论文部分内容阅读
作物生长状况的获得是精确农业实施的基础和前提,高光谱遥感凭借其实时快速、准确无损地获取目标物信息的优势,推动精确农业快速发展。为准确快速地获取水稻生长状况,本研究以籼型杂交稻为研究对象,进行品种和施氮水平两因素裂区试验,通过采集主要生育时期籼型杂交稻冠层高光谱反射率和农学参数（地上部干生物量（ADB）、叶面积指数（LAI）、叶片叶绿素相对含量（SPAD）、叶片氮含量（LNC）、叶片氮积累量（LNA）和地上部氮积累量（APNA））,探讨了不同施氮水平和不同生育时期条件下籼型杂交稻冠层高光谱特征,进行了高光谱参数与农学参数的相关性分析,构建了以高光谱反射率、植被指数和高光谱特征参数为自变量的农学参数反演模型,并用决定系数（r~2）、均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）对反演模型进行评价。主要研究结论如下:（1）不同施氮水平下籼型杂交稻冠层高光谱特征关于原始高光谱特征,Q优6号和宜香优2115冠层原始高光谱反射率的变化趋势相同,随着施氮水平的提高,401?680 nm之间的反射率变化不明显,而750?2500 nm之间的反射率呈逐渐增加的趋势。关于一阶导数高光谱特征,随着施氮水平的提高,Q优6号和宜香优2115在525 nm处的波峰整体上呈逐渐升高的趋势,而570 nm处的波谷整体上呈逐渐降低的趋势。在不同施氮水平条件下,Q优6号和宜香优2115在680?780 nm波段范围内的一阶导数高光谱特征均存在明显的“多峰”现象,其中最大峰位于740 nm附近。（2）不同生育时期籼型杂交稻冠层高光谱特征关于原始高光谱特征,随着生育时期的推进,从拔节期到抽穗期,对于Q优6号,在401?680 nm的可见光波段范围内的高光谱反射率均较低,无明显差异,而成熟期的高光谱反射率明显升高;在750?1350 nm波段,从拔节期到孕穗期高光谱反射率呈上升趋势,从孕穗期到成熟期,高光谱反射率呈下降趋势。随着生育时期的推进,对于宜香优2115,孕穗期和抽穗期540 nm附近绿光波段反射率明显高于拔节期,成熟期的高光谱反射率明显高于前三个时期;在750?1350 nm波段,宜香优2115的高光谱反射率变化趋势与Q优6号相同,但是各生育时期的高光谱反射率均高于Q优6号。关于一阶导数高光谱特征,对于Q优6号,随着生育时期的推进,480?550nm波段范围内的最高峰的峰值从拔节期到孕穗期呈上升趋势,从孕穗期到抽穗期呈下降趋势,成熟期的一阶导数高光谱反射率明显高于前三个时期;550?600nm波段范围内的最低谷的谷值从拔节期到孕穗期呈下降趋势,从孕穗期到成熟期呈逐渐上升趋势。对于宜香优2115,随着生育时期的推进,480?550 nm波段范围内的最高峰的峰值从拔节期到孕穗期呈上升趋势,从孕穗期到成熟期呈逐渐下降趋势,成熟期的峰值保持在较高水平;550?600 nm波段范围内的最低谷的谷值变化趋势与Q优6号相同。（3）籼型杂交稻农学参数高光谱反演模型基于植被指数的反演模型优于基于敏感波长的反演模型;基于一阶导数的反演模型优于基于原始高光谱反射率的模型;多元回归模型的估测能力整体上优于一元回归模型;表征氮素营养状况的最佳指标为叶片氮含量。本研究所选择的高光谱参数和建模方法均不适合反演籼型杂交稻LAI。籼型杂交稻ADB最优的反演模型为4元回归模型,模型表达式为ADB=-1.38E+04+6.44E+03R＿RVI（702,526）+3.99E+05R＿DVI（1292,1217）-1.20E+06D＿DVI（728,722）+1.24E+04A3,测试集r~2、RMSE和RE分别为0.909、1.398 t/hm~2和13.809%。籼型杂交稻SPAD最优的反演模型为9元回归模型,模型表达式为SPAD=8.72E+02-7.52E+02R＿RVI（772,773）+1.50E+03R＿NDVI（773,772）+7.32D＿RVI（773,721）+5.27D＿NDVI（773,721）-1.17E-01λo+1.01E+01A3-8.71A4-3.03E-01A5-1.64A6,测试集r~2、RMSE和RE分别为0.694、1.708和4.110%。籼型杂交稻LNC最优的反演模型为11元回归模型,模型表达式为LNC=-3.07E+01-4.29E+02D751+3.28E+01R＿RVI（578,524）+6.79E+02R＿DVI（751,750）-8.79E+01R＿NDVI（578,524）-3.83E+01SDb-2.99E+02Dr+6.06SDr+7.45E+01ρg-9.53E-01SDg-1.38E+01ρr-4.01E-01A5,测试集r~2、RMSE和RE分别为0.911、0.298%和13.540%。籼型杂交稻LNA最优的反演模型为7元回归模型,模型表达式为LNA=2.44E+03+2.86E+04D755-2.75E+04Dy-6.46E+02SDy-1.29E+04Dr-4.37λg+5.18E+02ρr-4.51E+01A6,测试集r~2、RMSE和RE分别为0.817、14.579 kg/hm~2和25.964%。籼型杂交稻APNA最优的反演模型为15元回归模型,模型表达式为APNA=5.15E+03-3.18E+02R680+2.71E+05D675+1.31E+03R＿DVI（1080,752）+1.02E+05Db-3.03E+04Dy+4.78E-01λy-1.04E+04Dr-8.73E+01SDr-4.02E+02ρg-9.30λg-1.99E+01SDg-3.14E+02ρr+1.24A1-1.47E+02A4-2.40E+01A5,测试集r~2、RMSE和RE分别为0.618、26.052 kg/hm~2和19.445%。