核桃叶片水分含量的高光谱反演模型研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaishizai2009
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水分是影响植物生命活动的基本因子,叶片含水量是表征植株水分状况的重要指标,快速、准确地监测或诊断叶片含水量,从而及时调整水分管理措施,对保障核桃树的正常生长、发育和果实产量具有重要意义。本研究以华北低山丘陵区核桃树(Juglans regia.L)为研究对象,通过盆栽控水试验和叶片脱水试验,分析核桃实生幼树和“香玲”品种的叶片高光谱对水分变化的响应特征,提取水分敏感波段并构建敏感光谱指数,建立核桃叶片水分含量反演模型,且分析比较了同一气候区“官帽”、“狮子头”、“鲁果2号”、“辽宁1号”和“辽宁5号”等其他5个不同品种核桃叶片水分含量与高光谱反射率相关关系的品种间差异,并对本研究提出的反演叶片水分含量的光谱指数及水分估算模型进行了验证。主要结果如下:(1)核桃实生幼树的叶片高光谱反射率在750~1400 nm范围内随叶片相对含水量(Leaf relative moisture content,LMC)和叶片干物质含水量(Leaf dry matter moisture content,DMC)的降低而增高,在1405~2500 nm范围内随叶片等效水厚度(Leaf equivalent water thickness,EWT)的降低而增高;一阶导数转换后的叶片光谱反射率与叶片含水量的相关性水平大大提高;不同转换形式的光谱反射率和前人构建的不同光谱指数与EWT相关性更高。因此,在进行核桃叶片水分含量的高光谱诊断时,可优先考虑以EWT为水分指标,并利用一阶导数反射率进行叶片含水量的反演。(2)“香玲”核桃叶片的高光谱反射率在760~2500 nm范围内随叶片含水量降低而增高,1456 nm和d1978 nm为水分敏感波长;光谱指数估算模型比敏感波段模型对叶片水分的反演精度更高,以一阶导数光谱构建的指数d RSI(1310,1405)和d NDSI(1310,1405)与核桃叶片水分含量的回归决定系数最高(R2=0.74),模型具有良好的验证精度。因此,基于d RSI(1310,1405)和d NDSI(1310,1405)回归模型EWT=-0.0102×d RSI(1310,1405)2+0.1340×d RSI(1310,1405)-0.0012和EWT=0.0510×d NDSI2(1310,1405)+0.1628×d NDSI(1310,1405)+0.1111为核桃叶片含水量的反演模型。(3)5个不同品种的核桃叶片的光谱反射特征相似,叶片含水量与叶片反射率的相关关系不受水分表征量的影响,在621~703 nm和1244~2500 nm范围内各品种核桃叶片含水量与反射率均呈显著相关关系,没有明显差异,而在704~1243 nm范围内,不同品种核桃叶片具有不同的水分敏感波段,表现出明显的品种间差异。(4)以同一气候区其他5个不同品种核桃叶片反射光谱和水分含量数据,对“香玲”品种所构建的光谱指数d RSI(1310,1405)和d NDSI(1310,1405)及其回归模型分别进行验证,发现光谱指数d RSI(1310,1405)和d NDSI(1310,1405)对反演同一气候区的其他不同品种核桃叶片含水量具有良好的适用性,在实际应用中,可根据不同品种调整回归模型的系数来提高模型反演的精度。
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