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[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
许童羽 方健羽 郭忠辉 白驹驰 金忠煜 于丰华
土壤氮元素是土壤肥力的一个重要指标，掌握土壤氮元素含量的变化是观测农作物的发育状况及时空变化规律等的基础。利用高光谱对土壤氮元素进行反演，可为精准农业地表土壤元素快速测定提供参考。为实现对土壤中氮元素含量的快速测定，以沈阳农业大学海城试验田为例，对土壤原始反射率进行了一阶导数变换，运用等距特征映射算法（isometric feature mapping,lsomap）、竞争性自适应重加权采样法（competitive adapative reweighted sampling, CARS）对一阶导数光谱数据进行降维并提取出相关特征。运用BP神经网络（back propagation neural network,BPNN）、GA优化（GA-BPNN）以及经过NSGA-Ⅲ优化后的BP神经网络（NSGA-Ⅲ-BPNN）3种分析方法建立土壤全氮的高光谱反演模型，并利用决定系数（R~2）和均方根误差（root mean square error,RMSE）对反演模型进行评价。结果表明：经过ISOMAP进行的降维相对于CARS能有效的对特征进行提取。优化后的神经网络模型建立的土壤养分含量预测模型优于未优化的神经网络，能极好地预测土壤中的氮元素含量。基于Isomap降维后的NSGA-Ⅲ-BPNN的模型的反演模型预测效果最好，最终预测土壤全氮含量训练集为R~2=0.842、RMSE=0.077，测试集R~2=0.826、RMSE=0.089。反演精度高于GA-BPNN和BPNN的模型反演精度，与其他模型组合相比，该组合可以为土壤氮元素含量的反演研究提出一种新的方法。
[期刊] 西南农业学报
[作者]
彭一平 刘振华 王璐 赵理 胡月明
【目的】为更快速准确地估算土壤全钾含量。【方法】本文以土壤高光谱数据和实验室分析所得的土壤全钾含量数据为数据源,研究土壤光谱与土壤全钾含量的关系。在土壤原始光谱预处理的基础上,对其进行光谱平滑、一阶微分、二阶微分和倒数对数等光谱变换处理,筛选出与对土壤全钾含量相关性最高的光谱指标,最终建立模型预测土壤全钾含量。【结果】基于一阶微分变换的光谱变量是估算土壤全钾含量的最佳光谱指标,其构建的土壤全钾高光谱反演模型(y=2E+06x~2+11328x+16.372)效果最佳,决定系数R~2为0.64,均方根误差RMSE为4.850 g/kg。【结论】利用该模型快速估算广东省土壤全钾含量是可行的。
关键词：
土壤全钾 高光谱指标 反演模型 华南地区
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
蒋薇 严定春 李栋 孙伟超 薛博文 程涛 李军营 汤亮
