【目的】以海南省特有树种降香黄檀为研究对象,提出1种基于植被指数和多光谱纹理特征的叶片全铁含量(TIC)预测方法,为珍贵树种重金属营养诊断提供参考。【方法】分别设计4种梯度(CK、F1、F2、F3)的铁胁迫试验,胁迫结束后摘取叶片并获取多光谱图像,计算叶片图像的植被指数(VIs)及纹理特征(包括纹理特征均值TFMV和纹理特征方差TFV),分析其与TIC之间的关系。通过显著性检验筛选出与TIC在0. 05和0. 01水平上显著相关的变量,再使用相关性分析法(CA)、主成分分析法(PCA)、平均影响值法(MIV)和遗传算法(GA)进行二次筛选,将筛选结果作为粒子群优化-反向反馈神经网络(PSO-BPNN)的输入变量,分析比较预测结果。【结果】1)在CK～F2梯度区间内,树高、冠幅和地茎的生长量随着施铁含量的增加而增加,而在F3梯度下,树高、冠幅生长量降低,地茎生长量出现大幅度上升; 2)随着叶片TIC的上升,B波段呈先下降后上升趋势;G波段则与B波段相反; R波段先下降后上升,之后基本保持稳定; RE和NIR波段则一直呈上升趋势; 3)大部分VI与TIC在0. 01和0. 05水平上相关,TFMV和TFV也可以反映叶片TIC,但TFV在相关水平和相关个数方面均优于TFMV。从波段角度分析,RE和NIR波段在植被指数和纹理特征方面与TIC的相关性均优于其他波段; 4)使用不同筛选方法得到的预测结果不同,其中CA与GA得到的评价指标最佳且相似,但GA在150～300mg·kg~(-1)区间得到的预测结果偏低,不适用于田间施肥指导。5)仅使用植被指数得到的预测结果较差,加入纹理特征后很明显的提高了拟合优度及预测精度,纹理特征方差对模型精度的影响更大,说明叶片纹理的离散程度可以较好的作为预测全铁含量的辅助信息。【结论】F1和F2梯度的施肥量可以促进降香黄檀植株生长及生物量累计。最佳叶片全铁含量为150～300 mg·kg~(-1)。除植被指数外,MPV作为辅助因素可以提高模型的拟合优度及预测精度,同时,CA-PSO-BPNN方法可以有效的运用于田间施肥指导,为珍贵树种重金属含量监测提供较为准确的预测。

【目的】以树木图像为数据源,采用图像理解方法估算幼龄降香黄檀单位质量叶片的全磷含量,为林农在施肥时间与数量方面经营该树种提供参考。【方法】首先提出从图像中分割降香黄檀树木冠层的算法;然后构建用于估计叶片全磷含量的统计模型形式和有效图像参数;最后采用混合模型方法,引入随机效应,建立以图像参数为自变量的植物叶片全磷含量预测模型,实现基于图像的叶片全磷含量预测。【结果】由于森林图像的自然属性,林木分类提取成为图像处理中的难点问题,利用林木前景与背景存在颜色差异这一特性,提出简洁的绿率树冠图像提取方法,通过大量图像测试,获知当绿率取035～042时,能够有效屏蔽背景保留树冠;进一步组合分析图像参数构建养分含量计算模型,确定将标准化灰度值作为指数并用暖距进行调整的二元叶片全磷含量预测模型,该模型能够实现对树冠叶片单位质量全磷含量的较高精度估算;同时,在模型参数估计时引入随机效应,对于各地区土壤条件等存在差异的降香黄檀全磷含量预测表现出较好适应性。【结论】对于与背景存在一定差异的林木图像,绿率是一种很好的树冠图像分割提取方法;在全磷含量预测模型中,双图像参数模型能够有效提高估计精度;对于各地区土壤或环境等存在差异的降香黄檀冠层叶片全磷含量预测,混合效应模型有效融合差异到一个模型中,表现出强大的适应性。

