凈套作大豆葉片光譜響應(yīng)特征及主要參數(shù)模型構(gòu)建.pdf

1、大豆間作套種是擴(kuò)大大豆種植面積和提高產(chǎn)量的重要手段，對(duì)保障區(qū)域糧食安全和緩解國(guó)內(nèi)大豆的供需矛盾具有重要的作用。高光譜遙感技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中定量反應(yīng)作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)和營(yíng)養(yǎng)生理的前沿科技，具有廣闊的研究潛力。在大豆生長(zhǎng)發(fā)育過程中碳氮代謝參數(shù)和光合熒光特征是反映大豆對(duì)外界環(huán)境響應(yīng)的重要指標(biāo)，而高光譜遙感技術(shù)突破常規(guī)化學(xué)方法對(duì)大豆葉片帶來(lái)的傷害，為大豆生長(zhǎng)狀況的快速、無(wú)損監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)而對(duì)于農(nóng)業(yè)信息化等方面起到了一定的推進(jìn)作用。
　　

2、本文基于與玉米套作條件下5種不同空間配置3年的田間試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了大豆V3、R1和R4時(shí)期葉片主要參數(shù)與高光譜特征參數(shù)的定量關(guān)系。結(jié)果表明，玉米-大豆套作共生期內(nèi)低位作物大豆冠層透光率和R/Fr值均出現(xiàn)隨著玉米窄行行距的增加而降低，且明顯小于凈作大豆冠層光環(huán)境的現(xiàn)象。與凈作大豆相比，套作大豆A1處理在V3和R1時(shí)期都表現(xiàn)為葉片碳含量和碳氮比顯著下降（下降范圍分別為1.082％～2.151％和7.634％～11.921％）而氮含量顯著上升

3、（上升范圍為7.094％～11.694％），同時(shí)葉綠素參數(shù)顯著下降而熒光參數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升的變化規(guī)律，不同空間配置套作大豆之間隨著玉米窄行行距的增加葉片主要參數(shù)也表現(xiàn)出相同的變化規(guī)律;而隨著生育時(shí)期的向前推進(jìn)，同一配置下的碳氮參數(shù)則出現(xiàn)葉片碳含量和碳氮比上升而氮含量有所下降的現(xiàn)象，同時(shí)綜合回歸分析下，碳氮比中葉片氮含量的貢獻(xiàn)相對(duì)碳含量來(lái)說(shuō)更大，回歸系數(shù)R2高達(dá)0.979。大豆葉片原始光譜反射率和一階微分光譜的變化在綠峰位置上與葉片氮含

4、量相同，而近紅外波段的光譜反射率和紅邊幅值都與葉片碳氮比的變化趨勢(shì)相同;相對(duì)套作大豆A1處理而言，凈作大豆的一階微分光譜紅邊位置出現(xiàn)“紅移”現(xiàn)象，V3期平均波長(zhǎng)由710nm移至714nm，R1期平均波長(zhǎng)由715nm移至718nm，而各套作處理之間隨玉米的窄行行距的變大，紅邊位置則出現(xiàn)“藍(lán)移”現(xiàn)象，生育時(shí)期的推進(jìn)也使促使大豆葉片光譜紅邊位置不斷紅移。當(dāng)不同空間配置套作大豆處于玉米收獲后的R4時(shí)期，其葉片的光譜特征以及主要參數(shù)之間基本上差異

5、不顯著(P＞0.05)。
　　通過大豆葉片的碳氮參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光譜反射率、一階微分光譜、光譜特征面積、植被指數(shù)、基于波段優(yōu)選的光譜指數(shù)以及連續(xù)小波變換后所得的小波能量系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)基于原始光譜反射率、一階微分光譜的多波段自由組合的光譜指數(shù)和小波函數(shù)處理后所得的光譜指數(shù)與葉片主要參數(shù)的相關(guān)性最好，其中葉綠素參數(shù)與基于多波段自由組合的光譜指數(shù)相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.9水平以上;而碳氮參數(shù)和熒光參數(shù)與小波能量系數(shù)的相關(guān)性較其

6、他方法為最佳。
　　通過相關(guān)性分析獲得的大豆葉片主要參數(shù)敏感特征，采用線性和非線性模型，結(jié)合偏最小二乘法，構(gòu)建不同空間配置大豆葉片主要參數(shù)的最優(yōu)估測(cè)模型。在碳氮參數(shù)中，大豆葉片碳含量和碳氮比分別將D721、SDr、RVI(662，617)、bior3.9(94，893)和D731、GNDVI、DVI(736，713)、db5(68，738))作為光譜變量進(jìn)而使用偏最小二乘法，所得的模型較其他模型預(yù)測(cè)精度高，而氮含量的最佳估測(cè)模型是

7、由小波系數(shù)sym2(96，669)構(gòu)建的二次函數(shù)方程;葉綠素參數(shù)中，葉綠素b由多波段自由組合的光譜指數(shù)DVI(D734，D530)建立的二次函數(shù)模型為最佳，而葉綠素a和總?cè)~綠素的最優(yōu)監(jiān)測(cè)模型是使用偏最小二乘法得到的，對(duì)應(yīng)入選參數(shù)分別為D731、GNDVI、RVI(D718,D710)、sym2(84,576)和D732、GNDVI、DVI(736,723)、bior3.9(132，659);熒光參數(shù)NPQ和F'q/F'm以及qP均在使用

8、偏最小二乘法后得到了其模型構(gòu)建的最優(yōu)解，方程中所使用的光譜指數(shù)分別為D707、SIPI、DVI(428，434)、db5(13,858)和D481、RG、RVI(D691, D681)、bior3.9(43,653)以及D479、RG、RVI(D689，D679)、coif2(24，670)。上述模型的決定系數(shù)與檢驗(yàn)值均較高，經(jīng)過回歸檢驗(yàn)過后發(fā)現(xiàn)其RPD值在1.665～2.411范圍內(nèi)，R2值介于0.471～0.934之間，RMSE值小