苹果树叶片叶绿素含量高光谱估测模型研究
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｅｍａｌ ｈ ｏ ｘ ｓａ ．ｄ ．ｎ － ｉ ：ｚａ ｇ ＠ ｄ ｕ ｅ ｕ ｃ
ｅｍａｌｌ ｎ ｓ ｕ ｎ ３ ＠ １ ３ ｃ ｍ － ｉ ｉ ｇ ｈ ａ ｇ ｓ ６ ．ｏ ：ａ
＿
＊通 讯联 系 人
１ ６ ３８
１ ３ 叶绿素测定 ．
光谱学与光谱分析
第３ ２卷
同一 片叶片不 同位置 的叶绿素含量差 异较大 ，常规 的叶
苹 果树 叶片 叶绿 素 含 量 高光 谱 估测 模 型 研 究
梁 爽， 庚星 赵 ， 朱西存
山东农业大学资源与环境学院 ，山东 泰安 ２ １ １ ７０８
摘
要
叶片叶绿素含量是评估果树 长势 和产 量的重要 参数 ， 实现快速 、无损 、 确的叶绿素含量估测具有 精
重要 意义 。 本研究 以山东农业 大学苹果园为试验 区 ， 用高光 谱分析 技术探 索苹果 树叶片 叶绿素含 量 的估 采 测 方法。通过分析 叶片高光 谱 曲线特 征 ，对原 始光 谱 分别 进行 一 阶微 分 、红 边位 置 以及 叶 面叶绿 素 指数 （Ｃ ） Ｌ Ｉ变换 ， 分别将其 与叶绿素含量进行相关分析及 回归分 析 ， 建立 叶绿素含 量估 测模 型并 进行检验 ， 中 从 筛选 出精度 最高的模型 。 结果 显示 ，以 Ｌ Ｉ Ｃ 为变量 的估测模 型以及 以一阶微分 ５ １和 ５ ３Ｄ ２ ２ Ａ ｎ组合 为变量 的 估 测模 型拟合精度最高 ， 决定 系数 分别 为 ０ ８ ５ ０ ８ ９ 均方根误差 Ｒ Ｅ分别为 ２ ９ １和 ２ ７ ９ 相 ．４ 和 ．３ ， ＭＳ ．６ ． １， 对误差 Ｒ 分别为 ４ ７ 和 ４ ７ 。因此 Ｌ Ｉ Ｅ ．１ ．ｏ Ｃ 及一阶微分 是估 测苹果 树叶片 叶绿素 含量 的重 要指标 。该
２ 结果与分析
２ １ 高光谱数据与叶绿素含量相关分析 ． 由图 １叶绿 素含量与其原始光谱反射率 的相关系数 曲线
性 ，随 机采 集不 同长 势苹 果树 的不 同位 置 的 叶片样 本 １６ ０
个。
叶绿素含 量与光 谱 特征 的关 系 提供 了强有 力 的工 具 。近 年 来 ，国内外学者对植被 叶绿 素含量的高光谱估测 进行 了较多 的研究 。国外学者在玉米 、草丛 Ｅ 及葡 萄 等 叶片 的叶绿 素含量 的高光谱估算方 面都有研究 。
模型对指导苹果树 栽培生产具有积极意义 。
关键词
苹果树 叶片 ； 叶绿素 ；高光谱 ； 估测模 型
文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｉ ０ ３ ６／．ｓｎ １ ０ —５ ３ ２ １ ）５１６ —４ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ ２０ —３ ７０ ｓ
中图分类号 ： ７ ； １ ７ ＴＰ ９ Ｓ ２
第３卷 ， ５ ２ 第 期
２０ １２年 ５ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓ ｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ． ２ Ｎｏ ５ ｐ １ ６ — ３ ０ １３ ， ． ， ｐ ３ ７ １ ７ Ｍａ ｙ，２ １ ０ ２
植被遥感研究 与应 用中表现 出强大优 势［ 为定 量分析植 物 ，
１ 实验部分
１１ 样 品 采 集 ．
实验地点是 山东农 业大学南校区苹果实验 园 ， 位置 为东 经 １ ７９ ３ １ 。． ２Ｅ，北 纬 ３ 。． ２Ｎ，海拔 １５Ｉ。采 样 时 间是 ６９ ２ ６ ｌ Ｔ
２ １ 年 ６月 １ ０１ ２日， 苹果树 叶片营养相对稳 定的春梢停 止 是 生长期 ，果树品种是红富士 。为保 证实验 结果 的全面性 精确
引 言
