水稻叶片高光谱响应特征及氮素估算-江苏农业科学.pdfVIP

— ２１０— 江苏农业科学　２０１７年第４５卷第２３期 李永梅，张立根，张学俭．水稻叶片高光谱响应特征及氮素估算［Ｊ］．江苏农业科学，２０１７，４５（２３）：２１０－２１３． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１７．２３．０５９ 水稻叶片高光谱响应特征及氮素估算 １ ２ １ 李永梅 ，张立根 ，张学俭 （１．宁夏农林科学院农业经济与信息技术研究所，宁夏银川７５０００２；２．宁夏建筑科学研究院有限公司，宁夏银川７５００２１） 　　摘要：将高光谱遥感技术应用于高纬度高海拔宁夏回族自治区，探讨水稻氮素快速无损的监测方法，为科学合理 地施肥提供依据。对３个不同施氮水平、５个生育期水稻叶片反射光谱的响应特征及叶片叶绿素相对含量（ＳＰＡＤ值） 进行对比分析，将光谱及ＳＰＡＤ值与氮素含量进行相关分析，筛选诊断氮素含量的特征光谱并构建氮素估算模型。结 果表明，随着生育期的推进，叶片光谱反射率在可见光范围内呈增加趋势，该变化特征与ＳＰＡＤ值变化规律基本一致， 近红外区光谱反射率呈先增加后降低的规律；随氮素含量增加可见光反射率降低，近红外反射率增加，ＳＰＡＤ值与氮 素含量呈正相关（ｒ＝０．７６６）；各波段对氮素的光谱响应程度不同，可见光波段更敏感，原始光谱６１２ｎｍ和一阶微分 ６６６ｎｍ为特征波长；叶片氮素估算最优模型为ｙ＝９．１５５ｘ－０．１１１ｘ＋０．０５０ｘ＋２．１０２（ｘ、ｘ、ｘ分别为Ｒ 、 １ ２ ３ １ ２ ３ ６１２ｎｍ Ｒ 、ＳＰＡＤ值）。 ６６６ｎｍ 　　关键词：水稻叶片；氮素；高光谱遥感技术；估算模型；ＳＰＡＤ值 　　中图分类号：Ｓ１２７；ＴＰ７９；Ｓ５１１．０６　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０１７）２３－０２１０－０４ 　　氮素是作物生长发育必需的营养元素，它不仅是合成作 物氮素含量的研究，探讨各种作物叶片光谱特征并建立光谱 物体内叶绿素和蛋白质的重要成分，也是合成酶的主要参与 与氮素间的多种相关模型，证明各种作物的氮素营养状况与 者，从多方面影响作物的新陈代谢，是植物光合作用效率和整 特定光谱之间存在相关性［１，４－５，９，１０－１１］。国内外大量研究表 ［１－３］ 明，采用高光谱数据快速准确地获取植物生化参数是可行的， 体营养状况的重要指示剂 。作物对氮素的需求随生长期 而变化，如何快速准确地诊断作物氮素的营养状况，进而在作 高光谱遥感技术已成为作物长势监测及生化参数定量估算的 ［１２］ 物生长过程中实现精确有效的氮肥管理意义重大。 一种新手段而备受关注 。 高光谱遥感具有光谱信息量大、分辨率高、连续性强等特 以不同施氮水平试验田为依托，以水稻鲜叶片为研究对 点，能直接对作物的微弱光谱差异进行定量分析，在植物遥感 象，基于５个生育期采集的叶片高光谱反射率及ＳＰＡＤ数据， 研究与应用中表现出巨大优势，而作物氮素的遥感监测一直 分析水稻叶片对氮素的高光谱响应特征及叶片ＳＰＡＤ值变化 ［４－８］ 规律，利用相关分析法确定氮素敏感波长，建立基于原始光 是作物遥感监测研究的重点领域 。为了探索植物叶片氮 素遥感诊断的可能性，自２０世纪７０年代以来，有关科学家在 谱、一阶微分光谱及ＳＰＡＤ值的水稻叶片氮素估算模型，为宁 作物氮素敏感波段筛选及光谱反射率对氮素响应规律方面进 夏回族自治区水稻氮素快速无损诊断提供依据，在农作物精 行了大量的基础研究。国内王人潮等较早就对不同氮素水平 准氮肥管理及科学栽培调控方面具有现