不同施氮水平下玉米冠层光谱反射特征分析_孙红VIP专享VIP免费

第30卷,第3期光谱学与光谱分析Vol.30,No.3,pp715-7192010年3月SpectroscopyandSpectralAnalysisMarch,2010不同施氮水平下玉米冠层光谱反射特征分析孙红,李民赞＊,张彦娥,赵勇,王海华中国农业大学,教育部重点实验室精细农业中心,北京100083摘要通过田间试验研究了玉米不同生长期冠层光谱反射率的变化特征,分析了不同施氮水平下可见光区冠层光谱反射率的差异。研究结果表明:受作物群体光和能力的影响,玉米可见光区冠层反射光谱在拔节期达最高点,随后持续降低;近红外区,苗期反射率最低,在拔节期达最高点,喇叭口期有所降低而在开花吐丝期得到回升,进入灌浆期后又下降。不同施氮水平下,拔节期随施氮水平的增加,叶绿素的强吸收带(430～450和640～660nm)玉米冠层反射曲线呈下降排列,但在550nm附近反射率R正常>R偏低>R偏高;喇叭口期偏低施氮区的冠层反射率在可见光区明显高于其它施氮水平,且偏高和正常施氮区域内光谱反射强度基本相同,显示过量施肥并不会促进作物生长。分析玉米生长期间不同施氮水平下光谱反射率的差异,对监测玉米生长状况,指导田间施肥具有重要的现实意义。关键词玉米;光谱特征;施氮;红边中图分类号:O657.3;S15文献标识码:ADOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2010)03-0715-05收稿日期:2009-03-02,修订日期:2009-06-06基金项目:国家(863计划)项目(2007AA10Z207)和国家自然科学基金项目(30871453)资助作者简介:孙红,女,1980年生,中国农业大学信息与电气工程学院博士生e-mail:honger102@163.com＊通讯联系人e-mail:limz@cau.edu.cn引言光谱技术作为探测和获取作物营养状态和长势信息的有效手段,可以为遥感监测作物长势[1-4],作物分类和精细施肥提供理论基础和指导。利用植物营养状况与光谱特性的密切相关性,科研工作者对大田作物展开了一系列的研究。1972年Thomas等发现甜椒叶片含氮量与550～675nm波长间叶片的反射系数高度相关,实际含量与所预测的含氮量误差小于7%,说明植物光谱分析有可能快速、简便、较精确、非破坏性地监测植物氮素营养[5]。Al-Abbas等研究了玉米在不同营养(N,P,K,Ca,Mg,S)胁迫下,不同叶位叶片的光谱特性,认为缺氮时叶绿素含量最低,光谱反射率的差异主要在530nm[6]。随后Hinzman等研究了小麦氮素营养状况对冠层光谱特性的影响,并探讨了利用叶绿素计和冠层光谱来判断小麦氮素状况的可行性[7]。我国学者也进行了大量的相关研究,利用水稻、小麦、玉米等大田作物[8-18]的不同品种、生育期和施氮水平的光谱特征分别对作物叶绿素含量、氮素水平、叶面积指数和地上生物量等农学参数进行了深入的研究。此外学者利用光谱技术也针对尖椒、油菜等多种作物进行了叶绿素含量的检测研究[19]。由于作物品种多、变异大等原因基于光谱分析技术的作物光谱信息仍需不断研究,为田间作业提供支持。本研究旨在针对不同施氮水平下玉米各生长期的冠层光谱反射率和叶片叶绿素含量进行分析,探讨玉米不同生长期冠层光谱反射率的变化特征,研究不同施氮水平下可见光区冠层光谱反射率的差异以及不同施氮水平下红边拐点波长位置变化趋势。为玉米叶片叶绿素含量检测提供信息基础,以及为田间变量施肥作业提供指导依据。1材料与方法试验于2008年4～7月在中国农业大学上庄实验站进行。试验品种采用中国农业大学培育的农大108号玉米,于2008年4月25～27日施肥、播种。试验区域设偏低(Low)、正常(Normal)和偏高(High)3个施氮水平,分别为有机肥3000,4500和5250kg·hm-2;复合肥各750kg·hm-2;尿素300,375和450kg·hm-2。玉米于5月9日出苗,并于玉米生长苗期(G1)、拔节期(G2)、喇叭口期(G3)、开花吐丝期(G4)和灌浆期(G5)分别进行冠层光谱数据采集和叶绿素含量的检测。(1)光谱数据的采集玉米冠层反射光谱用美国ASDFieldSpecHH光谱辐射仪(AnalyticalSpectralDevices,Inc.,USA)进行采集,其测量波长范围为325～1075nm,光谱分辨率1nm。试验选择晴朗无云或少云的天气,于上午10～12时采集田间玉米生长期冠层叶片反射光谱。光谱仪探头垂直向下,距玉米叶片冠层30cm左右,每次采集目标光谱前后进行参考板校正,每点反复测量3次,取平均值作为该小区光谱测量结果。(2)叶绿素的测定玉米叶片叶绿素含量的测定采用分光光度...