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冬小麦氮素营养及其冠层生物理化参量高光谱遥感监测

作　者: 白雪娇
导　师: 常庆瑞; 齐雁冰
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 土地资源与空间信息技术
关键词: 高光谱遥感 氮素状况 叶绿素含量 叶面积指数
分类号: S512.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本研究以冬小麦为研究对象，通过田间观测和室内化验相结合的方法，探讨了不同施氮水平，不同生育期冬小麦冠层反射光谱及其导数光谱的变化规律，建立了冬小麦冠层叶片含氮量，叶绿素含量和叶面积指数的高光谱反演估算模型，可对冬小麦冠层叶片叶绿素含量和叶面积指数实时、精确的监测和氮素营养诊断，为指导冬小麦田间农作措施提供决策依据。主要结论如下：（1）各生育期随着施氮水平的增加，冬小麦冠层叶片氮素含量、叶绿素含量和叶面积指数随之显著增加。冬小麦冠层原始光谱反射率和导数光谱差异明显，随着施氮水平的提高，冬小麦冠层光谱反射率在可见光波段逐渐减小，在近红外波段逐渐增大；红边位置向长波方向移动，产生红移，红遍振幅和红边面积随之增大。（2）各生育期冬小麦冠层原始光谱反射率及其一阶导数光谱与叶片氮素含量、叶绿素含量和叶面积指数均具有较高的相关性。在可见光波段，不同生育期原始光谱反射率与冠层叶片含氮量具有较稳定的负相关性，在红边处变为正相关，并在红边肩部达到最大值；冬小麦冠层一阶导数光谱与叶片氮含量在绿光波段表现为较稳定极显著负相关，在红光波段表现为较稳定极显著正相关。不同生育期冬小麦冠层原始光谱反射率与叶片叶绿素含量和叶面积指数的相关性较高，以700nm波段左右为界，小于700nm的原始光谱反射率与叶绿素含量的相关系数在返青期与拔节期呈负相关，在抽穗期和灌浆期呈正相关，与叶面积指数的相关系数在拔节期和抽穗期为显著负相关；大于700nm的波段的不同生育期相关性变化趋势基本相似且维持稳定变化，在红边处变为正相关，并在红边肩部达到最大值；导数光谱与叶片叶绿素含量和叶面积指数在绿光波段表现为稳定极显著负相关，在红光波段表现为稳定极显著正相关。（3）对冬小麦不同生育期冠层叶片氮素含量、叶绿素含量和叶面积指数与不同敏感波段、光谱特征参量和植被指数进行了回归分析，找出了不同生育期冠层叶片氮素含量、叶绿素含量和叶面积指数回归拟合效果最好光谱变量，并构建估测模型，采用同品种检验和不同小区域间品种间交叉检验对比分析基于不同变量的估测模型的模拟效果和预测精度，得出了不同生育期具有可重复性和普适性的最佳估测模型。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 研究背景和目的意义  10-11
  1.2 高光谱遥感的基本原理  11-12
  1.3 高光谱遥感的监测植被的原理  12-13
  1.4 作物光谱特征和生物理化参数高光谱遥感监测研究及其进展  13-16
    1.4.1 作物光谱特征高光谱遥感监测研究及其进展  13-14
    1.4.2 作物叶片氮素含量高光谱遥感监测研究及其进展  14-15
    1.4.3 作物叶绿素含量高光谱遥感监测研究及其进展  15-16
    1.4.4 作物叶面积指数高光谱遥感监测研究及其进展  16
  1.5 存在问题  16-18
第二章 研究内容与方法  18-24
  2.1 研究内容和技术路线  18
    2.1.1 不同氮素水平下冬小麦冠层高光谱响应特征分析  18
    2.1.2 不同氮素水平下冬小麦叶绿素含量和叶面积指数高光谱遥感监测  18
  2.2 研究方法  18-20
    2.2.1 实验田试验  18-19
    2.2.2 小区域试验  19
    2.2.3 冬小麦冠层高光谱测量  19
    2.2.4 冬小麦生物理化参数测定  19-20
  2.3 光谱数据处理与分析  20-24
    2.3.1 原始光谱反射率及其导数光谱的光谱特征参量  20-22
    2.3.2 光谱植被指数  22-24
第三章 冬小麦叶片氮素营养高光谱遥感监测  24-34
  3.1 不同氮素水平下冬小麦叶片氮素特征  24-25
  3.2 不同氮素水平下冬小麦冠层光谱和一阶微分在红边区域的变化  25-27
  3.3 冬小麦冠层叶片含氮量与原始光谱及其导数光谱的相关性分析  27-30
  3.4 冬小麦冠层叶片含氮量与特征波段和光谱特征参量的相关性分析  30-31
  3.5 不同生育期冠层叶片含氮量高光谱遥感估测模型与精度检验  31-32
  3.6 结论与讨论  32-34
第四章 冬小麦叶绿素高光谱遥感监测  34-44
  4.1 不同施氮水平下冬小麦冠层叶片叶绿素特征  34-35
  4.2 冬小麦冠层叶片叶绿素含量与原始光谱及其导数光谱的相关性分析  35-37
  4.3 冬小麦冠层叶片叶绿素含量与特征波段及光谱特征参量的相关性分析  37-39
  4.4 不同生育期冠层叶片叶绿素含量高光谱遥感估算模型与精度检验  39-42
    4.4.1 基于光谱变量的冬小麦叶片叶绿素含量的估算模型与精度检验  39-40
    4.4.2 基于植被指数的冬小麦叶片叶绿素含量的估算模型与精度检验  40-42
  4.5 结论与讨论  42-44
第五章 冬小麦叶面积指数高光谱遥感监测  44-52
  5.1 不同施氮水平下冬小麦叶面积指数特征分析  44-45
  5.2 冬小麦冠层叶面积指数与冠层原始光谱及其导数光谱相关性分析  45-46
  5.3 冬小麦冠层叶面积指数与光谱特征参量及植被指数的相关性分析  46-48
  5.4 不同生育期冬小麦叶面积指数高光谱遥感估算模型与精度检验  48-50
    5.4.1 基于光谱变量的冬小麦叶面积指数估算模型与精度检验  48-49
    5.4.2 基于植被指数的冬小麦叶面积指数估算模型与精度检验  49-50
  5.5 结论与讨论  50-52
第六章 结语与展望  52-55
  6.1 主要结论  52-53
  6.2 存在问题与展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-61
作者简介  61

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 麦 > 小麦
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