采用不同紅邊位置提取技術(shù)估測蔬菜葉綠素含量的比較研究

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1、第24卷第9期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol.24No.92008年9月TransactionsoftheCSAESep.2008165采用不同紅邊位置提取技術(shù)估測蔬菜葉綠素含量的比較研究薛利紅，楊林章（中國科學(xué)院南京土壤研究所，南京210008）摘要：紅邊位置常被用來估測植被的葉綠素/氮素含量、葉面積以及探測植被脅迫，其精確計(jì)算十分重要。目前其計(jì)算主要是基于導(dǎo)數(shù)光譜或曲線擬合技術(shù)，但哪種方法能更有效地探測植被的葉綠素/氮素含量，還沒有一個(gè)定論。本研究以菠菜的葉片高光譜為例，詳細(xì)比較了目前常用的6種紅邊位置提取方法與葉片葉綠素之間的關(guān)系，并從其對葉

2、綠素含量預(yù)測的準(zhǔn)確度、計(jì)算的難易程度、所需數(shù)據(jù)的精度及適用范圍等幾個(gè)方面進(jìn)行了討論。結(jié)果表明，葉片紅邊位置的計(jì)算結(jié)果對選擇方法的依賴性很大，幾種計(jì)算方法提取的紅邊位置與葉綠素含量的相關(guān)性均較好。四點(diǎn)線性內(nèi)插法計(jì)算的紅邊位置往往偏大，最大一階導(dǎo)數(shù)法與葉綠素含量的關(guān)系存在著明顯的不連續(xù)性，拉格朗日內(nèi)插法、倒高斯模型法在一定程度上存在著對高葉綠素含量的飽和現(xiàn)象，多項(xiàng)式擬合法對擬合波段區(qū)間、最高項(xiàng)次及光譜分辨率等比較靈敏而導(dǎo)致結(jié)果不夠穩(wěn)定，而線性外推法計(jì)算出的紅邊位置對葉綠素含量最為敏感，預(yù)測的準(zhǔn)確度最高，且計(jì)算相對比較簡單，并能適用于較寬波段

3、的遙感數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還應(yīng)根據(jù)具體情況而選擇合適的紅邊位置提取方法。關(guān)鍵詞：光譜分析，高光譜數(shù)據(jù)，葉綠素含量，估測，紅邊位置，蔬菜中圖分類號：O433.1；TN247文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1002-6819(2008)-9-0165-05薛利紅，楊林章.采用不同紅邊位置提取技術(shù)估測蔬菜葉綠素含量的比較研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(9)：165－169.XueLihong,YangLinzhang.Comparativestudyonestimationofchlorophyllcontentinspinachleaves

4、usingvariousrededgepositionextractiontechniques[J].TransactionsoftheCSAE,2008,24(9)：165－169.(inChinesewithEnglishabstract)?比較明顯，這就導(dǎo)致了紅邊-葉綠素關(guān)系的不連續(xù)性。Cho0引言&Skidmore提出的線性外推法能有效減輕紅邊/葉綠素關(guān)在植被光譜中，由紅光波段向近紅外波段轉(zhuǎn)變的這[9]系的不連續(xù)性。但哪種方法更加準(zhǔn)確地描述了葉綠素敏一區(qū)域包含有重要的信息。這一區(qū)域稱為“紅邊，波長感峰附近的光譜變化，能最大限度地

5、減少紅邊/葉綠素關(guān)位置一般處于660～770nm之間，是由于植被在紅光波段系的不連續(xù)，還有待于比較研究。因此，本研究以不同葉綠素強(qiáng)烈的吸收與近紅外波段光在葉片內(nèi)部的多次散氮肥處理的菠菜葉片反射高光譜為研究對象，比較了這射而形成的反射率急劇上升，從而形成陡而近于直線的幾種紅邊位置計(jì)算方法與葉綠素含量之間的關(guān)系，為以斜邊。反射光譜曲線中的這種特殊形態(tài)為植物所特有，后紅邊位置的準(zhǔn)確計(jì)算提供參考。國內(nèi)外學(xué)者對此一直給予高度的關(guān)注。其中，最大斜率1材料與方法的波長被定義為紅邊位置（rededgeposition,REP）。紅邊位置向長波或短波方向

6、的移動常被用來估測葉片葉綠1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)素含量和葉面積，并作為植被脅迫和衰老的一個(gè)指示特供試蔬菜品種為尖葉菠菜，于2006年10月23日播[1-6]征。由于紅邊位置是指紅-近紅外斜率的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此種。設(shè)4個(gè)氮肥處理，氮肥用量（純氮）分別為0（N0）、2其精確計(jì)算需要此區(qū)域許多窄波段的光譜測量數(shù)據(jù)。目150（N1）、250（N2）和360（N3）kg/hm。磷肥用量為22前，紅邊參數(shù)的計(jì)算方法主要分為兩類，一類是基于導(dǎo)P2O5180kg/hm，鉀肥用量為K2O300kg/hm，氮肥用尿[7][8]數(shù)光譜，如最大一階導(dǎo)數(shù)法、拉格朗日內(nèi)插法、

7、線性素，磷肥采用過磷酸鈣，鉀肥采用硫酸鉀，磷鉀肥全部[9]外推法等，另一類則基于曲線擬合技術(shù)，如四點(diǎn)內(nèi)插基施。氮肥基施30%，以后分3次施用，每次追肥量分[10][11][12]法、倒高斯模型法、多項(xiàng)式擬合法等。Baret等的別為25%、25%和20%。分別于出苗后20天、30天和研究表明四點(diǎn)內(nèi)插法和倒高斯模型法在確定真正的紅邊40天溶于水澆施，基肥在播種前和土壤混勻施入。采用[12]位置時(shí)產(chǎn)生了較大的誤差。Li等認(rèn)為多項(xiàng)式擬合法比深棕紅色透光塑料盆，盆口內(nèi)徑為19cm，高17cm，每[15]拉格朗日內(nèi)插法要好。由于一階導(dǎo)數(shù)光譜存在雙峰

8、現(xiàn)盆裝干土2.5kg。待菠菜長出第3片真葉后，選擇同一處[3,6,13,-14]象，分別位于700nm左右和720～735nm左右。葉理中長勢一致的植株定苗，每盆留4株。每個(gè)處理設(shè)置3綠素含量低時(shí)，短波段的