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《江苏农业科学》[ISSN:1002-1302/CN:32-1214/S]

卷:

第47卷

期数:

2019年第18期

页码:

266-270

栏目:

农业工程与信息技术

出版日期:

2019-10-15

文章信息/Info

Title:

Estimation method of chlorphyll content at heading stage of spring wheat based on hyperspectral data

作者:

亚森江·喀哈尔¹; 2;  尼加提·卡斯木²;  茹克亚·萨吾提¹; 2;  尼格拉·塔什甫拉提¹; 2;  张飞¹; 2;  师庆东¹; 2; 3

1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046； 2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830046；
3.新疆大学干旱生态环境研究所，新疆乌鲁木齐 830046

Author(s):

Yasenjiang·Kahaer; et al

关键词:

春小麦; 叶绿素; 抽穗期; 光谱分析; 高光谱; 估算精度; 传感器设计; 精准农业

Keywords:

-

分类号:

S512.1⁺20.1；S127

DOI:

-

文献标志码:

A

摘要:

对高光谱数据进行预处理是提升高光谱建模精度十分必要且有效的途径。利用高光谱技术分析春小麦作物光谱及其叶绿素含量的变化，对原始光谱反射率及对应的对数、倒数、平方根、对数倒数等4种数学变换及其一阶、二阶微分进行预处理运算，分析春小麦叶片叶绿素含量与预处理后的光谱数据相关性，基于选取的敏感波段对春小麦抽穗期叶绿素含量进行偏最小二乘回归法、BP神经网络2种方法建模并进行模型验证及比较。结果表明：对原始光谱数据数学变换的微分预处理可以明显提高春小麦叶片叶绿素含量与光谱反射率的相关性；通过显著性检验的敏感波段数量经一阶、二阶微分预处理呈现明显增加趋势，对应数学变换的波段数量有所不同；对数变换的二阶微分处理所建立的PLSR模型为最优模型，该模型精度参数为决定系数R²_c=0.93，校正均方根误差RMSE_c=2.53，预测决定系数 R²_p=0.91，预测均方根误差RMSE_p=2.41，相对分析误差RPD=3.20。说明数学变换的微分预处理过后的模型精度和稳健性有了大幅度的提升，并且运用在高光谱遥感反演春小麦抽穗期叶片叶绿素含量上是可行的。

Abstract:

-

参考文献/References:

［1］张凯，王润元，冯起，等. 模拟增温和降水变化对半干旱区春小麦生长及产量的影响［J］. 农业工程学报，2015，31(s1)：161-170.
［2］张建，孟晋，赵必权，等. 消费级近红外相机的水稻叶片叶绿素(SPAD)分布预测［J］. 光谱学与光谱分析，2018，38(3)：737-744.
［3］姚云军，秦其明，张自力，等. 高光谱技术在农业遥感中的应用研究进展［J］. 农业工程学报，2008，24(7)：301-306.
［4］Yuan Z F，Ata-Ul-Karim S T，Cao Q，et al. Indicators for diagnosing nitrogen status of rice based on chlorophyll meter readings［J］. Field Crops Research，2016，185(185)：12-20.
［5］宋莎，江旭生，韩秀梅，等. 不同苹果砧木叶绿素含量与光合速率研究［J］. 江苏农业科学，2015，43(3)：149-150.
［6］尼加提·卡斯木，师庆东，王敬哲，等. 基于高光谱特征和偏最小二乘法的春小麦叶绿素含量估算［J］. 农业工程学报，2017，33(22)：208-216.
［7］梁亮，杨敏华，张连蓬，等. 基于SVR算法的小麦冠层叶绿素含量高光谱反演［J］. 农业工程学报，2012，28(20)：162-171.
［8］茹京娜，于洋，董凡凡，等. 小麦抽穗期QTL及其与环境的互作［J］. 麦类作物学报，2014，34(9)：1185-1190.
［9］曾庆敏，刘新平. 天山北坡经济带宜耕未利用地开发潜力分区及评价——以新疆阜康市为例［J］. 中国生态农业学报，2016，24(6)：819-828.
［10］张超，孙林，韩留生，等. 新疆阜康地区径流及植被覆盖变化研究［J］. 测绘地理信息，2016，41(3)：79-81.
［11］宋廷宇，陈赫楠，常雪，等. 2个薄皮甜瓜叶片SPAD值与叶绿素含量的相关性分析［J］. 江苏农业科学，2014，42(4)：127-129.
［12］何丽斯，苏家乐，刘晓青，等. 高山杜鹃叶片叶绿素含量测定及其与SPAD值的关系［J］. 江苏农业科学，2012，40(11)：190-191.
［13］姜海玲，杨杭，陈小平，等. 利用光谱指数反演植被叶绿素含量的精度及稳定性研究［J］. 光谱学与光谱分析，2015，35(4)：975-981.
［14］罗丹，常庆瑞，齐雁冰，等. 基于光谱指数的冬小麦冠层叶绿素含量估算模型研究［J］. 麦类作物学报，2016，36(9)：1225-1233.
［15］杨建昌，杜永，刘辉. 长江下游稻麦周年超高产栽培途径与技术［J］. 中国农业科学，2008，41(6)：1611-1621.
［16］Shi Z，Wang Q L，Peng J，et al. Development of a National VNIR soil-spectral library for soil classification and prediction of organic matter concentrations［J］. Science China Earth Sciences，2014，57(7)：1671-1680.
［17］Li X C，Zhang Y J，Bao Y S，et al. Exploring the best hyperspectral features for LAI estimation using partial least squares regression［J］. Remote Sensing，2014，6(7)：6221-6241.
［18］姚付启，张振华，杨润亚，等. 基于红边参数的植被叶绿素含量高光谱估算模型［J］. 农业工程学报，2009，25(13)：123-129.
［19］孙红，李民赞，赵勇，等. 冬小麦生长期光谱变化特征与叶绿素含量监测研究［J］. 光谱学与光谱分析，2010，30(1)：192-196.
［20］李粉玲，常庆瑞. 基于连续统去除法的冬小麦叶片全氮含量估算［J］. 农业机械学报，2017，48(7)：174-179.
［21］王伟，彭彦昆，马伟，等. 冬小麦叶绿素含量高光谱检测技术［J］. 农业机械学报，2010，41(5)：172-177.
［22］郭燕，程永政，黎世民，等. 区域尺度冬小麦叶绿素含量的高光谱预测和空间变异研究［J］. 麦类作物学报，2017，37(7)：970-977.

