小麥主要生育期光譜特性及籽粒蛋白質(zhì)含量反演研究.pdf

1、隨著生活水平的提高，人們對小麥的要求已從數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，小麥品質(zhì)監(jiān)測日益受到生產(chǎn)者、政府部門以及相關(guān)專家的重視。籽粒蛋白質(zhì)含量與小麥的營養(yǎng)品質(zhì)、加工品質(zhì)密切相關(guān)，是衡量品質(zhì)的主要指標(biāo)之一。遙感以其快速、無損、大面積實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測作物生理生化指標(biāo)的特點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于小麥籽粒蛋白質(zhì)含量監(jiān)測的研究中。隨著硬件技術(shù)水平的提升，提高反演模型在年際間的普適性、探索最佳監(jiān)測指數(shù)及建模方法，是利用遙感技術(shù)監(jiān)測小麥品質(zhì)的重要研究方向。為了建立普適

2、性較強(qiáng)、便于推廣的籽粒蛋白質(zhì)含量反演模型，本研究以北京小湯山試驗(yàn)基地三年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，其中2009-2010年數(shù)據(jù)用于分析與建立模型，2008-2009，2011-2012年數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證模型。
　?、胚x取不同生育期、不同品種、不同播期、不同施氮量處理下的小麥冠層光譜數(shù)據(jù)，對主要的光譜特征值進(jìn)行提取，分析各個處理對光譜特征曲線的影響，并研究各處理下光譜曲線特征值與成熟期GPC的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明從返青期至成熟期，在350-750nm波

3、段，抽穗期小麥冠層反射率最低。在750-1300nm波段，抽穗期的反射率最高。在冬小麥生長的中后期，尤其是灌漿期，冠層光譜部分特征值與冬小麥最終籽粒蛋白質(zhì)含量相關(guān)性顯著增強(qiáng)，灌漿期是監(jiān)測小麥籽粒蛋白質(zhì)的理想時(shí)期;在開花期的可見光波段，由品種、播期造成的差異最小;由氮肥造成的差異在施肥之后的幾個時(shí)期逐漸拉大，且形成明顯梯度;不同品種、不同播期條件下，光譜曲線特征值與GPC的相關(guān)性存在差異。研究結(jié)果對不同處理造成的光譜差異進(jìn)行了初步分析，為

4、選取適合的植被指數(shù)進(jìn)行品質(zhì)監(jiān)測提供參考。
　　⑵以葉片氮含量、葉片含水量、葉面積指數(shù)分別對應(yīng)與小麥品質(zhì)密切相關(guān)的氮素、水分、長勢，分別選取能夠反演葉片氮含量、葉片含水量、葉面積指數(shù)的光譜指數(shù)。分析單一光譜指數(shù)、綜合光譜指數(shù)與籽粒蛋白質(zhì)含量的相關(guān)性，利用選定的光譜指數(shù)建立籽粒蛋白質(zhì)含量綜合光譜指數(shù)線性回歸模型。選取建模中精度較高的模型，并利用不同年份矯正后的光譜指數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，確定年際間表現(xiàn)穩(wěn)定的監(jiān)測模型。結(jié)果表明:綜合指數(shù)模型監(jiān)測精

5、度顯著高于單一指數(shù)模型，且在年際間均達(dá)到顯著水平。選定的模型R2為0.831，RMSE為1.557％，模型預(yù)測值與觀察值之間的符合度較高。
　?、且宰蚜５鞍踪|(zhì)含量(GPC)—氮素—葉綠素之間的關(guān)系為載體，通過葉綠素篩選相關(guān)植被指數(shù)，采用偏最小二乘回歸(PLS)方法建立GPC反演模型。結(jié)果表明:開花期是監(jiān)測籽粒蛋白質(zhì)含量的最優(yōu)時(shí)期，與前人研究結(jié)果一致。開花期不同尺度的氮素和與其相同尺度下的葉綠素的相關(guān)性較高。通過篩選出與葉綠素密切相

6、關(guān)的植被指數(shù)，利用PLS建立籽粒蛋白質(zhì)含量反演模型，模型決定系數(shù)R2為0.77，RMSE為0.95％，用其他年份數(shù)據(jù)矯正后帶入模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示RMSE達(dá)到1.22％?；诘?、葉綠素關(guān)系建立PLS反演模型能夠?qū)崿F(xiàn)不同年份GPC光譜遙感反演，且模型在年際間表現(xiàn)出較高的精度和穩(wěn)定性。
　?、葹榱颂岣吣Ｐ湍觌H間的穩(wěn)定性，利用建模年份光譜指數(shù)的平均數(shù)、驗(yàn)證年份對應(yīng)光譜指數(shù)的平均數(shù)，對需要帶入的光譜指數(shù)進(jìn)行矯正。然后帶入模型，檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>