不同光照處理對(duì)烤煙品質(zhì)的影響及氮化物的高光譜監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、定量監(jiān)測(cè)作物生理生化成分狀況是國(guó)內(nèi)外近年來(lái)農(nóng)業(yè)遙感的重要研究領(lǐng)域。利用無(wú)損、快速、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的方法來(lái)估測(cè)作物的生理生化成分是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。本研究以烤煙品種云煙87為對(duì)象，基于不同年份，不同光質(zhì)、光強(qiáng)和光照時(shí)間的大田試驗(yàn)，在葉片的尺度上，運(yùn)用光譜分析技術(shù)，從海量高光譜信息中挖掘有效信息，探索了指示烤煙葉片氮素、煙堿和色素狀況的敏感光譜參數(shù)和核心波段，進(jìn)而建立準(zhǔn)確性高、普適性強(qiáng)的烤煙葉片氮素、煙堿和色素指標(biāo)的監(jiān)測(cè)模型，從而為空

2、間遙感信息的解析利用提供理論基礎(chǔ)，為烤煙氮素、煙堿和色素含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精確診斷提供有效的技術(shù)支撐。
　　首先研究了不同光照條件對(duì)煙葉生長(zhǎng)過(guò)程中氮素、煙堿和色素動(dòng)態(tài)積累及對(duì)烤后煙葉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明:改變自然狀態(tài)下的光質(zhì)、降低光照強(qiáng)度或減少光照時(shí)間，均可導(dǎo)致烤后煙葉中有機(jī)酸總量上升，但同時(shí)也均降低了中性致香物質(zhì)的總量。覆蓋不同顏色濾光膜的光質(zhì)處理在烤煙生長(zhǎng)中后期均提高了葉片總?cè)~綠素a，葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量。黃光比例的增加

3、可在整個(gè)大田生育期提高煙葉中煙堿含量，降低總氮含量。紅光比例的增加，提高了烤后煙葉中總氮和鉀含量，同時(shí)降低了總糖、還原糖、煙堿、淀粉和石油醚提取物的含量。不同程度的光強(qiáng)處理均使煙葉中總氮含量升高，并降低了烤后煙葉中的煙堿含量;中度和重度遮蔭(S2，S3)則提高了烤后煙葉中的總氮含量和中部葉的鉀含量，并降低了中部葉的淀粉含量。不同生育期遮蔭，減少正常光照時(shí)間，均促進(jìn)了煙葉中煙堿、氮素和色素含量的增加;而大田生育期全部遮蔭(T3)則明顯降低

4、了烤后煙葉中還原糖、總糖、淀粉和石油醚提取物的含量，同時(shí)提高了烤后煙葉中總氮和鉀的含量。不同的光線試驗(yàn)結(jié)果可為實(shí)際生產(chǎn)中改善煙葉品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。
　　基于不同光照處理下烤煙葉片中氮素、煙堿和色素等氮化物含量變化同光譜反射率的關(guān)系，首先利用減量精細(xì)采樣法，系統(tǒng)分析了不同光質(zhì)條件下350-2500nm光譜范圍內(nèi)任意兩波段的光譜反射率組合構(gòu)建的歸一化植被指數(shù)(NDVI)，比值植被指數(shù)（SRI）同烤煙葉片中氮素狀況的定量關(guān)系，并構(gòu)建了基

5、于敏感指數(shù)和核心波段的烤煙葉片氮素狀況監(jiān)測(cè)方程。結(jié)果顯示:預(yù)測(cè)烤煙葉片中氮含量的最佳光譜指數(shù)為NDVI(1970，650)和SRI(590，1980)，核心波段為590nm，650nm，1970nm，1980nm，核心波段范圍主要集中在可見(jiàn)光和短波紅外范圍內(nèi)?；诿舾泄庾V指數(shù)(NDVI(1970，650)和SRI(590，1980))建立了不同類型的氮含量預(yù)測(cè)模型（線性模型，逐步回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）并用另一年份的獨(dú)立試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)

6、行了檢驗(yàn)，模型的精確度和穩(wěn)定性均較好，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最佳，可用來(lái)預(yù)測(cè)不同光質(zhì)條件下的煙葉氮含量。
　　在闡明不同光強(qiáng)試驗(yàn)條件下不同生育期烤煙單葉光譜反射率和煙堿含量變化的基礎(chǔ)上，分析確立了基于烤煙單葉高光譜參數(shù)監(jiān)測(cè)葉片煙堿含量的可行性。結(jié)果表明:旺長(zhǎng)期不同光強(qiáng)處理間的光譜反射率差異最為明顯，烤煙葉片光譜反射率隨著遮蔭程度的增加而降低。建立的新的預(yù)測(cè)烤煙葉片煙堿狀況的最佳光譜指數(shù)為NDVI(2150，610)和SRI(450，500

7、)，核心波段為450nm，500nm，610nm和2150nm，敏感波段主要集中在可見(jiàn)光波段和短波紅外波段。根據(jù)敏感光譜指數(shù)NDVI(2150，610)和SRI(450，500)所建立的四種預(yù)測(cè)煙堿含量的模型中(線性模型NDVI(2150，610)和SRI(450，500)，逐步回歸模型，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），決定系數(shù)R2分別為0.796，0.810，0.842，和0.968，均方根誤差RMSE依次為0.784，0.958，0.883和0.1

8、09。說(shuō)明高光譜遙感可用來(lái)快速、無(wú)損、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)烤煙葉片的煙堿含量和遮蔭狀態(tài)。
　　在葉片尺度上系統(tǒng)分析了不同光照時(shí)間處理下350-2500nm光譜范圍內(nèi)任意兩波段組合構(gòu)建的歸一化植被指數(shù)NDVI，比值植被指數(shù)SRI和差值植被指數(shù)與葉綠素a含量的定量關(guān)系，并進(jìn)一步建立了葉綠素a的監(jiān)測(cè)模型。結(jié)果表明:烤煙葉片葉綠素a含量的敏感波段主要存在于可見(jiàn)光區(qū)域和短波紅外區(qū)域。估算葉綠素a含量的最佳光譜指數(shù)分別為NDVI(470，440)，SR

9、I(580，2090)及DSI(440，470)，核心波段為440nm，470nm，580nm和2090nm。基于三個(gè)新的光譜指數(shù)NDVI(470，440)，SRI(580，2090)及DSI(440，470)所構(gòu)建的不同類型（線性，指數(shù)，對(duì)數(shù)，冪和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的葉綠素a含量預(yù)測(cè)模型中，以線性模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測(cè)效果較好，其決定系數(shù)R2分別為0.877，0.862，0.877和0.952，RMSE分別為0.877，0.301，