水稻叶片气孔导度与冠层反射光谱的定量关系分析

研究了不同土壤水氮条件下水稻(Oryza sativa)叶片气孔导度与冠层光谱反射特征的量化关系。结果表明,不同水分处理下,水稻不同叶位气孔导度变化趋势为:GsL1>GsL2>GsL3>GsL4。高于W3水分条件下,高氮处理的叶片气孔导度高于低氮处理,而低于W3水分条件下,高低氮处理条件下叶片气孔导度差异不显著。发现比值指数R(1 650,760)与不同叶位叶片及不同层次叶片气孔导度的相关性大小为:GsL1>GsL12>GsL123>GsL1234>GsL2>GsL3>GsL4(水稻顶部自上而下第一、二、三、四叶以及自上而下顶部2张、3张、4张叶片的气孔导度值分别表示为:GsL1、GsL2、GsL3、GsL4、GsL12、GsL123和GsL1234),而顶1叶气孔导度与叶面积指数的乘积(冠层叶片气孔导度)同比值指数R(1 650,760)相关程度更高。R(1 650,760)与顶1叶和冠层叶片气孔导度之间皆呈极显著的幂函数负相关。利用不同年份的不同水稻试验对两者的监测模型进行了检验,模型的检验误差RMSE分别为0.05和0.24,表明比值指数R(1 650,760)可以较好地监测不同水氮条件下水稻叶片的气孔开闭特征。     

小麦冠层反射光谱与植株水分状况的关系

研究了不同土壤水、氮条件下小麦冠层光谱反射特征与叶片和植株水分状况的相关性．结果表明,在小麦主要生育期,冠层叶片含水率与460～510、610～680和1480～1500nm波段范围内的光谱反射率有较高的相关性,植株含水率与810～870nm波段范围内的光谱反射率密切相关．在整个生长期内,小麦冠层叶片含水率与460～1500nm波段范围内的光谱反射率均有良好相关性,植株含水率与560～1480nm波段范围内光谱反射率的相关性均达到极显著水平．冠层叶片(CL)、上层叶(UL)和下层叶片(LL)含水率与光谱指数的相关程度为CL>LL>UL．冠层叶片和植株含水率与比值指(R(610,560))和光谱指数(R(610,560)／ND(810,610))呈极显著线性负相关,与归一化指数((R810-R610)／(R810+R610))呈极显著线性正相关．其中,用光谱指数(R(610,560)／ND(810,610))监测不同生育期小麦冠层叶片和植株含水率的效果最好。     

水稻叶片全氮浓度与冠层反射光谱的定量关系

利用数学统计方法分析了不同施氮水平和不同水稻品种群体叶片全氮浓度（LNC）与冠层反射光谱的定量关系,建立了水稻群体叶片全氮浓度的光谱监测模型.结果表明：基于原始反射率构造的光谱参数与叶片全氮浓度的相关程度均高于原始反射率,近红外波段（760～1 220 nm）与可见光波段510、560、680及710 nm组成的比值植被指数、差值植被指数和归一化植被指数与群体叶片全氮浓度呈极显著正相关,其中与归一化植被指数（NDVI）的相关性最好;对拟合较好的6个两波段组合参数及4个特征光谱参数的预测标准误（SE）和决定系数（R²）进行比较后,选取参数NDVI (1220, 710)为反演群体叶片全氮浓度的最佳光谱参数,方程为LNC=3.2708 × NDVI (1220,710) + 0.8654.利用不同粳稻品种、水分和氮肥处理的试验数据对监测模型进行了检验,估计的根均方差（RMSE）均小于20%,预测值和实测值的拟合R²为0.674～0.862,拟合斜率为0.908～1.010,RMSE为11.315%～19.491%,表明模型预测值与实测值之间符合度较高,对不同栽培条件下的水稻群体叶片全氮浓度具有较好的预测性.     

稻麦叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系

作物氮素积累动态是评价作物群体长势及估测产量和品质的重要指标,对于作物氮素的实时监测和精确管理具有重要意义。该文以5个小麦(Triticum aestivum)品种和3个水稻(Oryza sativa)品种在不同施氮水平下的3年田间试验为基础,综合研究了稻麦叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系。结果表明,不同试验中拔节后叶片氮积累量均随施氮水平呈上升趋势;稻麦冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异,可见光区(460~710 nm)反射率一般随施氮水平的增加逐渐降低,近红外波段(760~1 220 nm)反射率却随施氮水平的增加逐渐升高;就单波段而言,810和870 nm处的冠层光谱反射率均与稻麦叶片氮积累量具有相对较高的相关性;在光谱参数中,比值植被指数(Ratio vegetation index, RVI)(870,660)和RVI(810,660)均与稻麦叶片氮积累量具有高度的相关性,且相关系数明显高于单波段反射率,尤其是水稻作物;对于小麦和水稻,均可以利用统一的波段和光谱指数来监测其叶片氮积累量,并可以采用统一的回归方程来描述其叶片氮积累量随单波段反射率和反射光谱参数的变化模式,但若采用单独的回归系数则可以提高稻麦叶片氮积累量估测的准确性。     

稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系

作物氮素含量是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,叶片氮素含量的无损快速监测对于指导作物氮素营养的精确管理及生产力的预测预报具有重要意义.以5个小麦品种和3个水稻品种在不同施氮水平下的3a田间试验为基础,综合研究了稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系.结果显示：（1）不同试验中拔节后稻麦叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势;（2）稻麦冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异,在可见光区（460～710 nm）的反射率一般随施氮水平的增加逐渐降低,而在近红外波段（760～1100 nm）却随施氮水平的增加逐渐升高;（3）就单波段光谱而言,610、660 nm和680 nm处的冠层反射率均与稻麦叶片氮含量具有较好的相关性;（4）在光谱指数中,归一化差值植被指数NDVI（1220,610）与水稻和小麦叶片氮含量均具有较好的相关性,且相关性好于单波段反射率;（5）对于小麦和水稻,可以利用共同的波段和光谱指数来监测其叶片氮含量,采用统一的回归方程来描述其叶片氮含量随单波段反射率和冠层反射光谱参数的变化模式,但若采用单独的回归系数则可以提高稻麦叶片氮含量估测的准确性.     

利用水稻冠层光谱特征诊断土壤氮素营养状况

系统测定了不同秸秆还田和氮肥处理下水稻(Oryza sativa)关键生育期的冠层反射光谱及土壤速效氮含量,并对两者之间的关系进行了详尽的分析。结果表明: 土壤速效氮含量在整个水稻生育期内均与可见光波段反射率呈负相关,与近红外波段反射率呈正相关。归一化及比值植被指数与土壤速效氮含量有更好的相关性,分蘖期要优于其它生育时期,以870、1 220 nm波段与560和710 nm波段的组合最佳,但两者的关系易受土壤等背景的干扰。而转换型土壤调节植被指数TSAVI能较好地消除分蘖期土壤背景的影响,两生态点可用统一的方程来拟合,用该研究中所筛选出的最佳波段组合计算出的TSAVI的表现更好,尤其是870 nm波段和710 nm波段的组合,决定系数(R²)由0.46提高到0.60。抽穗期和灌浆期由1 220和760 nm计算的比值指数R(1 220, 760)和新土壤调节植被指数SAVI(1 220,760)与土壤速效氮含量的关系则不受生态点的影响,可用统一回归方程来拟合。这说明水稻冠层反射光谱可以用来评价稻田土壤肥力状况,但仍需进一步研究。     

棉花冠层高光谱参数与叶片氮含量的定量关系

建立棉花(Gossypium hirsutum)氮素状况的光谱监测技术对于棉花营养诊断和长势估测具有重要意义。该研究利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱参数,分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮含量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮含量和冠层高光谱反射率随不同施氮水平呈显著变化。棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的可见光波段和750~900 nm的近红外波段,且叶片氮含量与比值植被指数RVI [average (760~850), 700]有密切的定量关系,4个品种的平均决定系数在0.70左右。进一步分析表明,可以用统一的回归方程来描述不同品种、不同生育时期和不同氮素水平下棉花叶片氮含量随反射光谱参数的变化模式,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供技术依据。     

不同灌溉条件下小麦冠层的反射光谱特征及其模糊聚类研究

应用傅立叶滤波和导数法等信号处理技术对获得的不同灌溉条件小麦冠层的反射光谱进行处理,选出最能有效区分小麦不同灌溉条件的波长,用这些波长对应的反射率为指标,用模糊聚类（ＦＣＡ）方法对不同灌溉条件的小麦进行区分。     