以陕西省扶风县马席村、巨良农场和杨凌区揉谷乡种植的大田玉米为试验材料,分别测定玉米抽雄期、灌浆期和乳熟期的冠层光谱反射率和叶片叶绿素含量,分析冠层各光谱植被指数与叶片叶绿素含量之间的相关关系,建立玉米叶绿素含量估测模型。结果表明,以单变量光谱植被指数估算叶绿素含量,抽雄期的最佳模型由修正叶绿素吸收反射率指数(Modified chlorophyll absorption reflectivity index,MCARI)建立,灌浆期最佳模型由垂直植被指数(Perpendicular vegetation index,PVI)建立,乳熟期最佳模型由植被衰老反射率指数(Plant senescen...

【目的】氮素是作物生长发育过程中最重要的营养元素之一,研究叶氮含量反演的有效光谱指标设置,为应用高光谱植被指数反演作物叶氮含量,以及作物的实时监测与精确诊断提供重要依据。【方法】以冬小麦为例,选取涵盖冬小麦全生育期不同覆盖程度225组冠层光谱与叶氮含量数据,通过遥感方法建立模型,模拟了不同光谱指标,即中心波长、信噪比和波段宽度对定量模型的影响,通过模型精度评价指标决定系数(coefficient of determination,R2)、根均方差(root mean square error,RMSE)、

【目的】阐明水稻顶部4张叶片蛋白氮含量和反射光谱特征的变化规律及其相互关系,建立快速、准确诊断水稻功能叶片蛋白氮含量的方法。【方法】通过3年不同施氮水平和不同品种类型的大田试验,分生育期同步测定顶部4张叶片的光谱反射率及蛋白氮含量,系统分析叶片蛋白氮含量与多种高光谱参数的定量关系。【结果】水稻叶片蛋白氮含量和光谱反射率在不同施氮水平、不同生育期及不同叶位间均存在明显差异,叶片蛋白氮含量的敏感波段主要存在于可见光绿光区530～580nm及红边区域695～715nm,其中红边区域表现最为显著。红边区域700nm附近波段与近红外短波段的比值组合(SRs)可以有效地估算水稻上部功能叶片的蛋白氮含量,其...

【目的】分析苹果叶片的高光谱特征,探索建立苹果叶片色素含量的高光谱监测模型,以促进高光谱技术在苹果长势监测中的应用。【方法】通过方差分析方法,分析苹果春梢和秋梢停止生长两个时期功能叶片的不同部位、不同含水率、不同品种的高光谱特征。利用相关分析方法,研究高光谱参数与叶片色素含量间的关系,并建立基于光谱参数的叶片色素含量监测模型。【结果】在760—1300nm的近红外波段,叶片光谱反射率后部低、前部高、中部居于二者之间;随着叶片含水率降低,光谱反射率逐渐增大;不同品种的叶片,光谱反射率差异显著。光谱参数R800/R550、红边面积Sr和绿峰反射率Rg与叶片色素含量之间有较好的相关性,并分别建立了色...

【目的】铁元素含量是植物生长发育过程中所需的重要微量元素之一,实时动态估测香梨铁元素含量对指导香梨科学施肥具有重要意义。【方法】利用ASD FieldSpec 4光谱仪测定不同时期的香梨叶片光谱反射率,研究香梨叶片光谱反射率、一阶微分、比值SR、归一化ND、差值SD与铁元素含量的相关关系,筛选敏感波段参量,构建香梨叶片铁元素含量的回归估测模型。【结果】6月SR组合、7月ND组合、8月SR组合、9月SD组合的模型拟合度分别为0. 764、0. 551、0. 679、0. 656。检验结果显示不同时期两两波段光谱组合构建的估测模型拟合度较高。【结论】光谱参数组合可以有效的估测香梨叶片铁元素含量,在果树叶片铁元素营养诊断方面有重要的实践意义。

