蘋果樹冠層氮素、葉綠素及葉面積指數(shù)的高光譜估測.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、光譜信息量大的優(yōu)點，能夠及時了解植物的生理生態(tài)變化和營養(yǎng)狀況，對精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有獨特的應(yīng)用優(yōu)勢。本文通過對蘋果冠層光譜信息進行提取與分析，實現(xiàn)對蘋果長勢和營養(yǎng)狀況的實時、無損監(jiān)測。
　　 山東省蘋果分布集中、面積大，具有良好的研究場所。本研究選擇蘋果優(yōu)勢區(qū)域——泰沂山區(qū)蒙陰縣為研究區(qū)，采用ASD FieldSpec3地物光譜儀探測與室內(nèi)試驗分析相結(jié)合的定量方法，在實測蘋果春梢停止生

2、長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)計分析技術(shù)等技術(shù)手段，通過分析春梢停止生長期蘋果冠層高光譜特征，篩選敏感波段和光譜參數(shù)，確立氮素營養(yǎng)和長勢指標(biāo)的適宜光譜參數(shù)及相應(yīng)估測模型。主要結(jié)論如下:
　　 (1)初步探討了春梢停止生長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)細胞結(jié)構(gòu)等影響，出現(xiàn)“紅外高臺階”，有反射谷存在;在1560～2300nm內(nèi)，冠層光譜存在兩個波峰，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。這些光譜信息為進一步利用冠層反射光譜監(jiān)測

4、蘋果樹生長狀況和氮素營養(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)測方程。春梢停止生長期蘋果冠層氮素含量的敏感波段主要存在于近紅外平臺和可見光區(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)春梢停止生長期蘋果冠層光譜特征與其LAI的相關(guān)性，提取對LAI反應(yīng)敏感的波段區(qū)域，運

6、用逐步線性回歸分析方法建立蘋果LAI的估測模型。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。利用篩選得到的敏感波段構(gòu)建的估測模型，其中以原始光譜753nm為自變量的估測模型和一階微分732nm、564nm組合的估測模型預(yù)測效果最佳。從構(gòu)建的模型來看，原始光譜與一階微分光譜均可實現(xiàn)對蘋果LAI快速準(zhǔn)確地估測。
　　 (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)，通過相關(guān)分析、模型構(gòu)建以及精度檢驗，確定蘋果冠層葉綠素含量的敏感波段區(qū)域為400-1350nm。通過分析構(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模型為最佳估測模型，為蘋果冠層葉綠素含量的無損檢測奠定了基礎(chǔ)。
　　 本研究初步探明了春梢停止生長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)的高光譜估測機理與定量估測模型，提出基于高光譜的