光谱植被指数与水稻叶面积指数相关性的研究

 综合分析比较了几种常见光谱植被指数与水稻（Oryza sativa）叶面积指数的相关性及其预测力。结果表明,植被指数的预测力在水稻营养生长旺盛期间最好。植被指数的预测力主要依赖于叶面积指数(LAI)的整体变化范围。因此,综合不同生育时期和氮肥处理的试验资料,光谱植被指数能准确地预测LAI的变化。LAI与各植被指数均呈曲线相关,与比值植被指数(RVI)、再归一化植被指数(RDVI)和R810/R560显著幂相关,与归一化植被指数(NDVI)、垂直植被指数(PVI)、差值植被指数(DVI)、土壤调整植被指数(SAVI)和转换型土壤调整指数(TSAVI)显著指数相关。其中,近红外与绿光波段的比值R810/R560的预测力最佳。用不同移栽秧龄、不同密度、不同水分和氮肥处理的数据对R810/R560的表现进行了检验,结果表明估算精度平均为91.22%,估计的均方差根(RMSE)平均为0.480　5,平均相对误差为-0.013。表明宽波段光谱植被指数可以准确地用来监测水稻叶面积指数。     

于星载通道光谱指数与小麦冠层叶片氮素营养指标的定量关系

利用空间遥感信息大面积监测小麦冠层氮素营养状况和生产力指标具有重要意义和应用前景.本研究基于不同施氮水平下小麦冠层反射光谱信息,利用响应函数模拟基于不同卫星通道构建的光谱指数(包括单波段、比值光谱指数和归一化光谱指数),分析基于星载通道的光谱指数与小麦冠层叶片氮素营养指标的定量关系,确定监测小麦冠层叶片氮素营养的较好卫星传感器和光谱波段,建立小麦冠层氮素营养指标监测方程.结果表明：利用NDVI(MSS₇, MSS₅)、NDVI(RBV₃, RBV₂)、TM₄、CH₂、MODIS₁和MODIS₂遥感数据可以预估小麦叶片氮含量(LNC),其决定系数（R₂）在0.60以上;应用NDVI(PB₄, PB₂)、NDVI(CH₂, CH₁)、NDVI(MSS₇, MSS₅)、RVI(MSS₇, MSS₅)、MODIS₁和MODIS₂可以预测小麦叶片氮积累量(LNA),其R₂大于0.86.比较而言,NDVI(MSS₇, MSS₅)和NDVI(PB₄, PB₂)分别为预测小麦LNC和LNA的适宜星载通道光谱参数.     

小麦叶片氮素状况与光谱特性的相关性研究

 系统分析了不同时相下两个小麦(Triticum aestivium)品种叶片含氮量及叶片氮积累量与冠层光谱反射特征的关系。结果表明,随施氮水平的增加,小麦冠层在可见光区的反射率逐渐降低,而近红外波段的反射率逐渐升高。小麦叶片氮素状况与比值指数或归一化指数显著相关,两个品种表现极为一致,可以用一个指数方程来拟合。分阶段建模并没有提高模型的精度,因此可以建立一个适用于整个生育时期的通用氮素诊断方程。叶片含氮量同光谱指数在整个生育期内的关系要优于叶片氮积累量的,其中,与叶片含氮量关系最佳的指数为红波段(660 nm)和蓝波段(460 nm)的组合(R2>0.80);与叶片氮积累量关系最佳的光谱指数为中红外波段(1 220 nm)与红波段(660 nm)的组合(R2>0.62)。     

不同干旱土壤条件下杨树的耗水规律及水分利用效率研究

 在适宜土壤水分（70%θf）,中度干旱（55%θf）和严重干旱（40%θf）3种土壤水分条件下研究杨树（Populus simonii）的耗水特性和水分利用特征。结果表明,随着土壤含水量的下降,杨树叶水势、相对含水量(RWC)、生长速率、光合速率及单叶水分利用效率（WUE）显著下降;在适宜水分和中度干旱条件下,杨树的快速生长和干物质迅速积累时期主要集中在5～6月,严重干旱下快速生长时期和干物质积累主要集中在5月;杨树总耗水量和总生物量的大小顺序为：适宜水分＞中度干旱＞严重干旱;WUE则表现出中度干旱下最高,严重干旱下最低;杨树在适宜水分下的日、旬、月耗水量明显高于中度干旱和严重干旱处理;杨树在适宜水分、中度干旱和严重干旱条件下的最高耗水月分别在6～7月,最高旬耗水量分别在7月中旬、上旬和6下旬;在中度水分亏缺和严重水分亏缺下的最高耗水日出现的时间比适宜水分下的最高耗水日提前1～2个月以上。一天中的最大耗水高峰随着杨树生育期和土壤含水量的不同而有明显差异。研究结果表明,杨树不具备耐旱植物的特征,因此在黄土高原缺水地区不适宜大面积栽植,只能用于水分条件较好的立地条件下造林。     