叶绿 素是光合作用 的主要载体 ［ ， １ 其含量 是植物 营养胁 ］ 迫 、光合能力和发展 衰老各 阶段 的 良好 指示 剂［ 。因此 ，快 ２ ］ 速精确地 估测植物体叶绿素含 量 ， 于植物 长势监 测 ，实施 对 精准农业 具有 重要的作用 。 高光谱分 辨率遥感技术具有波段 多、光谱 分辨率高 且连 续 的特点 ， 能直接对地物进行 微弱光谱 差异 的定量 分析 ，在
苹 果树叶片叶绿素含量进行估 测 ，旨在探 索叶片 叶绿素含量 快 速准确的估测技术方法 。
避开叶脉 ） 取其 平均值 作为 该处 的光谱 反 射率 。利 用植 被 ， 探头与叶片夹 ，采用光谱仪 自带光源 ， 证叶片平 整且被 探 保 测面积相 同，有效 的消除 了背景反射 、叶片表 面弯 曲造成 的 光谱波动造成 的影 响，保证 了研究结果 的精确性 。
收稿 日期 ：２ １ —０ １ 。修订 日期 ：２ １一 １２ ０ １１—２ ０ ２Ｏ —Ｏ 基金项 目：国家（ ６ ８ ３计划） 目（Ｏ ８ 项 ２ Ｏ ＡＡ１ Ｚ Ｏ ） ０ ２ ３ ，高校博士点基金项 目（ ０ ０ ７ ２ １ ｏ ０ ，中国博 士后基金 （０ １４ １ １） 山东农业大学 ２ １ ３ ０ １ ｏ １） ２ １０ ９ ６ ６ 和 博士后基 金项 目（ ９ ４ ） ８ ８ １ 资助 作者简介 ：梁 爽 ， 。１８ 女 ９ ８年生 ，山东农业 大学资源与环境学院硕士研究生
燥的试纸轻拂去 。每个样本 观测 记 录 ３次采 集数 据 （ 测定 时
国内童庆禧 院士［开创 了高光谱遥感 的先河 ， ７ ］ 此后 高光
谱遥感技术被广泛 的应用 在大 豆、水 稻 、小麦 、玉米 及棉 花
等大 田作 物［ 的 叶 绿 素 含 量 估 测 研 究 ，但 对 苹 果 等果 ８ 树［ ］ １ 的研究相对 较少 。本 工作 将 尝试利 用 高光 谱技 术对
１ ２ 光谱 测 定 ．
采用美 国 Ａ Ｄ Ｆｅ Ｓ ｅ 光谱仪 测定光谱 。利 用仪器 自 Ｓ ｉｄ ｐ ｃ ｌ 带的植被探头 与叶片夹式 光谱探 测器 在野外直接测定苹果树 叶片光谱 。波段范 围为 ３ ０ ２５ ０ｎ ［］ ５ ０ ｍ “ 。为 减少误 差 ，测 量前用标准 白板进行校 正 ，同时将叶片表层 的浮尘用干 净干
ｅｍａｌｌ ｎ ｓ ｕ ｎ ３ ＠ １ ３ ｃ ｍ － ｉ ｉ ｇ ｈ ａ ｇ ｓ ６ ．ｏ ：ａ
＿
＊通 讯联 系 人
１ ６ ３８
１ ３ 叶绿素测定 ．
光谱学与光谱分析
第３ ２卷
同一 片叶片不 同位置 的叶绿素含量差 异较大 ，常规 的叶
苹 果树 叶片 叶绿 素 含 量 高光 谱 估测 模 型 研 究
梁 爽， 庚星 赵 ， 朱西存
山东农业大学资源与环境学院 ，山东 泰安 ２ １ １ ７０８
摘
要
叶片叶绿素含量是评估果树 长势 和产 量的重要 参数 ， 实现快速 、无损 、 确的叶绿素含量估测具有 精
重要 意义 。 本研究 以山东农业 大学苹果园为试验 区 ， 用高光 谱分析 技术探 索苹果 树叶片 叶绿素含 量 的估 采 测 方法。通过分析 叶片高光 谱 曲线特 征 ，对原 始光 谱 分别 进行 一 阶微 分 、红 边位 置 以及 叶 面叶绿 素 指数 （Ｃ ） Ｌ Ｉ变换 ， 分别将其 与叶绿素含量进行相关分析及 回归分 析 ， 建立 叶绿素含 量估 测模 型并 进行检验 ， 中 从 筛选 出精度 最高的模型 。 结果 显示 ，以 Ｌ Ｉ Ｃ 为变量 的估测模 型以及 以一阶微分 ５ １和 ５ ３Ｄ ２ ２ Ａ ｎ组合 为变量 的 估 测模 型拟合精度最高 ， 决定 系数 分别 为 ０ ８ ５ ０ ８ ９ 均方根误差 Ｒ Ｅ分别为 ２ ９ １和 ２ ７ ９ 相 ．４ 和 ．３ ， ＭＳ ．６ ． １， 对误差 Ｒ 分别为 ４ ７ 和 ４ ７ 。因此 Ｌ Ｉ Ｅ ．１ ．ｏ Ｃ 及一阶微分 是估 测苹果 树叶片 叶绿素 含量 的重 要指标 。该
２ 结果与分析
２ １ 高光谱数据与叶绿素含量相关分析 ． 由图 １叶绿 素含量与其原始光谱反射率 的相关系数 曲线
性 ，随 机采 集不 同长 势苹 果树 的不 同位 置 的 叶片样 本 １６ ０
个。
