基于高光譜遙感的冬小麥白粉病反演研究.pdf

1、于2009-2010、2010-2011和2014-2015年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科技示范園區(qū)和國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心分別進(jìn)行大田和溫室病菌梯度試驗(yàn)，以不同抗白粉病性冬小麥品種為供試材料，研究了白粉病危害冬小麥后葉片尺度與冠層尺度、垂直角度與多角度監(jiān)測(cè)下的光譜反射率特征;分析了冬小麥病情和氮素與光譜反射率之間的相關(guān)性，確立了白粉病脅迫下病情指數(shù)和葉片氮積累量的適宜光譜參數(shù)、最優(yōu)波段組合和最佳監(jiān)測(cè)模型，為精確監(jiān)測(cè)冬小麥白粉病病情和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)管理

2、與評(píng)價(jià)提供信息支持。本研究的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)葉片尺度垂直角度監(jiān)測(cè)下，由因子分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合法(Factor analysis-BPneural network，F(xiàn)A-BPNN)構(gòu)建的病害反演模型，精度高（R2val＞0.80），誤差小(3.12％～12.01％)，整個(gè)灌漿期R2val和REval分別為0.872和7.56％，對(duì)不同病害時(shí)期冬小麥葉片白粉病反演情況均有較好適用性;利用偏最小二乘法(Partial

3、least square regress，PLSR)法構(gòu)建的病害反演模型，灌漿前中期反演效果依次優(yōu)于整個(gè)灌漿期和灌漿中后期，R2val分別為0.875、0.818和0.787;相對(duì)誤差REval分別為2.97％、7.34％和12.72％，因此利用PLSR法監(jiān)測(cè)冬小麥葉片白粉病的最好時(shí)期在灌漿前中期。
　　(2)冠層尺度垂直角度監(jiān)測(cè)下，明確了修正型病情指數(shù)(modified Disease Index，mDI)可減輕葉面積差異對(duì)光譜

4、信息的影響，是指示冬小麥白粉病發(fā)病情況的適宜表達(dá)指標(biāo)。冬小麥白粉病冠層敏感波段為550～710 nm。綠光波段組合比值與歸一化指數(shù)與mDI的相關(guān)性優(yōu)于常規(guī)參數(shù)(R2＞0.75)，其中雙綠組合指數(shù)DGSR(584，550)與DGND(584，550)，決定系數(shù)R2相同，均為0.845。這兩個(gè)參數(shù)在監(jiān)測(cè)冬小麥生長(zhǎng)中后期白粉病發(fā)生狀況具有較好效果，其建立的模型精度高，可作為冬小麥白粉病冠層最佳預(yù)測(cè)模型。
　　(3)冠層尺度多角度監(jiān)測(cè)下，

5、主平面與垂直平面全波段均表現(xiàn)出后向觀測(cè)反射率大于前向，且主平面比垂直平面明顯;藍(lán)、綠、紅和近紅四個(gè)波段主平面呈現(xiàn)典型不規(guī)則“碗狀”，且隨著病情嚴(yán)重度的增加，“碗狀”越明顯。不同觀測(cè)角兩波段組合比值和歸一化指數(shù)的最佳觀測(cè)角度為-30°，波段組合為894和803 nm，其比值DNiSR(894，803)和歸一化指數(shù)DNiND(894，803)具有相同的決定系數(shù)，R2為0.886。該模型可作為冬小麥白粉病嚴(yán)重度的最佳監(jiān)測(cè)角度與預(yù)測(cè)模型。

6、>　　(4)冠層尺度多角度監(jiān)測(cè)下，藍(lán)、綠和紅波段均表現(xiàn)出葉片氮積累量(Leaf nitrogenaccumulation，LNA)反射率后向角度大于前向。不同觀測(cè)角下LNA的光譜敏感波段(r＞0.75)分別為-50°下440～505 nm、-40°下464～511 nm和-30°下606～691 nm。后向、垂直和前向監(jiān)測(cè)反演LNA最好的參數(shù)與角度分別為Rmin(640-680mm)和-30°、PSRI和0°及ND(SDr，SDy)和5