土壤水分与温度共同作用对植物根系水分传导的效应

 本文根据不同大气环境温度和土壤温度及不同土壤含水率处理条件下的玉米、向日葵、台湾相思(Acacia confusa)、银合欢(Leucaena glauca)的试验资料，分析了土壤水分和温度以及土壤水分与温度共同作用对植物根系水分传导的效应。台湾相思和银合欢的试验结果表明，在一定的土壤水分范围内，高温(白天/夜晚的温度为40／30℃)环境中的根系水分传导大于低温(30/25℃)环境中的，但当根系水分胁迫十分严重(台湾相思根系水势小于-1.5MPa，银合欢根系水势小于-2.0MPa)时，30/25℃环境的根系水分传导反而大于40／30℃环境的；玉米、向日葵的试验结果表明，在一定土壤温度范围内，根系水分传导随土壤温度增加而增加，其增加的幅度与生育阶段有关；在向日葵生育期土壤温度高于35℃、玉米生育期高于30℃时，其根系水分传导随温度增加而降低。通过植物根区土壤逐渐干旱和干旱复水后的试验，其结果表明复水后根系水分传导上升较快，银合欢复水1.5d、向日葵复水3d后测得的根系水分传导即可达到受旱前的水平，其后的水分传导还略高于一直充分供水处理的，表明根系经受一定程度的干旱锻炼后，对其水分传导具有明显的补偿效应。在干旱和复水过程中根系水分传导与根水势的变化规律相一致。     

皇甫川流域柠条林地水分动态模拟——坡度、坡向、植被密度与土壤水分的关系

在皇甫川流域,随着林草覆盖度的增加,植被与水的矛盾日益突出,其中一个重要的问题就是植被密度与土壤水分之间的矛盾。土壤水分的降低影响了植被的生长,甚至导致了部分植被的死亡,因此对土壤水分与植被密度之间的关系进行研究非常重要,有助于合理造林密度的确定。在已有研究及实验观测的基础上,建立了柠条(Caragana intermedia)林地土壤水分动态模拟模型,模型考虑了主要的土壤、植物过程,包括土壤性状、降雨入渗、植物蒸腾、地表蒸发等;模拟了从1971至2000年,30年里各种立地条件(不同盖度、坡向和坡度)下的柠条林地土壤水分、蒸腾和蒸发等的日动态过程。通过比较不同立地条件下的土壤水分动态,研究了皇甫川流域典型柠条林地土壤水分与植被盖度、坡向和坡度之间的关系,并得出了它们之间的关系式。由得到的平地上柠条的适宜密度,同时结合上述关系式,得出了不同坡度、坡向的适宜密度。坡度小于10°时,适宜造林密度对坡度反应敏感,在10°~30°时,适宜盖度对坡度反应不敏感。对于小于10°的坡地,植被建设时要特别注意设计合理的植被密度。     

抗旱性不同的小麦叶片的渗透调节与水分状况的关系

两年的试验结果表明:在土壤水分胁迫下抗旱性强的小麦品种叶片的相对含水量和水势均高于抗旱性弱的品种;渗透势与水势为线性关系,水势每变动一个单位,渗透势变动0.71—0.93个单位;渗透势与相对含水量的对数化关系为两条直线组成的一条折线,第一条直线渗透势的下降完全由渗透调节引起;第二条直线渗透势下降主要是细胞失水浓缩的结果。渗透调节能力为:秦麦3号>昌乐5号>山农587>济南13>烟农15>鲁麦5号。     

不同水肥条件下番茄土壤微生物群落多样性及其与产量品质的关系

采用内含子切接点引物 (Intron-splice junction primer) 和长随机引物的PCR (Polymerase chain reaction, 聚合酶链) 标记技术, 就黄土高原不同水肥处理对日光温室番茄土壤微生物群落多样性进行了研究, 并对产量、品质的影响进行了分析。结果表明, 所用的6个引物共能扩增出182条稳定清晰的条带, 其中142条为多态性条带, 多态性条带为78.02%。聚类分析与主坐标分析表明, 水肥对土壤微生物群落多样性的变化有不同的影响。土壤微生物群落多样性指数与番茄产量、果实的Vc、可溶性蛋白质含量成正相关, 尤其与Vc的相关系数达0.9211, 而与可溶性固形物含量成负相关关系。6个水肥组合中WmFh (中水高肥) 土壤微生物群落多样性指数最高, 且番茄果实的Vc、可溶性蛋白质含量及产量显著高于其他处理, 可溶性固形物含量较低。该组合有利于土壤微生物群落的多样性和稳定性的提高, 利于土壤生态环境的改善和番茄优良品质的形成。