叶绿素含 量与光 谱 特征 的关 系 提供 了强有 力 的工 具 。近 年 来 ，国内外学者对植被 叶绿 素含量的高光谱估测 进行 了较多 的研究 。国外学者在玉米 、草丛 Ｅ 及葡 萄 等 叶片 的叶绿 素含量 的高光谱估算方 面都有研究 。
模型对指导苹果树 栽培生产具有积极意义 。
关键词
苹果树 叶片 ； 叶绿素 ；高光谱 ； 估测模 型
文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｉ ０ ３ ６／．ｓｎ １ ０ —５ ３ ２ １ ）５１６ —４ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ ２０ —３ ７０ ｓ
中图分类号 ： ７ ； １ ７ ＴＰ ９ Ｓ ２
第３卷 ， ５ ２ 第 期
２０ １２年 ５ 月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓ ｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ． ２ Ｎｏ ５ ｐ １ ６ — ３ ０ １３ ， ． ， ｐ ３ ７ １ ７ Ｍａ ｙ，２ １ ０ ２
植被遥感研究 与应 用中表现 出强大优 势［ 为定 量分析植 物 ，
１ 实验部分
１１ 样 品 采 集 ．
实验地点是 山东农 业大学南校区苹果实验 园 ， 位置 为东 经 １ ７９ ３ １ 。． ２Ｅ，北 纬 ３ 。． ２Ｎ，海拔 １５Ｉ。采 样 时 间是 ６９ ２ ６ ｌ Ｔ
２ １ 年 ６月 １ ０１ ２日， 苹果树 叶片营养相对稳 定的春梢停 止 是 生长期 ，果树品种是红富士 。为保 证实验 结果 的全面性 精确
引 言
叶绿 素是光合作用 的主要载体 ［ ， １ 其含量 是植物 营养胁 ］ 迫 、光合能力和发展 衰老各 阶段 的 良好 指示 剂［ 。因此 ，快 ２ ］ 速精确地 估测植物体叶绿素含 量 ， 于植物 长势监 测 ，实施 对 精准农业 具有 重要的作用 。 高光谱分 辨率遥感技术具有波段 多、光谱 分辨率高 且连 续 的特点 ， 能直接对地物进行 微弱光谱 差异 的定量 分析 ，在
苹 果树叶片叶绿素含量进行估 测 ，旨在探 索叶片 叶绿素含量 快 速准确的估测技术方法 。
避开叶脉 ） 取其 平均值 作为 该处 的光谱 反 射率 。利 用植 被 ， 探头与叶片夹 ，采用光谱仪 自带光源 ， 证叶片平 整且被 探 保 测面积相 同，有效 的消除 了背景反射 、叶片表 面弯 曲造成 的 光谱波动造成 的影 响，保证 了研究结果 的精确性 。
收稿 日期 ：２ １ —０ １ 。修订 日期 ：２ １一 １２ ０ １１—２ ０ ２Ｏ —Ｏ 基金项 目：国家（ ６ ８ ３计划） 目（Ｏ ８ 项 ２ Ｏ ＡＡ１ Ｚ Ｏ ） ０ ２ ３ ，高校博士点基金项 目（ ０ ０ ７ ２ １ ｏ ０ ，中国博 士后基金 （０ １４ １ １） 山东农业大学 ２ １ ３ ０ １ ｏ １） ２ １０ ９ ６ ６ 和 博士后基 金项 目（ ９ ４ ） ８ ８ １ 资助 作者简介 ：梁 爽 ， 。１８ 女 ９ ８年生 ，山东农业 大学资源与环境学院硕士研究生
燥的试纸轻拂去 。每个样本 观测 记 录 ３次采 集数 据 （ 测定 时
国内童庆禧 院士［开创 了高光谱遥感 的先河 ， ７ ］ 此后 高光
谱遥感技术被广泛 的应用 在大 豆、水 稻 、小麦 、玉米 及棉 花
等大 田作 物［ 的 叶 绿 素 含 量 估 测 研 究 ，但 对 苹 果 等果 ８ 树［ ］ １ 的研究相对 较少 。本 工作 将 尝试利 用 高光 谱技 术对
１ ２ 光谱 测 定 ．
采用美 国 Ａ Ｄ Ｆｅ Ｓ ｅ 光谱仪 测定光谱 。利 用仪器 自 Ｓ ｉｄ ｐ ｃ ｌ 带的植被探头 与叶片夹式 光谱探 测器 在野外直接测定苹果树 叶片光谱 。波段范 围为 ３ ０ ２５ ０ｎ ［］ ５ ０ ｍ “ 。为 减少误 差 ，测 量前用标准 白板进行校 正 ，同时将叶片表层 的浮尘用干 净干