基于高光譜的小麥水分狀況監(jiān)測研究.pdf

1、基于高光譜遙感技術(shù)進(jìn)行作物水分實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速診斷對于提高作物水分管理水平和利用效率具有重要意義。氮(N)素作為最重要的營養(yǎng)元素之一，直接影響作物形態(tài)建成和生長發(fā)育，進(jìn)而影響農(nóng)學(xué)參數(shù)和光譜反射特征，干擾水分監(jiān)測研究。本研究以小麥為對象，基于不同年份、不同施氮水平和不同水分處理互作的小麥池栽試驗(yàn)，于關(guān)鍵生育期獲取葉片及冠層高光譜信息和相應(yīng)農(nóng)學(xué)參數(shù)，分析不同N營養(yǎng)水平對水分參數(shù)和反射光譜的影響，確定不同尺度水分指標(biāo)的核心波段和特征光譜參數(shù)，建

2、立穩(wěn)定可靠的小麥水分監(jiān)測模型。
　　首先，研究了單葉尺度的小麥水分監(jiān)測。選用包含葉面積信息的新型水分指標(biāo)葉片等效水厚度(LeafEquivalentWaterthickness，LEWT)。分析了LEWT隨生育進(jìn)程的變化趨勢以及不同LEWT和不同葉片氮含量（Leafnitrogencontent，LNC）水平下的單葉光譜反射率變化特征，系統(tǒng)構(gòu)建了350-2500nm波段范圍內(nèi)，任意兩波段組合的歸一化(NDSI)、比值(RSI)、差

3、值(DSI)光譜指數(shù)，及在兩波段基礎(chǔ)上構(gòu)建的三波段光譜指數(shù)與小麥LEWT的定量關(guān)系，并構(gòu)建了基于新型光譜指數(shù)的小麥LEWT監(jiān)測模型。結(jié)果表明，NDSI(1204，1318)可以用于全生育期小麥LEWT的監(jiān)測，但開花前后的表現(xiàn)存在差異;進(jìn)一步分生育期挑選出花前最佳指數(shù)NDSIb(1445，487)(NDSIbeforeanthesis)和花后最佳指數(shù)NDSIa(1714，1395)(NDSIafteranthesis)分別用于估測開花前和

4、開花后的小麥LEWT;最后在開花前后共性NDSI(1429，416)基礎(chǔ)上嘗試構(gòu)造了三波段光譜指數(shù)(R1429-R416-R1865)/(R1429+R416+R1865)。上述新構(gòu)建光譜指數(shù)均對LNC不敏感，僅對LEWT敏感。利用獨(dú)立試驗(yàn)資料對基于新光譜指數(shù)的LEWT模型進(jìn)行了檢驗(yàn)和測試，結(jié)果顯示基于NDSIb和NDSIa的LEWT模型精確度較高，誤差較小。
　　其次，以頂部四葉的含水率信息表征冠層含水率(CanopyWater

5、Content，CWC)，研究了冠層尺度的小麥水分監(jiān)測。分析了CWC與冠層光譜的變化關(guān)系及二者相關(guān)性，系統(tǒng)構(gòu)建了全波段范圍內(nèi)任意兩波段組合的歸一化(NDSI)、比值(RSI)、差值(DSI)光譜指數(shù)，結(jié)果顯示:最優(yōu)波段組合NDSI(762，1458)、RSI(1458，1156)和DSI(1458，2301)均有較高的監(jiān)測精度(R2＞0.84)，但模型的檢驗(yàn)效果一般，其中基于DSI(1458，2301)的模型年度之間穩(wěn)定性較差。進(jìn)一步基

6、于NDSI(762，1458)和RSI(1458，1156)增加第三波度構(gòu)建新型三波段光譜指數(shù)發(fā)現(xiàn):三波段光譜指數(shù)(R762-R1458)/(R762+R1458-R2301)在提高模型監(jiān)測精度的同時(shí)降低了年度間施氮水平不同引起的系統(tǒng)誤差（建模和檢驗(yàn)R2分別為0.8661和0.6421，SE為2.9512，RRMSE為0.0437，Slope為1.2886），增加的第三波段2301nm為蛋白質(zhì)和氮(N)敏感波段。
　　最后，研究了

7、植株尺度的小麥水分監(jiān)測。分析了小麥植株含水率(Plantwatercontent，PWC)和植株氮含量(Plantnitrogencontent，PNC)與冠層光譜的變化關(guān)系及相關(guān)性，系統(tǒng)構(gòu)建了全波段范圍內(nèi)，任意兩波段組合的歸一化(NDSI)、比值(RSI)、差值(DSI)光譜指數(shù)，并基于三種不同方法篩選PWC最優(yōu)光譜指數(shù)，構(gòu)建了基于新型光譜指數(shù)的小麥PWC監(jiān)測模型。結(jié)果表明:基于開花期前后共性區(qū)域篩選的光譜指數(shù)NDSI(1175，13