不同施氮水平下玉米冠層光譜反射特征分析_孫紅

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1、第30卷,第3期光譜學(xué)與光譜分析Vol.30,No.3,pp715-7192010年3月SpectroscopyandSpectralAnalysisMarch,2010不同施氮水平下玉米冠層光譜反射特征分析＊孫紅,李民贊,張彥娥,趙勇,王海華中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室精細(xì)農(nóng)業(yè)中心,北京100083摘要通過(guò)田間試驗(yàn)研究了玉米不同生長(zhǎng)期冠層光譜反射率的變化特征,分析了不同施氮水平下可見(jiàn)光區(qū)冠層光譜反射率的差異。研究結(jié)果表明:受作物群體光和能力的影響,玉米可見(jiàn)光區(qū)冠層反射光譜在拔節(jié)期達(dá)最高點(diǎn),隨后持續(xù)降低;近紅外區(qū),苗期反射率最低,在拔節(jié)期達(dá)最高點(diǎn),喇叭口期有所降低而在開(kāi)花吐絲期得到回升,進(jìn)入

2、灌漿期后又下降。不同施氮水平下,拔節(jié)期隨施氮水平的增加,葉綠素的強(qiáng)吸收帶(430～450和640～660nm)玉米冠層反射曲線呈下降排列,但在550nm附近反射率R正常>R偏低>R偏高;喇叭口期偏低施氮區(qū)的冠層反射率在可見(jiàn)光區(qū)明顯高于其它施氮水平,且偏高和正常施氮區(qū)域內(nèi)光譜反射強(qiáng)度基本相同,顯示過(guò)量施肥并不會(huì)促進(jìn)作物生長(zhǎng)。分析玉米生長(zhǎng)期間不同施氮水平下光譜反射率的差異,對(duì)監(jiān)測(cè)玉米生長(zhǎng)狀況,指導(dǎo)田間施肥具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞玉米;光譜特征;施氮;紅邊中圖分類(lèi)號(hào):O657.3;S15文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2010)03-0715-05究,為田間

3、作業(yè)提供支持。引言本研究旨在針對(duì)不同施氮水平下玉米各生長(zhǎng)期的冠層光譜反射率和葉片葉綠素含量進(jìn)行分析,探討玉米不同生長(zhǎng)期光譜技術(shù)作為探測(cè)和獲取作物營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和長(zhǎng)勢(shì)信息的有冠層光譜反射率的變化特征,研究不同施氮水平下可見(jiàn)光區(qū)效手段,可以為遙感監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)[1-4],作物分類(lèi)和精細(xì)施冠層光譜反射率的差異以及不同施氮水平下紅邊拐點(diǎn)波長(zhǎng)位肥提供理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。利用植物營(yíng)養(yǎng)狀況與光譜特性的密置變化趨勢(shì)。為玉米葉片葉綠素含量檢測(cè)提供信息基礎(chǔ),以切相關(guān)性,科研工作者對(duì)大田作物展開(kāi)了一系列的研究。及為田間變量施肥作業(yè)提供指導(dǎo)依據(jù)。1972年Thomas等發(fā)現(xiàn)甜椒葉片含氮量與550～675nm波長(zhǎng)間葉片的反射系數(shù)高

4、度相關(guān),實(shí)際含量與所預(yù)測(cè)的含氮量誤1材料與方法差小于7%,說(shuō)明植物光譜分析有可能快速、簡(jiǎn)便、較精確、非破壞性地監(jiān)測(cè)植物氮素營(yíng)養(yǎng)[5]。Al-Abbas等研究了玉米試驗(yàn)于2008年4～7月在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊實(shí)驗(yàn)站進(jìn)在不同營(yíng)養(yǎng)(N,P,K,Ca,Mg,S)脅迫下,不同葉位葉片的行。試驗(yàn)品種采用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)培育的農(nóng)大108號(hào)玉米,于光譜特性,認(rèn)為缺氮時(shí)葉綠素含量最低,光譜反射率的差異2008年4月25～27日施肥、播種。試驗(yàn)區(qū)域設(shè)偏低(Low)、[6]主要在530nm。隨后Hinzman等研究了小麥氮素營(yíng)養(yǎng)狀正常(Normal)和偏高(High)3個(gè)施氮水平,分別為有機(jī)肥況對(duì)冠層光譜特性的影響,并探

5、討了利用葉綠素計(jì)和冠層光3000,4500和5250kg·hm-2;復(fù)合肥各750kg·hm-2;[7]-2譜來(lái)判斷小麥氮素狀況的可行性。我國(guó)學(xué)者也進(jìn)行了大量尿素300,375和450kg·hm。玉米于5月9日出苗,并于的相關(guān)研究,利用水稻、小麥、玉米等大田作物[8-18]的不同玉米生長(zhǎng)苗期(G1)、拔節(jié)期(G2)、喇叭口期(G3)、開(kāi)花吐絲品種、生育期和施氮水平的光譜特征分別對(duì)作物葉綠素含期(G4)和灌漿期(G5)分別進(jìn)行冠層光譜數(shù)據(jù)采集和葉綠素量、氮素水平、葉面積指數(shù)和地上生物量等農(nóng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行了含量的檢測(cè)。深入的研究。此外學(xué)者利用光譜技術(shù)也針對(duì)尖椒、油菜等多(1)光譜數(shù)據(jù)的采集種作物進(jìn)行了

6、葉綠素含量的檢測(cè)研究[19]。由于作物品種多、玉米冠層反射光譜用美國(guó)ASDFieldSpecHH光譜輻射變異大等原因基于光譜分析技術(shù)的作物光譜信息仍需不斷研儀(AnalyticalSpectralDevices,Inc.,USA)進(jìn)行采集,其測(cè)收稿日期:2009-03-02,修訂日期:2009-06-06基金項(xiàng)目:國(guó)家(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2007AA10Z207)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30871453)資助作者簡(jiǎn)介:孫紅,女,1980年生,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院博士生e-mail:honger102@163.com＊通訊聯(lián)系人e-mail:limz@cau.edu.cn716光譜學(xué)與

7、光譜分析第30卷量波長(zhǎng)范圍為325～1075nm,光譜分辨率1nm。試驗(yàn)選擇界環(huán)境作用影響,導(dǎo)致內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)變化對(duì)近紅外區(qū)冠層反晴朗無(wú)云或少云的天氣,于上午10～12時(shí)采集田間玉米生射率下降的影響程度還需進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)論證。長(zhǎng)期冠層葉片反射光譜。光譜儀探頭垂直向下,距玉米葉片冠層30cm左右,每次采集目標(biāo)光譜前后進(jìn)行參考板校正,每點(diǎn)反復(fù)測(cè)量3次,取平均值作為該小區(qū)光譜測(cè)量結(jié)果。(2)葉綠素的測(cè)