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夏玉米氮磷营养监测高光谱遥感估算模型研究

作　者: 刘冰峰
导　师: 李军
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 夏玉米 氮磷营养 高光谱遥感 预测模型
分类号: S513
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


高效、精确的植物营养诊断是植物营养研究领域热点研究课题之一。利用高光谱遥感技术可从遥感数据中提取植物的物理参数和化学参数，并且可较准确、快捷的利用作物光谱反射率估算叶片内部分生化成分的含量。氮、磷营养元素是植物在生长发育过程中大量需求的营养元素，对作物的生长发育和产量品质的影响极为显著，合理适时的施肥管理是作物高产优质的重要管理措施。本研究以关中平原夏玉米为研究对象，以连续2年夏玉米氮磷施肥量梯度田间试验为基础，综合运用高光谱遥感技术、生理生化测试和数理统计分析等技术手段，在不同氮磷肥力梯度和不同玉米品种试验条件下，分析了夏玉米冠层高光谱反射率特征与氮、磷和叶绿素营养指标之间的动态关系，旨在建立一种较为准确、高效和稳定的夏玉米氮磷营养诊断高光谱遥感拟合模型，为夏玉米氮磷营养监测提供科学依据。所取得的主要研究进展如下：1.在5种不同施氮量和2种夏玉米品种处理下，分别在玉米拔节期、大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、乳熟期测定了玉米冠层高光谱反射率及其对应叶片的全氮含量。选取了470、550、620和720nm等4个代表性光谱波段，分品种对叶片全氮含量与原始光谱反射率、光谱反射率一阶微分以及部分高光谱特征参数分别进行线性回归和非线性回归拟合。在每个生育时期，选择决定系数和F值最高的模型3个，并分别用第二年测定的光谱和全氮含量数据分别对两个品种进行均方根差和相对误差的验证，选择均方根差和相对误差较小的拟合模型。结果表明：在拔节期、大喇叭口期、抽雄期、吐丝期和乳熟期，玉米叶片全氮含量最佳拟合光谱参量分别为R720、DR720、SDb、DR550和DR550，并获得了玉米叶片全氮含量最佳高光谱遥感估算模型分别为Y=5.129e-2.317x、Y=3.421-10.010x-477802.331x3、Y=4.070-2.304x-52.177x2、Y=-0.468-0.528lnx、Y=-2.390-0.793lnx。2.在4种不同磷施肥量和2种夏玉米品种处理下，分别在玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期测定了玉米冠层高光谱反射率及其对应叶片的全磷含量。选取了540、720、740和850nm等4个光谱波段，分品种对叶片全磷含量与原始光谱反射率、光谱反射率一阶倒数、归一化指数分别进行线性回归和非线性回归拟合。经过筛选、验证，结果表明：大喇叭口期、吐丝期、乳熟期玉米叶片全磷含量分别于各自时期的DR540、NR740和R850光谱参量拟合效果最好，并最终获得了3个生育时期最佳玉米叶片全磷含量高光谱遥感估算模型分别为Y=15.469+1.844lnx、Y=-63.752+3071.931x-34285x2和Y=-13.326+54.092x-43.123x2。3.在氮（5种）磷（4种）交叉肥力梯度下和2种夏玉米品种处理下，分别在玉米拔节期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期测定了玉米冠层高光谱反射率及其对应叶片的叶绿素含量。选取了540、560、600和760nm等4个光谱波段，不分品种对叶片叶绿素含量与原始光谱反射率、光谱反射率一阶倒数和植被指数分别进行线性回归和非线性回归拟合。经过筛选、验证，结果表明：拔节期、大喇叭口期、吐丝期、乳熟期玉米叶片叶绿素含量分别于各自时期的R760、PSDNa、GNDVI和Rch光谱参量拟合效果最好，并最终获得了4个生育时期最佳玉米叶片叶绿素量高光谱遥感估算模型分别为Y=10.115-27.525x+24.799x2、Y=1.713+4.118x-7.798x2+3.685x3、Y=4.701-11.623x+15.051x2和Y=3.513-6.543x+67.755x2-154.672x3。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 文献综述  11-16
  1.1 研究背景  11-12
    1.1.1 高光谱遥感技术原理  11
    1.1.2 植被的反射光谱特征  11-12
  1.2 研究目的和意义  12
  1.3 国内外研究现状  12-16
    1.3.1 植物氮素营养光谱的研究进展  12-14
    1.3.2 植物磷素营养光谱的研究进展  14
    1.3.3 植物叶绿素浓度遥感光谱的研究进展  14-16
第二章 材料与方法  16-20
  2.1 试验田概况  16
  2.2 试验设计  16-17
    2.2.1 肥力梯度  16
    2.2.2 玉米品种及密度  16
    2.2.3 试验小区设计  16-17
  2.3 研究内容  17
  2.4 试验方案  17-20
    2.4.1 冠层光谱与营养元素含量测定  17-18
    2.4.2 数据处理与分析  18-20
第三章 夏玉米叶片全氮含量与高光谱拟合模型  20-31
  3.1 不同氮磷施肥量处理下夏玉米冠层光谱反射率与叶片全氮含量差异  20-21
  3.2 叶片全氮含量与冠层光谱反射率及其光谱一阶导数相关关系  21-26
  3.3 不同生育时期叶片全氮含量与光谱特征参量回归模型  26-27
  3.4 叶片全氮含量高光谱遥感估算模型的精度检验  27-29
  3.5 小结  29-31
第四章 夏玉米叶片全磷含量与高光谱拟合模型  31-40
  4.1 不同氮磷施肥量处理下夏玉米冠层光谱反射率与叶片全氮含量差异  31-32
  4.2 叶片全磷含量与冠层光谱反射率及其光谱一阶导数相关关系  32-36
  4.3 不同生育时期叶片全磷含量与光谱特征参量回归模型  36-37
  4.4 叶片全磷含量高光谱遥感估算模型的精度检验  37-39
  4.5 小结  39-40
第五章 夏玉米叶片叶绿素含量与高光谱拟合模型  40-47
  5.1 不同氮磷施肥量处理下夏玉米冠层光谱叶片叶绿素含量差异  40
  5.2 叶片叶绿素含量与冠层原始光谱反射率及光谱一阶导数相关关系  40-43
  5.3 不同生育时期叶片叶绿素含量与光谱特征参量回归模型  43-44
  5.4 叶片叶绿素含量高光谱遥感估算模型的精度检验  44-45
  5.5 小结  45-47
第六章 结论与讨论  47-50
  6.1 关于夏玉米叶片全氮含量高光谱遥感拟合模型  47-48
  6.2 夏玉米叶片全磷含量高光谱遥感拟合模型  48
  6.3 关于夏玉米叶片叶绿素含量高光谱遥感拟合模型  48-50
参考文献  50-56
致谢  56-57
作者简介  57

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 玉米（玉蜀黍）
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