416.77)，可估測的產(chǎn)量變異范圍（749.96-4456.30kghm-2）較廣，生育期變異范圍是9

8、3.0-117.0d。利用NJRIKY群體試驗對黃淮海地區(qū)育種品系所建的估產(chǎn)模型進行檢驗，發(fā)現(xiàn)大豆產(chǎn)量預(yù)測值與實測值之間的決定系數(shù)可達到0.59，且標準誤較?。⊿E=438.13），所建模型具有一定的預(yù)測效果，這說明基于冠層植被指數(shù)估測大豆產(chǎn)量具有可行性。
　　4.比葉重(SLW)是反映大豆光合作用的重要生理指標之一，與大豆田間長勢及產(chǎn)量密切相關(guān)。分析2012年品系比較晚熟組試驗，發(fā)現(xiàn)在鼓粒期基于冠層RVI和SLW兩個變量所建模型