蘋(píng)果樹(shù)葉片氮素、葉綠素及水分含量的高光譜估測(cè).pdf

1、氮素是蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)形成所必需的重要元素。氮肥管理是以高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)的植物生產(chǎn)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(zhì)、核酸等物質(zhì)的生物合成，導(dǎo)致蘋(píng)果樹(shù)光合作用能力和最終產(chǎn)量降低。由于氮在土壤中的淋洗作用，施氮過(guò)多，則容易造成地下水的污染。隨著環(huán)境問(wèn)題日益受到關(guān)注，如何在保證植物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的同時(shí)，防止或盡量減少植物生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境污染是各國(guó)當(dāng)前所面臨的必須解決的問(wèn)題。
　　 蘋(píng)果樹(shù)傳統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)診斷采用實(shí)驗(yàn)室分

2、析化驗(yàn)及其基于果樹(shù)感官特征的經(jīng)驗(yàn)判別方法，需要采集樣本、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)同一樣本養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，極大限制了蘋(píng)果精確化和信息化栽培生產(chǎn)管理。因此，研究探索蘋(píng)果樹(shù)葉片氮素含量的快速、精確及無(wú)損估測(cè)方法，對(duì)于改善蘋(píng)果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)，進(jìn)一步提高蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)，防止施氮過(guò)多造成環(huán)境污染，促進(jìn)我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 近年來(lái)快速發(fā)展的高光譜遙感技術(shù)具有光譜分辨率高、波段連續(xù)性強(qiáng)、光譜信息量大等優(yōu)點(diǎn)，能夠記錄植物器官生

3、長(zhǎng)發(fā)育中的細(xì)微變化，提取詳細(xì)的生物物理和化學(xué)參數(shù)信息，進(jìn)而及時(shí)了解植物的生理生態(tài)變化和營(yíng)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(yíng)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(jiàn)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(guān)，故常用葉綠素含量間接地指示植物的氮素含量。相關(guān)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(cè)植物體葉綠素含量及含水量，對(duì)于植物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)，實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)具有重要的作用。
　　 本文以山東省蒙陰縣蘋(píng)果園為試驗(yàn)區(qū)，采用地物高光譜分析技術(shù)分別測(cè)量蘋(píng)果葉片的基部、中部、尖部的反射光譜及三個(gè)部位的平均值，通過(guò)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(cè)位置，結(jié)果表明葉片中部是最佳估測(cè)位置。
　　 通過(guò)分析葉片的高光譜曲線特征，對(duì)最佳估測(cè)位置——葉片中部的原始光譜反射率分別進(jìn)行

5、一階導(dǎo)數(shù)、二階導(dǎo)數(shù)、紅邊、藍(lán)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(jìn)行相關(guān)性分析及回歸分析，建立氮素、葉綠素及含水量的估測(cè)模型。將所得到的精度較高的模型進(jìn)行擬合檢驗(yàn)，從中篩選出擬合精度最高的模型。
　　 結(jié)果顯示，葉片氮素含量的最佳估測(cè)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(duì)誤差RE％為5.77％。
　　 葉片葉綠素含量的最佳估測(cè)模型為以741nm及731nm處的一階導(dǎo)數(shù)的組合為變量的估測(cè)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(duì)誤差RE％為2.73％。
　　 葉片含水量的最佳估測(cè)模型是以1428nm處的一階導(dǎo)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(duì)誤差RE％為6.69％。
　　 本論文研究了葉片葉綠素及含水量對(duì)氮素估測(cè)模型的影響，結(jié)果表明葉片含水量對(duì)氮素估測(cè)影響不大，而葉綠素對(duì)氮素含量的估測(cè)有影響，且能提高估測(cè)精度。估測(cè)氮素的最佳模型為以db