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基于高光谱玉米氮素营养与生长指标的监测

作　者: 李振
导　师: 董树亭
学　校: 山东农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 玉米高光谱氮素营养生长指标监测模型
分类号: S513
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文综合运用高光谱探测及玉米生理生化测试技术，分析了玉米冠层光谱反射特征及与玉米长势指标、氮素营养的关系，系统的阐述了玉米冠层反射光谱特征，并确立了玉米长势指标（叶面积指数、干物质积累量）、色素含量及氮素营养的敏感光谱特征参数及预测方程，具体研究结果如下：1随氮素水平的增加，玉米冠层光谱反射率在可见光区域（350-680nm）降低，在近红外平台（760-1300nm）随氮素水平的增加呈现升高的趋势。在可见光波段，随着生育期的推进，冠层光谱反射率呈现先降低后升高的趋势。而在近红外波段变化趋势相反。冠层反射率一阶微分导数在红边区域出现“双峰”现象，随氮素水平的提高，“双峰”没有出现增强或减弱的现象，但随着生育期的推进，“双峰”呈现先增强后减弱的规律。红边位置随生育期推进出现先“红移”后“蓝移”现象，但对氮素不敏感,随氮素水平的改变而变化不大。红边幅值对生育期及氮素水平表现均较敏感，随氮素水平的升高呈现逐渐升高的趋势，随生育期的推进，呈现规律性先增高后降低的趋势。2高光谱植被指数NDVI(760460)、NDVI(810460)、NDVI(760510)能够较好估测干物质积累量，其中NDVI(760460)表现最优，预测效果最好。高光谱植被指数RVI(710460)、NDVI(710460)、RVI（710510）、NDVI（710510）能够较好的反演玉米叶面积指数，其中RVI(710510)为最佳反演参数。而红边参数（红边幅值、红边位置）与叶面积指数和干物质积累量拟合效果较差，并不能作为估测生长指标的高光谱参数。3由460、510nm和710nm组成的比值、归一化植被指数能够较好估测玉米Chla、Chlb及Chla+b含量，其中以RVI(710510)为最佳的反演参数。红边幅值D red与类胡萝卜素Car含量拟合效果最好，能够较准确的预测类胡萝卜素Car含量。4由510nm和1100nm组成的比值RVI(1100560)、归一化植被指数NDVI(1100560)均可以预测玉米叶片氮素含量及氮素积累量，且具有较高的准确性。通过对比发现，光谱参数对叶片氮素积累量的预测效果要好于叶片氮含量。RVI(1100560)预测叶片氮素含量较好，NDVI(1100560)更适合于预测叶片氮素积累量。与叶片相比，植株地上部氮素积累量与冠层反射光谱的相关性相对较差，采用760nm与950nm组成的比值、归一化及差值植被指数均能够较好的预测植株地上部氮素积累量。其中以NDVI(950760)表现最好，预测最为精确。

全文目录

符号说明  4-8
中文摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
1 引言  12-21
  1.1 研究目的意义  12-14
  1.2 高光谱遥感简介  14-16
    1.2.1 高光谱遥感概念  14
    1.2.2 高光谱遥感信息的处理方法  14-15
    1.2.3 作物高光谱的农学参数估测方法  15-16
      1.2.3.1 利用作物光谱反射率作为估测因子  15
      1.2.3.2 利用作物光谱植被指数作为估测因子  15
      1.2.3.3 利用作物光谱波形特征进行估测  15-16
  1.3 绿色植被的光谱特征及生长监测的光谱学原理  16
  1.4 国内外研究进展  16-21
    1.4.1 作物长势监测研究概述  16-17
    1.4.2 作物生化参数监测研究进展  17-21
      1.4.2.1 作物色素监测  17-18
      1.4.2.2 作物含水量监测  18
      1.4.2.3 作物氮素光谱技术监测  18-19
      1.4.2.4 作物叶片碳氮比光谱技术监测  19
      1.4.2.5 作物品质的光谱技术监测  19-21
2 材料与方法  21-25
  2.1 试验材料  21
  2.2 试验设计  21
  2.3 测定项目与方法  21-23
    2.3.1 光谱数据测定  21
    2.3.2 农学数据测定  21-23
  2.4 研究思路与技术路线  23-24
  2.5 数据分析和利用  24-25
3 结果与分析  25-47
  3.1 冠层反射光谱特征  25-28
    3.1.1 不同氮素条件下玉米冠层光谱变  25-26
    3.1.2 不同生育期玉米冠层光谱变化  26
    3.1.3 冠层高光谱一阶微分在红边区域变化  26-28
      3.1.3.1 不同氮素水平下(A)及生育期(B)红边  26-27
      3.1.3.2 不同生育期水平下红边参数变化  27-28
      3.1.3.3 不同氮素水平红边参数的变化  28
  3.2 玉米生长指标与冠层反射光谱的关系  28-34
    3.2.1 玉米干物质积累量与冠层反射光谱的关系  28-31
      3.2.1.1 玉米干物质积累量的变化  28-29
      3.2.1.2 干物质积累量与冠层高光谱指数的关系  29-31
    3.2.2 玉米叶面积指数与冠层反射光谱的关系  31-32
      3.2.2.1 玉米叶面积指数变化  31-32
    3.2.3 叶面积指数与高光谱参数的关系  32-34
  3.3 玉米叶片色素含量与冠层反射光谱的关系  34-37
    3.3.1 不同氮素水平下玉米色素含量的变化  34-35
    3.3.2 玉米色素含量与高光谱参数的关系  35-37
  3.4 玉米叶片及植株氮素状况与冠层反射光谱的关系  37-47
    3.4.1 玉米叶片氮素含量与冠层反射光谱的关系  37-40
      3.4.1.1 不同施氮水平下玉米叶片氮素含量状况  37-38
      3.4.1.2 叶片氮素含量与冠层高光谱反射率的相关关系  38-40
    3.4.2 玉米叶片氮素积累量与冠层反射光谱的关系  40-42
      3.4.2.1 不同施氮水平下玉米叶片氮素积累量状况  40
      3.4.2.2 叶片氮素积累量与冠层高光谱反射率的相关关系  40-41
      3.4.2.3 叶片氮素积累量与冠层高光谱参数的关系  41-42
    3.4.3 玉米地上部氮素积累量与冠层反射光谱的关系  42-47
      3.4.3.1 不同氮素条件下地上部氮素积累量变化  42-43
      3.4.3.2 玉米地上部氮素积累量与冠层反射光谱的相关关系  43
      3.4.3.3 地上部氮素积累量与高光谱参数的关系  43-47
4 讨论  47-53
  4.1 玉米冠层反射光谱特征  47-48
  4.2 玉米生长指标与冠层反射光谱的关系  48-49
  4.3 叶片色素含量与冠层反射光谱的关系  49-50
  4.4 植株氮素状况与冠层反射光谱的关系  50-53
5 结论  53-55
  5.1 玉米冠层反射光谱特征  53
  5.2 玉米叶面积指数及干物质积累量的敏感光谱参数及预测方程  53
  5.3 玉米叶片不同色素组分的敏感光谱参数及预测方程  53
  5.4 叶片及植株氮素营养的敏感光谱参数及预测方程  53-55
参考文献  55-62
致谢  62-63
攻读学位期间发表论文  63

基于高光谱玉米氮素营养与生长指标的监测

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