油菜生理生化参数、油菜籽含油量与冠层反射光谱的定量关系
高光谱遥感技术能快速、无损、准确地监测作物的生长状况,在精细农业中广泛应用。油菜是我国重要的油料作物,利用高光谱遥感在大田中非破坏性、快速、实时监测油菜的生长状况是十分必要的。
本试验通过研究不同施肥量、种植密度水平下油菜冠层高光谱反射特性及油菜叶片净光合速率、叶片叶绿素含量、植株氮含量、菜籽含油量等相关农学参数,阐述了不同肥密水平下油菜冠层光谱特性,分析了相关农学参数与高光谱参数的定量关系,对其建立了监测模型,并用不同年份的相关数据进行了检验。主要研究结果有：(1)不同生育期、不同肥密处理,油菜冠层反射光谱曲线具有相同的变化趋势规。
350-680nm范围内,各个处理水平下冠层反射率都相对较低,在550nm处出现反射峰,在680-760nm,反射率急剧上升,在760-1350nm,即红外区域,油菜叶面反射率出现一个高台阶；基于一阶导数光谱的红边呈现“双峰”特征,且双峰位置都位于720nm和760nm附近,随着生育期的推进,“双峰”现象愈发明显。(2)基于全波段反射率所建叶片净光合速率模型普遍优于单波段光谱参数构建的监测模型,拟合决定系数普遍较高,都达到0.7以上,多个模型甚至达到0.75以上。
其中基于全波段反射率所建的5个模型验证拟合决定系数都大于0.7,相对均方差根RRMSE都小于1,说明这5个模型对油菜叶片净光合速率的预判都有较高的精度。基于DVI(697,350)的线性模型y=44.26+-266.01x,方程验证拟合决定系数最大,RRMSE最小,可作为油菜叶片净光合速率的最佳监测模型。
(3)基于全波段反射率光谱参数的叶绿素含量监测模型拟合决定系数普遍高于基于单
波段优选光谱参数构建的模型,其中有5个监测模型拟合决定系数大于0.5,通过F检验,达到极显著水平。基于RSI(1580,1470)指数定量模型y=33.96e0.17x拟合决定系数、模型验证拟合决定系数均最大,均方根差最小,可认为是油菜叶片叶绿素含量的最佳模型。
(4)基于优选单波段构建的油菜植株氮含量监测模型验证拟合决定系数都较小,而相对均方根差均大于4,说明模型的预判精度不够；而基于全波段反射率光谱参数,除了DVI(1534,450),构建的氮含量模型验证拟合决定系数都大于0.6,相对均方根差均小于1,达到了较高的估测精度。(5)基于全波段光谱参数的油菜籽含油量监测模型拟合决定系数都较小,均小于0.5,说明模型拟合性不高。
而基于R461′的多项式模型、基于R911′的线性、指数、多项式模型和基于DVI’(461,911)的多项式模型拟合决定系数都达到0.52以上,其中基于R911′的线性、指数和多项式模型的验证R2均大于0.6,RRMSE均小于1,说明模型具有一定的预测精度,可作为油菜籽含油量的监测模型。