[目的]土壤背景在无人机遥感监测中存在干扰作用，但目前还未有针对烟草长势和品质无人机高光谱监测进行去土壤效应的研究。[方法]本研究通过实施2个品种、4个施氮水平互作处理的烤烟田间试验，利用无人机平台搭载的高光谱相机获取大田关键生育期的烤烟冠层反射光谱数据，分别使用土壤植被组分光谱分解(3SV)算法与植被指数阈值法去除土壤效应后的各小区平均光谱，利用植被指数优化算法进行全生育期烤烟叶面积指数和烟碱含量的高光谱监测模型构建。[结果]在使用3SV算法后，波段组合与烟叶烟碱相关关系较高的区域分布在λ1：450～500 nm和λ2：580～660 nm组合以及λ1：630～670 nm和λ2：680～700 nm；波段组合与叶面积指数相关关系较高的区域分布于λ1：730～770 nm和λ2：750～800 nm组合以及λ1：510～600 nm和λ2：680～700 nm。基于3SV算法的烟叶烟碱含量与叶面积指数监测模型验证精度均较植被指数阈值算法处理后有不同程度的提升，‘云烟87’烟碱的模型验证决定系数R~(2)从0.64提升到0.88，RMSE从0.71 %降低至0.29 %，效果最为明显。利用3SV算法与波段优化算法，筛选出与‘云烟87’叶面积指数关系最佳的指数为NDLI_(515，691)，与‘K326’品种叶面积指数关系最佳的指数为NDLI_(764，799)；与‘云烟87’烟碱含量关系最佳的指数为NDNI_(450，658)，与‘K326’品种烟碱含量关系最佳的指数为NDNI_(456，654)，并建立了无人机平台适用于监测整个大田生育时期的通用叶面积指数与烟碱的模型。[结论]通过比较不同去除土壤背景算法，3SV算法提升了烟草叶面积指数与烟碱监测模型的精度，为无人机高光谱大面积监测烟草长势与品质提供了技术支持。
[期刊] 西南农业学报
[作者]
文锡梅 兰安军 易兴松 张吟 李洋 秦志佳
【目的】利用高光谱数据定量反演喀斯特地区土壤有机质含量,为喀斯特地区快速、大范围、实时地监测土壤有机质含量提供更多的技术手段。【方法】利用机载高光谱成像系统和便携式地物光谱仪分别获取土壤光谱数据,基于原始光谱反射率和不同光谱变换数据,分析其与土壤有机质含量的相关性,以偏最小二乘法建立模型预测土壤有机质含量。【结果】2种数据源都可以用于土壤有机质含量预测,其中,基于ASD光谱一阶微分变换建立的模型预测精度较高,验证集决定系数(Rv~2)为0.910,相对分析误差(RPD)为2.68;基于GS光谱二阶微分变换建立的模型预测效果较好,验证集Rv~2为0.772,RPD为1.49。【结论】ASD光谱与GS光谱建模预测精度相差较大,ASD光谱客观条件影响较小、光谱波段更宽、光谱分辨率更高,具有更好的预测能力;低空无人机获取的GS光谱也具有一定的预测能力。
关键词：
高光谱 土壤有机质 喀斯特 偏最小二乘法
[期刊] 中国农业科学
[作者]
贺军亮 蒋建军 周生路 徐军 蔡海良 张春耀
目的应用高光谱技术阐释土壤有机质光谱规律及对有机质在土壤中的含量进行定量分析,为土壤肥力测定和评价提供指导。方法利用ASD FieldSpec Pro地物光谱仪在自然环境条件下对不同有机质含量的土壤样本进行光谱测量。通过对获取的土壤样品高光谱反射率进行倒数、导数、对数和标准化比值变换,运用统计单相关方法进行分析。结果确定了511 nm波长为诊断土壤有机质含量的敏感波段,采用450～750 nm可见光波段反射率均值对507～516 nm敏感范围反射率均值进行标准化比值处理后获得的有机质诊断指数(OII)对土壤有机质含量的估算精度较高,它们存在着简单的线性相关关系。结论土壤有机质诊断指数(OII)...
