發(fā)布時(shí)間：2019-07-30 20:57

【摘要】：花葉病是蘋果葉片常見的病毒性病害,患病葉片的花青素含量出現(xiàn)異常。以葉片花青素含量作為病害嚴(yán)重程度的定量化指標(biāo),使用高光譜成像技術(shù)獲取感染花葉病的蘋果葉片的高光譜圖像,分析葉片的光譜特征,通過任意兩個(gè)波段的反射率的不同數(shù)學(xué)組合,構(gòu)建并篩選對(duì)染病葉片花青素含量高度敏感的最優(yōu)光譜指數(shù),進(jìn)而建立蘋果葉片花青素含量的高光譜估算模型,最終實(shí)現(xiàn)蘋果葉片花青素含量分布狀況的可視化表達(dá)。結(jié)果表明,隨著病害嚴(yán)重程度的增大,蘋果葉片的花青素含量升高;葉片染病區(qū)域的光譜反射率在整個(gè)可見光區(qū)域明顯增加,而且出現(xiàn)了紅邊藍(lán)移現(xiàn)象。通過兩兩波段組合構(gòu)建的三種光譜指數(shù)(NDSI(770,722),RSI(717,770),DSI(581,520))與蘋果葉片花青素含量的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值均達(dá)到0.8以上。在構(gòu)建的四種蘋果葉片花青素含量估算模型中,選用三個(gè)光譜指數(shù)為參數(shù)、并使用偏最小二乘回歸方法建立的AnthPLSR模型精度最高(R2=0.823,RMSE=0.056)。采用Anth-PLSR模型對(duì)患病葉片的高光譜圖像進(jìn)行逐像元解算,得到蘋果花青素含量分布圖。進(jìn)一步通過葉片花青素含量分布圖計(jì)算蘋果葉片整葉的花青素含量平均值,作為蘋果葉片健康程度的定量化指標(biāo)。此外,通過提取整葉光譜均值、使用同樣模型可簡(jiǎn)潔有效地估算蘋果整葉花青素含量平均值。為蘋果葉片花葉病病害監(jiān)測(cè)提供了一種直觀、快速的技術(shù)手段。
【圖文】：

ｉａｌｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ，ＰＬＳＲ）構(gòu)建基于多個(gè)光譜指數(shù)的蘋果葉片花青素估算模型。ＰＬＳＲ綜合使用了主成分分析、典型相關(guān)分析和多元線性回歸分析等方法，在模型的構(gòu)建中最大程度利用了自變量信息，具有較好的預(yù)測(cè)能力［１３］。２結(jié)果與討論２．１蘋果花葉病光譜特征２．１．１不同病害程度葉片病斑的花青素值及高光譜特征葉片染病程度從輕到重，分別表現(xiàn)出小范圍黃白色斑點(diǎn)、大片黃白色病斑、整葉泛白的癥狀。測(cè)量發(fā)現(xiàn)葉片的花青素含量隨著病情的加重而升高（圖１），而葉綠素含量（ＳＰＡＤ值）則隨之降低。從葉片上不同病害程度的區(qū)域提取到的光譜來看（圖２），不同花青素含量的部位相對(duì)應(yīng)的光譜曲線有著顯著差異，主要體現(xiàn)在可見光波段范圍內(nèi)，隨著病情的加重，葉片葉綠素含量不斷降低，而作為植物葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的花青素濃度隨之升高，葉片光合能力相對(duì)減弱，對(duì)紅、藍(lán)光的吸收減少，整個(gè)可見光波段反射率明顯增加。在近紅外區(qū)域則相反，正常葉片的反射率要高于染病葉片的反射率，這是因?yàn)槿~片內(nèi)部的細(xì)胞結(jié)構(gòu)決定了葉片在近紅外波段反射率的高低，葉片正常部位葉肉細(xì)胞對(duì)光形成多次散射，反射率較高。而染病部位內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，反射率也隨之降低。圖１蘋果葉片不同病害程度病斑處的ＳＰＡＤ值和花青素值Ｆｉｇ．１ＳＰＡＤａｎｄＡｎｔｈｖａｌｕｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｏｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｅａｓｅｄｅｇｒｅｅｓ３１８８光譜學(xué)與光譜分析第３７卷

圖２蘋果葉片不同花青素值病斑處的光譜曲線Ｆｉｇ．２ＬｅａｆｓｐｅｃｔｒａｌｃｕｒｖｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｏｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＡｎｔｈｖａｌｕｅｓ２．１．２蘋果花葉病葉片病斑紅邊特征光譜紅邊是由植物葉片在紅光波段對(duì)光的強(qiáng)吸收和近紅外波段的強(qiáng)反射而形成的植物特有光譜特征。植物紅邊光譜特性通常由紅邊位置（λｒ）、紅邊幅值（Ｄｒ）和紅邊面積（ＳＤｒ）三個(gè)參數(shù)表征，范圍在６８０～７６０ｎｍ之間。當(dāng)植物葉片因病蟲害受到破壞時(shí)，光譜紅邊特征亦會(huì)隨之變化。由圖３可以看到：與正常部位相比，受病部位隨著病情的加重，紅邊面圖３蘋果葉片不同花青素值病斑處的紅邊特征Ｆｉｇ．３ＲｅｄｅｄｇｅｆｅａｔｕｒｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｏｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＡｎｔｈｖａｌｕｅｓ積ＳＤｒ和紅邊幅值Ｄｒ均減小，且紅邊位置λｒ明顯向短波方向移動(dòng)，出現(xiàn)了“藍(lán)移”現(xiàn)象。此時(shí)葉片上染病區(qū)域葉綠素含量下降，花青素含量上升，病斑處失綠發(fā)黃狀況明顯。２．１．３葉片花青素與對(duì)應(yīng)光譜反射率相關(guān)性分析對(duì)６４０個(gè)樣點(diǎn)的花青素值與對(duì)應(yīng)光譜反射率進(jìn)行相關(guān)性分析，，結(jié)果如圖４所示：在４００～７３０ｎｍ可見光波段，花青素值與光譜反射率達(dá)到極顯著正相關(guān)，且在黃光波段５８１ｎｍ處相關(guān)系數(shù)最大（ｒ＝０．８３６）；近紅外波譜的絕大多數(shù)波段反射率與花青素值達(dá)到極顯著負(fù)相關(guān)。由此可見，與葉綠素等其他葉片色素指數(shù)不同，可見光與近紅外波段均為花青素值的敏感區(qū)域。在構(gòu)建花青素高光譜反演模型時(shí)，可考慮全光譜波段的參與。圖４花青素值與各波段光譜反射率的相關(guān)系數(shù)Ｆｉｇ．４Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
【作者單位】： 西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院;上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所;上海市數(shù)字農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心;
【基金】：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2013AA102401-2)資助
【分類號(hào)】：S436.611;TP391.41

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3 謝為龍;冷懷瓊;;蘋果葉片感染褐斑病過程中過氧化物酶同工酶變化的研究[J];云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1990年03期

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本文編號(hào)：2521143