本文關(guān)鍵詞： 普冰151小麥 高光譜遙感 農(nóng)學(xué)參數(shù) 蛋白質(zhì)含量 監(jiān)測模型　出處：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高光譜遙感是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究的重要工具之一,是實時、快速、精準(zhǔn)、無損監(jiān)測作物生長及營養(yǎng)狀況的重要途徑。葉綠素含量和葉面積指數(shù)等農(nóng)學(xué)參數(shù)是衡量小麥光合能力、生長發(fā)育階段、營養(yǎng)生理狀況和受環(huán)境脅迫程度的有效指標(biāo)。因此,小麥冠層反射光譜數(shù)據(jù)對農(nóng)學(xué)參數(shù)的響應(yīng)特征,可以用來預(yù)測小麥長勢、監(jiān)測其光合能力與氮素營養(yǎng)狀況,以及評估其產(chǎn)量變化。本試驗以普冰151小麥為研究材料,在不同播種量和施氮量下的田間試驗的基礎(chǔ)上,分別于不同生育時期測定小麥冠層反射光譜數(shù)據(jù),同時對各農(nóng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行實際測量,分析農(nóng)學(xué)參數(shù)與光譜反射率和一階導(dǎo)數(shù)光譜及已有光譜指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系,并建立與各農(nóng)學(xué)指標(biāo)相應(yīng)的定量反演模型。通過分析籽粒蛋白質(zhì)含量(GPC)與不同生育時期的小麥冠層葉綠素含量(chl a+b)的相關(guān)關(guān)系以及籽粒產(chǎn)量(GY)與不同生育時期的葉面積指數(shù)(LAI)的相關(guān)關(guān)系,分別將冠層葉綠素含量和葉面積指數(shù)作為鏈接點(diǎn)建立籽粒蛋白質(zhì)含量和籽粒產(chǎn)量的高光譜預(yù)測模型。預(yù)期結(jié)果將為普冰151小麥的氮肥和播量的合理運(yùn)籌提供技術(shù)依據(jù),為小麥生長發(fā)育的無損監(jiān)測和精確管理提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。主要研究結(jié)果如下:1.不同播種量、氮素水平及不同生育時期的小麥冠層光譜反射率具有規(guī)律性的變化。施氮肥使可見光波段的光譜反射率值降低,129 kg·hm-2(D1)、202 kg·hm-2(D2)播量下的光譜反射率值分別在120 kg·hm-2(N2)、180 kg·hm-2(N3)施氮水平出現(xiàn)最小值;近紅外波段范圍內(nèi)的光譜反射率值反而增大。在可見光部分,D2播量下的光譜反射率值低于D1播量,近紅外區(qū)域恰好相反。適宜的施氮量和增加播種量均使小麥產(chǎn)生“紅移”現(xiàn)象。不同生育時期,普冰151的光譜反射率值的變化趨勢大體一致,可見光區(qū)域在灌漿期達(dá)最高值,而近紅外區(qū)域在抽穗期達(dá)最高值;小麥從拔節(jié)到抽穗,存在“紅移”現(xiàn)象,從抽穗到開花存在“藍(lán)移”現(xiàn)象,而紅邊面積的最大值出現(xiàn)在抽穗期,最小值出現(xiàn)在灌漿期。普冰151小麥的這些光譜特征有利于進(jìn)一步利用反射光譜數(shù)據(jù)監(jiān)測或預(yù)測其長勢及養(yǎng)分等情況。2.不同播種量和施氮量處理下小麥葉綠素含量隨生育時期的推進(jìn)有規(guī)律性變化。在此基礎(chǔ)上,不同處理下的chl a、chl b和chl a+b與原始光譜數(shù)據(jù)、一階導(dǎo)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析表明,光譜反射率與chl a+b含量在可見光范圍內(nèi)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,在近紅外波段范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系,二者間的相關(guān)系數(shù)在波長702 nm附近達(dá)最高值,為-0.73。chl a含量與光譜反射率值的相關(guān)關(guān)系與chl a+b相似,而chl b與光譜反射率值的相關(guān)關(guān)系低于chl a和chl a+b。進(jìn)一步分析三者與已有17種光譜參數(shù)間的定量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)光譜參數(shù)RVI(729,755)和GREEN-NDVI與葉綠素含量的關(guān)系非常密切,而且多項式回歸模型的擬合可靠性均高于直線回歸模型。經(jīng)檢驗,RVI(729,755)和GREEN-NDVI對Chl b和Chl a+b的估測效果均較好,R2分別為0.5022和0.5305、0.5257和0.5447,而RVI(729,755)對Chl a的估測效果較差,R2為0.2918。