[期刊] 沈阳农业大学学报
[作者]
徐厚生 王继春
随着工业化的不断推进，土壤重金属污染情况十分严重。重金属污染对于环境保护，人类安全都有很大的影响。砷作为一种毒性很强的重金属元素，对其进行反演研究，这对环境保护有着重要意义。传统的土壤重金属含量检测方法多为繁杂的实验室化学处理方法，耗费大量时间且成本高昂。为研发一种快速、准确检测土壤砷含量的方法，首先在可见光-近红外光波段获得原始反射光谱，使用三波段光谱指数分析波段间的相互作用，利用相关系数法获得最优的光谱参数组合，从而提取优质光谱特征。双隐含层极限学习机（TELM）是一种前馈神经网络模型。TELM在单隐含层极限学习机的基础上引入了新的隐含层和学习机制，有较高的性能。但是由于TELM第一隐含层参数是随机获得的，容易导致模型的不稳定，利用粒子群优化（PSO）算法对该层参数进行寻优。PSO是一种经典的智能优化算法，具有很强的全局搜索能力。针对PSO容易陷入局部最优点的缺点，引入新的交叉策略，通过该交叉策略，可以帮助其摆脱局部最优，并提出基于三波段光谱指数和交叉粒子群算法的双隐含层极限学习机混合模型（TPC-TELM）。为验证模型的有效性，将其与多个机器学习模型（如单层极限学习机和TELM等）进行对比，并引入均方根误差（RMSE）和皮尔逊相关系数（r）作为性能指标来衡量模型的性能。结果表明：利用三波段光谱指数可以帮助提取优质光谱特征，通过引入交叉策略，增强模型的探索能力。相对于其他几个机器学习模型，TPC-TELM模型的RMSE最小，为0.680 9,r值最大，为0.865 6，说明所提出模型的优越性和有效性。
[期刊] 自然资源学报
[作者]
张娟娟 田永超 姚霞 曹卫星 马新明 朱艳
基于高光谱(350~2 500 nm)数据,研究了我国中、东部地区5种主要类型土壤全氮含量与高光谱反射率之间的定量关系,构建了基于偏最小二乘法(PLS)、BP神经网络(BPNN)和特征光谱指数的土壤全氮含量估算模型。结果表明,以500~900 nm、1 350~1 490 nm区域波段反射率经Norris滤波平滑后的一阶导数光谱为基础,构建的基于PLS和BPNN的土壤全氮含量估算模型精度较高,建模决定系数分别为0.81和0.98;独立观测资料检验结果显示,模型预测决定系数分别为0.81和0.93,均方根误差RMSE为0.219 g.kg-1和0.149 g.kg-1,相对分析误差RPD为2.2...
[期刊] 华北农学报
[作者]
吴立鹏 张士荣 娄金华 魏立兴 孙泽强 刘盛林 丁效东
针对滨海盐碱地稻田土壤有机质较低、氮肥投入过量,采用田间微区试验研究了秸秆还田与优化施氮对稻田土壤全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳、可溶性有机碳、微生物碳氮含量及水稻生长特征的影响。设秸秆还田与氮肥两因素,3个碳(秸秆还田)水平:C0:无秸秆还田; C1:秸秆还田4 500 kg/hm~2; C2:秸秆还田9 000 kg/hm~2; 2个氮水平:N1:255 kg/hm~2(优化施氮); N2:400 kg/hm~2(农民传统施氮)。结果表明,与C0、C1处理相比,C2处理时土壤有机碳含量分别增加了100. 46%,28. 06%;分蘖期时C2N2处理土壤全氮含量最高,而成熟期C1N1处理土壤全氮含量最高;秸秆还田与优化氮肥显著增加了DOC(可溶性有机碳)含量,分蘖期与成熟期土壤铵态氮、硝态氮含量均以C1N1最高,分蘖期与成熟期时,与未秸秆还田相比,土壤微生物量碳、氮含量显著增加,且C1N1、C1N2处理含量最高;秸秆还田量4 500 kg/hm~2与氮肥施用量255 kg/hm~2处理可有效增加水稻二次枝梗数、千粒质量、结实率及水稻产量,且高于其余处理。与农民传统施肥管理(C0N2)相比,秸秆还田与优化施氮(C1N1)处理水稻产量提高19. 02%,且显著提高滨海盐碱地稻田土壤碳氮含量。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
王靖 彭漪 刘小娟 莫佳才 梁婷
