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不同水分状况对烤烟高光谱特性及生理生化指标的影响

作　者: 贾方方
导　师: 马新明
学　校: 河南农业大学
专　业: 作物栽培与耕作学
关键词: 烤烟水分高光谱特性生理生化指标估测模型
分类号: S572
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水分对烤烟的生长发育及产量和品质有着重要影响,因此合理灌溉在烤烟生长中起着举足轻重的地位。利用高光谱遥感在大田中采用非破坏性、快速、简洁的方法监测作物水分状况是十分必要的。本试验利用地面遥感平台,通过研究不同土壤含水量条件下烤烟冠层及叶片的生理生化指标变化和高光谱反射特征,分析烤烟冠层、鲜烟叶和烤后烟叶的生理生化指标同相应的高光谱参数的关系,采用逐步回归方法对其建立估测模型,并随机抽取检验样本进行预测值与实测值的检验,模型的估测和预测效果均较好。主要研究结果如下:1.不同水分处理下的烤烟冠层、叶片的高光谱反射曲线均具有绿色植物的反射特征,且不同处理之间的烤烟冠层和叶片的反射率差异显著,其红边参数亦会随着土壤含水量的变化发生明显的红移和蓝移现象。冠层红边一阶微分光谱具有“双峰”现象,并且随着土壤含水量的增加“双峰”现象愈加显著。2.不同水分处理对两个品种烤烟冠层、鲜烟叶和烤后烟叶生理生化指标的影响表现基本一致,且不同处理之间差异性显著。叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量在伸根期和旺长期均表现为随着土壤水分的增加而升高,在成熟期则表现为:65%>45%>85%。LAI、叶片鲜重、叶片干重、叶片含水率、地上鲜重、地上干重、植株含水率等则均表现为随着土壤含水量的提高而增加。淀粉、还原糖、总糖等碳水化合物均随土壤相对含水量的增加而升高,总氮和烟碱等含氮化合物则随着土壤相对含水量的升高表现出相反的趋势。3.通过田间观测烤烟的冠层反射率,筛选出同烤烟冠层叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量相关性最强的特征变量均是蓝边位置(λb)。同LAI、叶片鲜重、地上鲜重、地上干重相关性最强的特征变量均是红边位置(λr)。同叶片干重、叶片含水率、植株含水率相关性最强的特征变量均是蓝边幅值(Db)。同烤烟冠层还原糖,总氮相关性最强的特征变量均是红边位置(λr)。同淀粉、总糖、烟碱相关性最强的特征变量均是红边面积(SDr)。同烤后冠层烤烟中淀粉、还原糖、总氮、烟碱相关性最强的特征变量均是LCI。同总糖相关性最强的特征变量是红边面积(SDr)。同烤烟叶片中叶绿素a含量,叶绿素b含量,叶绿素总量等生理指标相关性最强的高光谱特征变量均为红边面积(SDr),同叶片鲜重,叶片干重,叶片含水率相关性最强的高光谱特征变量均为红边位置(λr)。同类胡萝卜素含量,叶面积,叶片干重相关性最强的高光谱特征变量均为LCI。红边位置(λr)和红边面积(SDr)同叶片干重相关性相同。同烤烟叶片中淀粉相关性最强的高光谱特征变量为黄边面积(SDy),同总糖相关性最强的高光谱特征变量为蓝边幅值(Db)和黄边面积(SDy),相关强度相同,相关系数分别为:0.54、-0.54。同还原糖、总氮相关性最强的高光谱特征变量均为红边面积与黄边面积归一化比值[(SDr-SDy)/(SDr+SDy)],同烟碱相关性最强的高光谱特征变量均为蓝边位置(λb)。同烤后烟叶中淀粉相关性最强的高光谱特征变量为绿峰与红谷比值(Rg/Rr)、绿峰与红谷归一化比值[(Rg-Rr)/(Rg+Rr)],二者同淀粉的相关系数均为0.59。同还原糖相关性最强的高光谱特征变量为绿峰与红谷比值(Rg/Rr),同总糖、总氮、烟碱相关性最强的高光谱特征变量均为红边面积与黄边面积归一化比值[(SDr-SDy)/(SDr+SDy)]。红边幅值(Dr)和红边面积与黄边面积归一化比值[(SDr-SDy)/(SDr+SDy)]与烟碱的相关性相同,相关系数都为-0.71。4.以烤烟冠层、鲜烟叶和烤后烟叶的生理生化指标为因变量,以21种叶片高光谱参数为自变量建立逐步回归预测模型,通过对模型的复确定系数和自变量回归系数进行显著性测验,并随机抽取检验样本检验,结果均达到显著性,说明利用光谱参数对烤烟的生理生化指标估测均是可行的。这将为烟田水分管理提供一种新方法,可以简单、快速地预测不同土壤含水量条件下的烤烟长势和品质,以及烟田的水分状况。