因此,綜合考慮基于不同光譜指數(shù)所構(gòu)建的模型的擬合效果和檢驗結(jié)果,以GREEN-NDVI為變量的小麥冠層葉綠素含量監(jiān)測模型較優(yōu)。3.不同播種量及施氮量下普冰151葉面積指數(shù)隨生育時期的推進(jìn)發(fā)生了有規(guī)率的變化。在此基礎(chǔ)上,LAI與原始光譜數(shù)據(jù)、一階導(dǎo)數(shù)光譜數(shù)據(jù)相關(guān)分析表明,冠層光譜反射率與LAI間的相關(guān)系數(shù)在波長670 nm和1010 nm附近達(dá)最大值,為-0.89和0.90。選擇與普冰151冠層LAI相關(guān)性較大的10種光譜參數(shù)為自變量,以LAI為因變量,分別建立線性、多項式、指數(shù)、冪函數(shù)模型,光譜參數(shù)NDVI 705、NDCI、OSAVI和NDVI(810,560)與小麥冠層LAI的關(guān)系非常密切。經(jīng)獨(dú)立資料檢驗,光譜指數(shù)NDVI 705檢驗結(jié)果最佳,r、R2、RMSE、RE、da、dap分別為0.74、0.548、0.354、5.86%、0.097、1.61%,預(yù)測值較接近于實測值。4.小麥成熟期GPC與各生育時期的群體葉綠素含量的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)灌漿期的葉綠素含量能夠較好地估測成熟期的GPC,估測R2達(dá)0.635�；谛←湽酀{期的反射光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建GPC預(yù)測模型。表明,以NVI和PSSRb為自變量的多項式模型較好,擬合精度分別為0.3278和0.3014,經(jīng)檢驗,PSSRb的檢驗效果優(yōu)于NVI,r、R2、RMSE、RE、da、dap分別為0.833、0.693、0.152、1.11%、-0.108、0.80%。因此,以PSSRb為變量的小麥成熟期的GPC預(yù)測模型較優(yōu)。5.普冰151籽粒產(chǎn)量與其各生育時期的葉面積指數(shù)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)小麥開花期冠層葉面積指數(shù)能較好的監(jiān)測籽粒產(chǎn)量,預(yù)測R2達(dá)0.492�；谛←滈_花期的冠層反射光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建GY預(yù)測模型。結(jié)果表明,光譜參數(shù)NVI、PSSRb、OSAVI和MSAVI與GY的關(guān)系非常密切,擬合精度分別為0.5405、0.6244、0.5926和0.6302,經(jīng)檢驗,PSSRb和MSAVI的檢驗效果優(yōu)于NVI和OSAVI。因此,以NVI和OSAVI為變量的小麥籽粒產(chǎn)量監(jiān)測模型較優(yōu)。
[Abstract]:The results are as follows : 1 . The results are as follows : 1 . The spectral reflectance value of winter wheat canopy is lower than that of different growth periods . The results are as follows : 1 . The spectral reflectance value of winter wheat canopy is lower than that of different growth periods . The relationship between the spectral reflectance and the spectral reflectance of wheat canopy is similar to that of chl a + b . The relationship between the spectral reflectance and the spectral reflectance is very close . The results show that the correlation coefficient between the spectral reflectance of the canopy and the LAI of the canopy is better than that of the linear regression model . The results show that the correlation coefficient between the spectral reflectance and LAI is 0 . 5022 and 0 . 5305 , 0 . 5257 and 0 . 5447 , respectively .

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S512.1;S127

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本文編號：1518870