为比较和验证不同叶面积指数(LAI)机器学习模型迁移后的稳定性,以无人机获取的湖北鄂州与海南水稻田的多光谱影像数据为研究对象,使用8种植被指数经验模型与3种机器学习方法对鄂州试验田的水稻LAI进行反演,并推广至海南试验区。结果表明:1)非线性模型在鄂州试验数据的建模集测试中精确度较优,其中归一化红边差值(NDRE)非线性模型验证的变异系数(CV)=31.05%,但推广至海南试验区后精确度下降严重(验证集CV=74.90%),可移植性差;2)线性模型和机器学习模型在模型移植后表现出较优的稳定性,其中梯度提升回归(GBR)二波段模型在鄂州数据建模集CV=28.91%,在海南数据验证集CV=26.58%;3)增强植被指数(EVI2)线性拟合模型在鄂州数据建模集CV=33.78%,在海南数据验证集CV=27.90%。最后使用EVI2构建的经验模型,对各生育时期2种不同水稻(珞优9348和丰两优4号)的LAI进行预测,结果表明在相同氮水平下,珞优9348表现为氮高效品种。
关键词：
水稻 叶面积指数 植被指数 氮高效
[期刊] 中国农业科学
[作者]
翟清云 张娟娟 熊淑萍 刘娟 杨阳 马新明
【目的】叶片氮素状况是小麦生产中精确施氮管理与调控的前提,实时无损监测叶片氮素状况对小麦生产管理具有重要意义。本文旨在综合分析不同环境下小麦冠层光谱响应差异,进而构建其估测模型,为小麦氮肥合理运筹提供技术支持。【方法】本研究基于3种不同土壤质地(砂土、壤土和黏土)、5种不同施氮水平(0、120、225、330和435 kg.hm-2)及3种河南省主栽小麦品种(矮抗58、周麦22和郑麦366)连续2年的大田试验,于小麦主要生育时期同步测定冠层光谱反射率和叶片氮含量,对3种不同土壤质地条件下小麦冠层叶片氮含量的高光谱响应差异进行比较,系统分析350—1 050 nm波段范围内任意两波段组合而成的差...
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张文旭 祝丹凤 崔静 宋江辉 史晓艳 王金刚 杨明凤 王海江
为探究棉花冠层无人机热红外影像对根域土壤水分含量反演规律，以棉花花铃期土壤水分为研究对象，利用小区水分胁迫控制试验和模型模拟的方法，获取棉花花铃期在不同干旱胁迫天数下（灌水后第2、10和32天）的叶片含水量、根域各土层（0～10、10～20、20～30、30～40、40～50cm）土壤相对含水量（Relativesoil water content,RSWC），同步获取无人机热红外影像数据，通过将棉花冠层温度与叶片、大气温度结合构建差值温度指数（Difference temperature index,DTI），比值温度指数（Ratio temperature index,RTI）和归一化差值温度指数（Normalized difference temperature index,NDTI），选择与RSWC相关性在0.6以上的指标（冠层温度、冠-高温差、冠-均温差、DTI2、DTI3、NDTI2、NDTI3）构建不同土层水分含量估测模型，并进行验证。结果表明：1）随干旱胁迫天数的增加，棉花叶片含水量呈先升高后降低的趋势，土壤相对含水量随干旱胁迫天数的增加逐渐降低；2）冠层温度协同叶片、大气温度构建的温度指数估测根域土壤水分含量精度要优于单一使用冠层温度，具体表现为NDTI3>DTI3>DTI2>NDTI2>冠-均温差>冠-高温差>冠层温度；3）多元线性回归模型对棉花根域土壤含水量具有较高的估测精度，其中干旱胁迫第2天对10～20 cm根域土层的估测精度最高，R2为0.600,RMSE为0.388；第10天对20～30 cm根域土层的估测精度最高，R2为0.721,RMSE为0.267；第32天对30～40 cm根域土层的估测精度最高，R~2为0.918,RMSE为0.068。因此，利用无人机热成像仪获取棉花冠层温度并结合叶片及大气温度，可对作物根域土壤水分含量进行拟合估测，对发展节水灌溉等土壤水分调控与管理技术具有现实意义。
[期刊] 农业现代化研究
[作者]
郑亮 沈健林 邹冬生 刘杰云 王聪 李宝珍 李勇 吴金水
以湖南省长沙典型红壤性水稻土为对象,采用田间定位试验,设置了不施氮(CK)、常规氮肥减半(50%N)、常规全量氮肥(100%N)、猪粪替代50%氮肥(50%N+PM)四个氮肥处理,研究猪粪部分替代化学氮肥对双季稻田土壤活性碳氮含量和水稻产量的影响。2012年结果表明,在早稻整个生长期和晚稻孕穗期以前,50%N+PM与100%N处理相比,其对土壤NH4+-N含量无明显影响,而在晚稻完熟期,50%N+PM处理土壤NH4+-N含量增加了65%。50%N+PM处理在早稻移栽期、晚稻孕穗期、早稻晚稻乳熟期和完熟期较100%N处理显著提高了土壤可溶性有机氮(DON)含量,增幅在50%-102%之间。在整个...