全文目录

致谢  4-7
摘要  7-9
1 文献综述  9-16
  1.1 高光谱遥感技术的基本概念和应用范围  9
    1.1.1 高光谱遥感技术的基本概念  9
    1.1.2 高光谱遥感技术的应用范围  9
  1.2 高光谱遥感技术在估测作物水分上的研究  9-13
    1.2.1 植被的光谱主要特征  9-10
    1.2.2 高光谱遥感检测叶片和冠层含水量的常用参数  10-11
    1.2.3 高光谱遥感在估测作物含水量上的应用  11-13
  1.3 高光谱遥感技术在烟草上的研究  13-14
  1.4 土壤水分对烟草的影响  14-16
    1.4.1 土壤水分对烟草生长发育的影响  14
    1.4.2 土壤水分对烟叶产量的影响  14-15
    1.4.3 土壤水分对烟叶品质的影响  15-16
2 引言  16-17
3 材料与方法  17-21
  3.1 试验处理与设计  17
  3.2 测定项目与方法  17-19
    3.2.1 光谱测定仪器  17-18
    3.2.2 光谱测定  18
      3.2.2.1 冠层光谱测定  18
      3.2.2.2 叶片光谱测定  18
    3.2.3 生理生化指标测定  18-19
  3.3 分析方法  19-20
    3.3.1 光谱分析  19
    3.3.2 数据分析  19-20
  3.4 研究框架图  20-21
4 结果与分析  21-57
  4.1 不同水分处理对烤烟高光谱特性的影响  21-30
    4.1.1 不同水分处理对烤烟冠层高光谱特性的影响  21-22
    4.1.2 不同水分处理对烤烟冠层微分光谱特性的影响  22-25
    4.1.3 不同水分处理对烤烟叶片的高光谱特性的影响  25-27
    4.1.4 不同水分处理对烤烟叶片微分光谱特性的影响  27-30
  4.2 不同水分处理对烤烟生理生化指标的影响  30-33
    4.2.1 不同水分处理对烤烟冠层生理生化指标的影响  30-32
      4.2.1.1 不同水分处理对烤烟冠层生理指标的影响  30-31
      4.2.1.2 不同水分处理对烤烟冠层生化指标的影响  31-32
    4.2.2 不同水分处理对烤烟叶片生理生化指标的影响  32-33
      4.2.2.1 不同水分处理对烤烟叶片生理指标的影响  32-33
      4.2.2.2 不同水分处理对烤烟叶片生化指标的影响  33
  4.3 利用高光谱参数估算烤烟生理生化指标  33-57
    4.3.1 烤烟生理生化指标与冠层高光谱变量之间的关系研究  33-45
      4.3.1.1 烤烟生理生化指标与冠层高光谱变量之间的相关分析  34-39
      4.3.1.2 利用冠层高光谱参数估算烤烟生理生化指标  39-44
      4.3.1.3 对利用冠层高光谱参数估算烤烟生理生化指标的回归方程的检验  44-45
    4.3.2 烤烟生理生化指标与叶片高光谱变量之间的关系研究  45-57
      4.3.2.1 烤烟生理生化指标与叶片高光谱变量之间的相关分析  45-51
      4.3.2.2 利用高光谱参数估算烤烟叶片生理生化指标  51-55
      4.3.2.3 对利用高光谱参数估算烤烟叶片生理生化指标的逐步回归方程的检验  55-57
5 结论与讨论  57-61
  5.1 不同水分处理对烤烟光谱特性的影响  57
  5.2 不同水分处理对烤烟生理生化指标的影响  57-58
  5.3 利用高光谱参数反演烤烟生理生化指标  58-59
  5.4 利用高光谱特性预测土壤含水量  59-61
参考文献  61-68
ABSTRACT  68-71

不同水分状况对烤烟高光谱特性及生理生化指标的影响

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