【目的】研究比较不同产地降香黄檀的抗寒性,为降香黄檀跨区域引种提供技术支持及科学参考。【方法】以生长于海南尖峰岭、海南儋州、福建仙游和福建福州等8个产地的降香黄檀幼苗为试验材料,以常温(20℃)为对照,低温处理梯度分别为4、0、-3、-6和-9℃,测定及分析其相对电导率和半致死温度(LT50)以及叶片中游离脯氨酸、可溶性糖和丙二醛(MDA)的含量。【结果】产自福建福州的降香黄檀低温半致死温度(LT50)最低,为-7.842℃,海南儋州的降香黄檀LT50最高,为0.127℃。降香黄檀降温过程中叶片相对电导率随温度的降低呈上升趋势,脯氨酸和可溶性糖含量先上升后下降,丙二醛含量呈上升趋势。【结论】8个产地降香黄檀耐寒性强弱顺序依次为福建福州>广西桂林>福建仙游>海南尖峰岭>广东普宁>广东肇庆>广西凭祥>海南儋州。

[目的]探讨锐齿栎叶片色素含量和光谱反射率之间的关系,确定无损、快速估算锐齿栎叶片色素含量的敏感反射光谱波段和光谱指数。[方法]在2个样地进行了2年的野外观测试验,于生长季内同步测定了锐齿栎叶片的光谱反射率和不同光合色素含量,分析了350 2 500 nm范围内光谱反射率和敏感光谱指数与叶片色素含量及比率之间的定量关系。[结果]锐齿栎叶片的光谱反射率随叶片色素含量呈明显的规律性变化,与Chl a、Chl b、Chl和Car的含量在可见光的绿光黄光及红边区域表现为显著或极显著的负相关性,与Car/Chl表现

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...

【目的】利用光谱学手段,寻找一种快速、简单的梨树叶片中氮含量的诊断方法。【方法】应用傅里叶变换中红外光声光谱仪(FTIR-PAS)研究环渤海湾地区4个梨试验站200个梨园叶片的光声光谱特征,采用偏最小二乘法(PLSR)对叶片氮素含量进行建模和预测。【结果】通过分析PLSR中的主成分数和样本氮素浓度范围对PLSR定量预测能力的影响,当烟台、泰安、昌黎、营口试验站及综合的主成分数分别为6、6、6、4和8时,所建模型最优;用所建的5个模型预测了未知样品的氮素含量,发现预测误差(RMSEP)介于1.26—2.18 g.kg-1,预测相关系数(Rp)介于0.644—0.806。【结论】FTIR-PAS与...

【目的】研究坡垒叶绿素含量的多光谱图像预测法，探讨融合多光谱频域特征预测叶绿素含量的可行性，为坡垒叶绿素含量的无损监测提供有效工具。【方法】采用将植被指数与传统的阈值分割法相结合的方式，去除坡垒冠层多光谱图像的背景，以F_1为分割精度评价指标，确定最适多光谱图像分割方法。对分割后的坡垒冠层多光谱图像，精准提取空域特征（植被指数与纹理特征），并引入3种频域特征，然后基于相关性分析和Lasso算法筛选图像特征，以便携式叶绿素仪测得的SPAD值作为相对叶绿素含量实测值，确定与坡垒SPAD值强相关的优选特征及合适的建模特征组合，结合偏最小二乘回归（PLSR）、随机森林（RF）和极限梯度提升（XGBoost）模型，分别建立多光谱空、频、融合特征模型并进行精度验证，确定适用于幼龄坡垒SPAD值预测的模型形式。【结果】差值植被指数与Kapur阈值结合的分割方法获得了最高分割精度，评价指标F_1达到0.917，为坡垒冠层多光谱图像的最适分割方法。多光谱图像空频域特征表现了与坡垒SPAD值的显著相关性，其中相关性最强的特征为修正叶绿素吸收反射率植被指数，相关系数达到-0.780，为基于单图像特征预测SPAD值的优选特征。在3种频域特征中，小波特征与SPAD值的相关性表现最优。因此，小波变换为优选坡垒多光谱图像频域变换方法。基于不同图像特征构建的SPAD值预测模型，性能表现排序为单频域特征模型<单空域特征模型<融合特征模型，最适建模算法为RF、XGBoost算法。基于RF的融合特征模型为最适模型，检验R~2达到0.791，较单空域特征模型的检验R~2提高了7.9%。【结论】引入3种频域特征能够提高坡垒SPAD值预测精度，且基于RF的融合特征模型获得了较高的预测精度，因此融合多光谱空频域特征并结合机器学习算法，可作为一种有效的幼龄坡垒相对叶绿素含量预测工具，有利于坡垒培育经营工作的智能化发展。