相似文献/References:

[1]袁竹连.番木瓜叶叶绿素的提取及叶绿素铜钠的制备[J].江苏农业科学,2013,41(04):244.
[2]邓明净,卢伟红,包岩,等.Hg2+对草莓组培苗生长的影响[J].江苏农业科学,2013,41(05):42.
　Deng Mingjing,et al.Effect of Hg2＋ on growth of strawberry plantlets[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(18):42.
[3]吕寒,李维林,陈剑,等.蚕沙中叶绿素提取工艺研究[J].江苏农业科学,2013,41(05):256.
　Lü Han,et al.Study on extraction technology of chlorophylls from silkworm faeces[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(18):256.
[4]朱倩,谢飒英,谢三刚,等.稀土LaCl3对大豆叶绿素含量及a/b值的影响[J].江苏农业科学,2013,41(06):81.
　Zhu Qian,et al.Effect of LaCl3 on chlorophyll content and the ratio of chlorophyll a to chlorophyll b in soybean[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(18):81.
[5]崔雪梅,简君萌,李春生.铝胁迫对油菜根系及叶片生理生化指标的影响[J].江苏农业科学,2015,43(12):107.
　Cui Xuemei,et al.Effects of aluminum stress on physiological and biochemical indices of rapeseed roots and leaves[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(18):107.
[6]马凤霞,赵权,姜辉.3种植物提取液对稗草生长发育的影响[J].江苏农业科学,2014,42(10):127.
　Ma Fengxia,et al.Effect of three kinds of plant extracts on growth of barnyard grass[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2014,42(18):127.
[7]牟建梅,张国芹,刘凤军,等.白菜叶绿素含量的测定方法筛选[J].江苏农业科学,2014,42(09):289.
　Mou Jianmei,et al.Screening of determination methods of chlorophyll content of non heading Chinese cabbage[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2014,42(18):289.
[8]樊仲庆,谢永成,查仙芳.靶斑病对黄瓜光合作用的影响[J].江苏农业科学,2013,41(08):158.
　Fan Zhongqing,et al.Effect of Corynespora cassiicola on photosynthesis of cucumber[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(18):158.
[9]宰学明,郝姗姗,邵志广,等.摩西球囊霉对NaCl胁迫下竹柳苗叶绿素含量和荧光参数的影响[J].江苏农业科学,2013,41(08):175.
　Zai Xueming,et al.Effect of Glomus mosseae on chlorophyll content and fluorescence parameters of bamboo willow seedlings under NaCl stress[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(18):175.
[10]孟丽,李德生,李海茹,等.重金属镉对日本楤木叶绿素和保护酶活性的影响[J].江苏农业科学,2013,41(08):178.
　Meng Li,et al.Effect of cadmium stress on chlorophyll content and defense enzymes activities in leaves of Arlia elata var. inermis[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2013,41(18):178.
[11]樊明,杨滨齐,李红霞,等.不同生态类型春小麦的光合生理特性差异[J].江苏农业科学,2015,43(04):87.
　Fan Ming,et al.Difference of photosynthetic physiological characteristics of different ecological types of spring wheat[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2015,43(18):87.

备注/Memo

备注/Memo:

收稿日期：2018-05-29
基金项目：国家自然科学基金(编号：41671348、41761077)。
作者简介：亚森江·喀哈尔(1993—)，男，新疆阿拉尔人，硕士研究生，从事干旱区遥感应用研究，E-mail：ysj_0801@163.com；尼加提·卡斯木(1991—)，男，新疆伊宁人，博士研究生，从事生态规划与管理研究。E-mail：NejatKasim@126.com。
通信作者：尼格拉·塔什甫拉提，博士，讲师，从事地图学与地理信息系统研究，E-mail：ngr.t@hotmail.com；张飞，博士，副教授，从事干旱区遥感应用研究，E-mail：zhangfei3s@163.com。

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更新日期/Last Update: 2019-09-20