基于反射光譜的棉花氮素營養(yǎng)與生長監(jiān)測研究.pdf

1、利用遙感技術(shù)進(jìn)行作物長勢及氮素營養(yǎng)狀況的實(shí)時監(jiān)測與快速診斷是信息農(nóng)業(yè)中的研究熱點(diǎn)，具有重要的理論和實(shí)踐意義。本研究的目的是以棉花為對象，以田問試驗(yàn)為依托，綜合運(yùn)用高光譜遙感、生長分析、生理生化測試及數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等技術(shù)手段，分析不同氮素水平和品種條件下棉花冠層高光譜反射特征與長勢指標(biāo)和氮素營養(yǎng)指標(biāo)之間的動態(tài)關(guān)系，確立長勢指標(biāo)和氮素營養(yǎng)指標(biāo)的特征光譜參數(shù)及相應(yīng)的監(jiān)測模型，從而為棉花生長的無損監(jiān)測和精確管理提供的理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。

2、在分析不同氮素水平下棉花葉面積指數(shù)和生物量隨生育期變化模式的基礎(chǔ)上，確立了LAI和生物量與冠層高光譜反射率及光譜參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，提出了棉花LAI和生物量的敏感光譜參數(shù)及預(yù)測方程。發(fā)現(xiàn)LAI和生物量隨生育進(jìn)程先上升后降低，隨施氮水平的上升而增大。LAI與可見光波段呈顯著負(fù)相關(guān)，與近紅外波段反射率呈正相關(guān)。高光譜植被指數(shù)RVI[R(760～850)，R550]可以較為準(zhǔn)確地反演LAI，植被指數(shù)RVI[R(760～850)，R5501和NDV

3、I(750,550)在整個生育期內(nèi)與生物量高度相關(guān)。 研究了不同施氮水平下不同棉花品種葉片氮素狀況與SPAD和冠層反射光譜值的定量關(guān)系，利用冠層高光譜反射率及演變的多種高光譜參數(shù)，建立了棉花葉片氮素狀況的敏感光譜參數(shù)及預(yù)測方程。發(fā)現(xiàn)棉花葉片氮素狀況、冠層高光譜反射率和SPAD值均隨不同施氮水平呈顯著變化；棉花葉片氮素狀況的敏感光譜波段為600～700 nm的紅谷波段和750～900 nm的近紅外波段，且葉片氮含量與比值植被指數(shù)R

4、VI[R(760～850)，700]有良好的線性關(guān)系，各個生育期葉片氮含量與SPAD值也密切相關(guān)；葉片氮積累量與光譜指數(shù)NVD672有良好的冪函數(shù)關(guān)系。進(jìn)一步分析表明，可以用統(tǒng)一的回歸方程來描述不同品種、不同生育時期和不同氮素水平下棉花葉片氮積累量隨反射光譜參數(shù)的變化模式。 探明了4個不同氮肥水平下棉花功能葉片的C/N特征及其與葉片高光譜反射光譜特征之間以及C/N與SPAD值之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)隨著施氮量的增加，棉花功能葉片C/N下

5、降：功能葉片C/N與可見光波段550～720 nm反射率呈顯著正相關(guān)，630 nm和710 nm處相關(guān)性最大，均呈現(xiàn)峰值；近紅外波段760～1300 nm反射率與功能葉片C/N呈負(fù)相關(guān)。由敏感波段構(gòu)成的植被指數(shù)與棉花功能葉片的C/N間存在顯著的相關(guān)性，其中比值和歸一化植被指數(shù)表現(xiàn)最好。棉花功能葉片SPAD值與C/N間相關(guān)性也比較好，不過各個`生育時期的相關(guān)方程不一致，分階段建模預(yù)測性較好?？傮w上，通過植被指數(shù)可以定量地估測棉花功能葉片的

6、C/N。闡明了不同施氮水平下棉花功能葉片色素含量與葉片高光譜反射特征及SPAD值之間的定量關(guān)系。發(fā)現(xiàn)與各個色素指標(biāo)相關(guān)性比較好的波段為550～700nm附近以及近紅外波段。由敏感波段組成的光譜指數(shù)與各個色素指標(biāo)的相關(guān)性比較好；且Lo(紅邊最小值)可以作為共同的光譜指數(shù)來估測不同棉花品種功能葉片的葉綠素a含量以及葉綠素總量。SPAD值隨施氮水平的增加而上升，在整個生育期內(nèi)先上升，至吐絮期達(dá)到最大后再下降；且SPAD值與葉綠素總量呈極顯著相