高光谱遥感技术为水稻叶片叶绿素含量的高通量、无损、准确监测提供了有效途径,然而高光谱数据的降维或特征光谱参数的选择是叶绿素含量有效反演的关键环节。利用2017年辽宁省盘锦市大洼水稻氮高效品种筛选试验基地的水稻叶片叶绿素含量与叶片高光谱数据,探讨了高光谱数据的降维方法与叶绿素含量的反演建模。首先应用最优子集选择算法(best subset selection)对工程常用的水稻叶绿素反演特征光谱指数进行优选,筛选出最优组合,作为叶绿素多元回归模型的输入特征;同时应用没有在光谱领域得到有效应用的基函数展开算法,利用Gram-Schmidt正交变换寻找叶片高光谱数据的基函数空间,再将高光谱数据投影到基函数空间从而实现降维,最后利用降维后的数据进行多元回归建模,反演叶绿素。结果表明:最优子集选择算法优选出的mNDVI(445,705,750)、NDVI(705,750)、PSRI(500,680,750)、RD(505,705)、RI1dB(720,735)、MCARI(550,670,700)、PPR(450,550)共7个特征指数组合,回归模型反演精度最高,决定性系数R2为0.844,均方根误差RMSE为0.926;基于基函数展开算法对400～1000nm波段范围601维高光谱数据降至13维,叶绿素反演回归模型的决定性系数R2达到0.861,均方根误差RMSE为0.906。说明基于基函数展开的高光谱降维与叶绿素含量估测方法效果较好,可为水稻叶绿素含量估测与长势诊断提供技术支持。

【目的】探讨采用光谱分析手段估测果树N、P、K营养元素含量的精度及应用潜力。【方法】首先,对果树鲜叶的光谱反射率(Rλ)以及叶片全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量进行测定,并对各种元素含量与Rλ及其多种变式数据(1/Rλl、g(1/Rλ)、d1Rλ、d2Rλ、d1[lg(1/Rλ)]、d2[lg(1/Rλ)]l、g(1/BNC)、f′(Rλ)、Dn)的相关性进行分析,找出与每种元素含量相关性最强的光谱数据形式;其次,采用逐步回归法,对每种元素含量和与其相关性最强的光谱数据形式进行回归分析,得到入选波长;最后,利用入选的波长,进行基于最小误差平方和的偏最小二乘回归建模。【结果】叶片TN...

对海南省澄迈林场的降香黄檀人工林展开病害调查，探讨营林措施对降香黄檀的叶部病害发生的影响。通过采用单因素方差分析和相关分析，结果表明：管理措施对降香黄檀的病害发生的影响达到极显著水平（Ｆ＝４１．６５４，Ｐ＝０．０００；Ｆ＝３１．５０９，Ｐ＝０．００１）。精细管理的林分的病害发生显著低于其他的管理方式的样地。孤立林分的发病率和病情指数都显著低于纯林、混交、套种等栽培模式。不同混交模式间发病率和病情指数存在显著的差异（Ｆ＝２４．３５８，Ｐ＝０．０００；Ｆ＝１３．１４５，Ｐ＝０．０００），其中，降香黄檀和檀香的混交林的发病率和病情指数最低。