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水旱地冬小麦光谱特征变化及植株氮素含量监测研究

作　者: 李方舟
导　师: 杨武德
学　校: 山西农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 冬小麦 高光谱 植被指数 农学参数 氮素含量
分类号: S512.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本试验以山西省闻喜县冬小麦种植区为研究对象,通过实地布点取样,用高光谱仪测量冬小麦冠层反射率,计算植被指数,并测定了相对应冬小麦的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、叶面积指数、植株氮素含量,根据“特征光谱参数-农学参数-植株氮素含量”之间的关系,以主要农学参数为连接点建立基于特征光谱参数的水旱地冬小麦氮素含量预报模型。结果表明：1、水旱地冬小麦不同生育时期冠层光谱反射曲线特征基本一致,550nm附近有一个明显反射峰,650-750nm反射率迅速上升,750-1350nm处的光谱曲线变化比较明显,反射率值高。反射率一阶导数在红边位置有一个明显的波峰。从拔节期到成熟期,原始冠层光谱曲线和一阶导数光谱曲线反射峰逐步变得不明显。2、不同生育时期水旱地冬小麦叶片色素含量、LAI和氮素含量的变化趋于一致,呈“低-高-低”的变化趋势。旱地冬小麦叶绿素含量和类胡萝卜素含量要高于水地,水地冬小麦LAI和氮素含量高于旱地。3、拔节期旱地冬小麦叶绿素含量、类胡萝卜素含量和LAI分别与FDNDVI (685,1003)、FDNDVI (1308,642)、FDDVI (771,685)相关性最好,而水地各农学参数则分别与FDDVI (1082,624)和FDMSAVI (1082,624)、FDDVI (1082,624)和FDMSAVI (1082,624)、FDNDVI (770,688)相关性最好；抽穗期旱地各农学参数分别与FDMSAVI(1156,639)、FDDVI(1164,691)和FDMSAVI(1164,691)、FDDVI(762,697)相关性最好,而水地各农学参数则分别与FDDVI(787,648)和FDMSAVI(787,648)、 FDDVI (819,648)和FDMSAVI (819,648)、FDDVI (1036,628)和FDMSAVI (1036,628)相关性最好；灌浆期旱地各农学参数分别与FDDVI (950,755)和FDMSAVI (950,755)、FDDVI (951,746)和FDMSAVI (951,746)、FDDVI (966,755)和FDMSAVI(966,755)相关性最好,水地各农学参数则分别与FDRVI(1091,682)、FDMSAVI (1073,605)、FDDVI (750,606)和FDMSAVI (750,606)相关性最好。4、除灌浆期旱地的叶面积指数与氮素含量不相关外,其它各生育时期的农学参数与氮素含量相关性都达到了极显著水平。5、以农学参数为连接点建立的植株氮素含量光谱监测模型中,拔节期、抽穗期和灌浆期水旱地均以叶绿素含量为中间变量的模型最佳,旱地最佳自变量分别为FDNDVI (685,1003)、FDMSAVI (1156,639)、FDMSAVI (950,755);水地最佳自变量分别是FDMSAVI (1082,624)、FDMSAVI (787,648)、FDRVI (1091,682)。

全文目录


摘要  6-8
1 引言  8-14
  1.1 高光谱遥感技术研究现状  8-10
    1.1.1 高光谱遥感技术概述  8-9
    1.1.2 高光谱遥感技术的发展历程  9
    1.1.3 植被光谱诊断原理及特征  9-10
  1.2 高光谱在农学方面的监测研究  10-13
    1.2.1 高光谱在色素方面的研究动态  10
    1.2.2 高光谱在叶面积指数方面的研究动态  10-11
    1.2.3 高光谱在氮素方面的研究动态  11-13
  1.3 研究目的和意义  13-14
2 材料与方法  14-17
  2.1 试验设计  14
  2.2 测量指标与方法  14-15
    2.2.1 冠层光谱测定  14
    2.2.2 叶绿素(Chl)含量测定  14-15
    2.2.3 叶面积指数(LAI)测定  15
    2.2.4 植株氮素测定  15
  2.3 数据分析  15-17
    2.3.1 植被指数  15-17
    2.3.2 模型的构建与检验  17
3 结果与分析  17-38
  3.1 冬小麦光谱变化特征分析  17-20
    3.1.1 冬小麦冠层光谱变化特征  17-18
      3.1.1.1 不同生育时期冬小麦冠层光谱变化特征  17-18
      3.1.1.2 水旱地冬小麦冠层光谱变化特征  18
    3.1.2 冬小麦冠层光谱一阶导数变化特征  18-20
      3.1.2.1 不同生育时期冬小麦冠层光谱一阶导数变化特征  18-19
      3.1.2.2 水旱地冬小麦冠层光谱一阶导数变化特征  19-20
  3.2 冬小麦主要农学参数的变化特征  20-23
    3.2.1 叶绿素含量的变化特征  20-21
    3.2.2 类胡萝卜素含量的变化特征  21-22
    3.2.3 叶面积指数的变化特征  22
    3.2.4 氮素含量的变化特征  22-23
  3.3 特征波段的筛选  23-27
    3.3.1 叶绿素含量特征波段的筛选  23-25
    3.3.2 类胡萝卜素含量特征波段的筛选  25-26
    3.3.3 叶面积指数特征波段的筛选  26-27
  3.4 主要农学参数与植被指数的定量关系  27-30
    3.4.1 叶绿素含量与植被指数的定量关系  27-28
    3.4.2 类胡萝卜素含量与植被指数的定量关系  28-29
    3.4.3 叶面积指数与植被指数的定量关系  29-30
  3.5 植株氮素含量光谱模型的构建  30-38
    3.5.1 主要农学参数与植株氮素含量的关系  30-31
    3.5.2 植株氮素含量光谱预测及检验  31-38
      3.5.2.1 基于叶绿素含量-氮素含量的光谱监测模型及检验  31-34
      3.5.2.2 基于类胡萝卜素含量-氮素含量的光谱监测模型及检验  34-36
      3.5.2.3 基于叶面积指数-氮素含量的光谱监测模型及检验  36-38
      3.5.2.4 不同农学参数光谱监测模型的比较  38
4 结论与讨论  38-41
  4.1 结论  38-40
  4.2 讨论  40-41
参考文献  41-46
Abstract  46-48
致谢  48

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 麦 > 小麦 > 冬小麦
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