蘋果樹葉片氮素、葉綠素及水分含量的高光譜估測.pdf

1、氮素是蘋果樹生長和產量品質形成所必需的重要元素。氮肥管理是以高產優(yōu)質為目標的植物生產中最為重要的管理措施之一。缺氮直接影響到植物的氨基酸、蛋白質、核酸等物質的生物合成，導致蘋果樹光合作用能力和最終產量降低。由于氮在土壤中的淋洗作用，施氮過多，則容易造成地下水的污染。隨著環(huán)境問題日益受到關注，如何在保證植物高產優(yōu)質的同時，防止或盡量減少植物生產帶來的環(huán)境污染是各國當前所面臨的必須解決的問題。
　　 蘋果樹傳統(tǒng)的營養(yǎng)診斷采用實驗室分

2、析化驗及其基于果樹感官特征的經驗判別方法，需要采集樣本、費時費力，且不能實現(xiàn)對同一樣本養(yǎng)分的動態(tài)監(jiān)測，極大限制了蘋果精確化和信息化栽培生產管理。因此，研究探索蘋果樹葉片氮素含量的快速、精確及無損估測方法，對于改善蘋果樹營養(yǎng)，進一步提高蘋果產量和品質，防止施氮過多造成環(huán)境污染，促進我國蘋果產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 近年來快速發(fā)展的高光譜遙感技術具有光譜分辨率高、波段連續(xù)性強、光譜信息量大等優(yōu)點，能夠記錄植物器官生

3、長發(fā)育中的細微變化，提取詳細的生物物理和化學參數(shù)信息，進而及時了解植物的生理生態(tài)變化和營養(yǎng)狀況。
　　 葉綠素和水分是光合作用的主要載體，其含量是植物營養(yǎng)脅迫、光合能力和發(fā)展衰老各階段的良好指示劑。植物在可見光波段的反射率主要受葉綠素的影響。而葉綠素含量和植株的氮素含量密切相關，故常用葉綠素含量間接地指示植物的氮素含量。相關研究表明水分和氮素之間存在著明顯的交互作用，同一氮素水平下不同水分狀況或同一水分水平下的不同氮素狀況，植物

4、的光譜反射率差異極大。因此，快速精確地估測植物體葉綠素含量及含水量，對于植物長勢監(jiān)測，實施精準農業(yè)具有重要的作用。
　　 本文以山東省蒙陰縣蘋果園為試驗區(qū)，采用地物高光譜分析技術分別測量蘋果葉片的基部、中部、尖部的反射光譜及三個部位的平均值，通過分析探索葉片氮素含量、葉綠素含量及水分含量的最佳估測位置，結果表明葉片中部是最佳估測位置。
　　 通過分析葉片的高光譜曲線特征，對最佳估測位置——葉片中部的原始光譜反射率分別進行

5、一階導數(shù)、二階導數(shù)、紅邊、藍邊及黃邊位置、植被指數(shù)LCI、WI、NDWI、小波變換等處理，再分別將其與葉片氮素含量、葉綠素含量及水分含量進行相關性分析及回歸分析，建立氮素、葉綠素及含水量的估測模型。將所得到的精度較高的模型進行擬合檢驗，從中篩選出擬合精度最高的模型。
　　 結果顯示，葉片氮素含量的最佳估測模型為以db5小波8層分解的579nm、493nm以及575nm處的原始光譜反射率的近似系數(shù)為變量組合的模型N=3.161+1

6、111.965*db5A(R579)+169.089*db5A(R493)-1299.704*db5A(R575)。決定系數(shù)R2為0.464，均方根誤差RMSE為0.166，相對誤差RE％為5.77％。
　　 葉片葉綠素含量的最佳估測模型為以741nm及731nm處的一階導數(shù)的組合為變量的估測模型Ch1=47.577+23688.831*R'741-11346.646*R'731。決定系數(shù)R2為0.364，均方根誤差RMSE為2

7、.02，相對誤差RE％為2.73％。
　　 葉片含水量的最佳估測模型是以1428nm處的一階導數(shù)為變量的模型FMC=85.582+60.955.404*R'1428。決定系數(shù)R方為0.398，均方根誤差RMSE為4.59，相對誤差RE％為6.69％。
　　 本論文研究了葉片葉綠素及含水量對氮素估測模型的影響，結果表明葉片含水量對氮素估測影響不大，而葉綠素對氮素含量的估測有影響，且能提高估測精度。估測氮素的最佳模型為以db