[期刊] 西北农林科技大学学报(自然科学版)
[作者]
刘雪梅 章海亮
【目的】采用近红外光谱和不同建模方法测定土壤中的有机质和速效P含量。【方法】分别采集江西不同地区的土样240个,采集土壤样品的近红外漫反射光谱,以对光谱数据进行主成分分析得到的前6个主成分(PCs)和偏最小二乘回归(PLSR)建模得到的6个潜在变量(LVs),分别作为反向传播神经网络(BPNN)和偏最小支持向量机(LS-SVM)的输入变量,共建立6个模型,分别为主成分回归(PCR)、PLSR、BPNN-PCs、BPNN-LVs、LS-SVM-PCs和LS-SVM-LVs,并对这些建模方法预测土壤有机质和速效P含量的结果进行评价,从中筛选出最佳模型。【结果】在预测土壤有机质和速效P含量时,LS-...
[期刊] 农业现代化研究
[作者]
王凤仁 逄蕾 沈健林 李言言 李宗明 王娟 吴金水
土壤碳氮磷等养分含量及其生态化学计量比对作物养分供应有重要影响，长期秸秆还田如何影响稻田土壤水稳性团聚体碳氮磷含量及生态化学计量比尚不清楚。本研究以双季稻田为研究对象，设置仅施化肥（CK）、低量秸秆还田+化肥（LS）和高量秸秆还田+化肥（HS）三个处理，于秸秆还田后的第9～10年测定土壤水稳性团聚体组成及其碳氮磷含量，分析土壤水稳性团聚体分布、平均重量直径及元素生态化学计量比，旨在明确长期秸秆还田下双季稻田土壤各粒径水稳性团聚体对碳氮磷养分的贡献及其生态化学计量比特征。结果表明，秸秆还田后的9～10年，与CK相比，HS和LS处理显著增加了>0.25 mm粒径水稳性团聚体（R_(0.25)）的占比和平均重量直径（MWD）;HS处理显著提高了>2 mm、0.25～1 mm、0.053～0.25 mm和2 mm粒径水稳性团聚体对于土壤TC、TN和TP的贡献率，有助于改善水稻的氮磷吸收。与CK相比，HS处理提高了各主要粒径水稳性团聚体（>2 mm、1～2 mm、0.053～0.25 mm和
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
赵明家 张忠庆 李志洪
为研究基于高光谱优化NDVI值在反演喇叭口期玉米叶片氮含量的可行性,使用Fiedspec3.0光谱仪和Greenseeker分别对不同施氮量下玉米叶片的光谱反射率和NDVI进行了测定,并对NDVI值进行了提取和优化,建立玉米叶片氮含量优化NDVI反演模型,对其反演精度进行验证。结果显示:优化NDVI值与NDVI测定值、玉米叶片氮含量均呈显著正相关(r=0.913 2,0.949 8),优化NDVI值对玉米叶片氮含量反演精度达到显著水平(r=0.908 1),反演精度高于NDVI测定值。优化NDVI值能通过群体的速测来决策玉米叶片的氮含量,为玉米进行氮营养诊断提供新的技术支持,具有重要的现实意义...
关键词：
高光谱 NDVI 玉米 氮营养
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