红外光谱LAI豆生物量相关分析
黄姜维
(生命科技学院 农学系045班)
摘
美国cropscan光谱仪器公司生产MSR系列5波段野外便携式高光谱仪实测豆冠层生育时期红外光谱数期获取豆叶面积指数(LAI)生物量分析豆冠层反射光谱豆LAI生物量相关关系分析结果表明反射光谱数豆LAI生物量相关系数高值分发生830 nm(r06956)660 nm处(r08294)反射光谱数进行统计分析建立Logistics函数形式生物量估测模型检验 Logistics函数模型具较高精度 红外线660 nm波段处生物量Logistics回估测模型确定指数R2值达0837极显著检验水说明红外660nm波段测量值豆生物量具定估算力
关键词：豆LAI红外光谱生物量回方程
目 录
引言 1
1材料方法 1
11田间设计 1
111试验点 1
112试验时间 1
12试验仪器 1
13光谱分析方法 2
14叶面积鲜生物量干重测试方法 2
2 结果分析 2
21豆生物量lp80cropscan测量参数间相关分析 2
22豆LAI豆生物量相关分析 3
23红外线660nm波段豆生物量相关分析 4
24红外线660nm波段豆生物量Logistic回方程 4
3 讨 4
31豆LAI豆生物量预测生产指导 5
32红外光谱660波段测量值豆生物量预测 6
参考文献 6
致谢 7
豆生物量红外光谱
估算模型研究
黄姜维
(生命科技学院 农学系045班)
引言
豆产量定环境条件植物系列生理程间复杂相互作结果生物量积累赖光合作提供满足植物生长需碳氮化豆生产重限制素作物相豆种子蛋白质含量较高重素籽粒灌浆前植株积累生物量叶面积指数(LAI) [1]豆生物量籽粒灌浆前叶面积指数(LAI)定程度决定终产量
目前测定豆生物量方法取样法出苗隔天取样1次测定关生理指标次取样品子叶节部分进行风干测重风干重计干物质重量[2]方法然够准确测量豆生物量豆进行取样观察取样生物量终产量连续型豆生物量进行测量利红外光谱技术解决问题红外光谱(Near Infrared Spectroscopy)技术利机物质红外光谱区振动吸收快速测定样品中种化学成分含量项新技术[3]利红外光谱技术采红外光谱仪豆冠层进行射出种参数然结合取样获生物量通参数生物量进行相关分析建立回模型快速预测生物量光谱辐射仪应广泛：例应红外光谱分析技术豆粕试材建立豆粕粗蛋白快速分析检测模型[4]红外光谱技术年草坪理中兴起种新分析方法快速便捷损伤时检测高尔夫草坪土壤系统中种素[5]豆品质性状快速测定方法国东北部四省区572份豆样品材料采红外透射(NITS)技术非破坏性测定豆粗蛋白质粗脂肪含量[6]应遥感技术面积监测烟草生产中病虫害发生确定防治适期适宜防治措施具重应前景[7] 物光谱时空变异较农作物产区开展该种作物高光谱农学参数监测重意义[8]
目前利红外光谱豆进行生物量预测研究较少麦棉花水稻进行研究较研究组**豆22作试验材料豆R3期开始隔7天进行次测量横跨豆重生育时期获生育时期生物量豆冠层反射光谱值通分析生物量豆冠层反射光谱值出回方程生产进行生物量预测提供填补国豆红外光谱模型建立空白
1 材料方法
11田间设计
111试验点
位113°77′E35°46′N****辉县市**科技学院良种试验田位年两熟华北**区势坦土壤机质含量中等高产块播种前进行精细整施复**做底肥
112试验时间
供试豆品种**豆222008年5月3日播种试验区面积（5m×40m）次试验区进行机取样三点点（1m×1m）作测试象豆整生育期进行7次观测次2008年8月8日8月18日8月25日8月29日9月3日9月6日9月16日
12 试验仪器
美国cropsacn光谱仪器公司生产MSR系列5波段野外便携式高光谱仪**力高泰科技限公司lp80型AccuRAR 植物冠层分析仪
13 光谱分析方法
cropscan：光谱测试采美国Cropscan光谱仪器公司生产MSR系列5波段野外便携式高光谱仪（450520nm520600nm630690nm760900nm15501750nm）中心波长：458nm560nm660nm830nm1650nm波长范围进行测量观测均选择晴朗风天气次测定时间**时间10：00~14：00时太**度角45°传感器探头垂直冠层相距2m观测范围直径1m样区里选定（1m×1m）范围豆测试10次冠层光谱值样区10次冠层光谱值均值作终结果样区做3次重复
14 叶面积鲜生物量干重测试方法
叶面积测量方法：冠层光谱测定lp80冠层分析仪应豆光谱采集处进行测量午16：00~17：00持水仪水切换PAR键开始测量部数值键测量部数值部数测量结束ENTER键记录数通部数值部数值值豆植株形态计算出豆LAI样区测定2次样区2次测量均值作终结果样区重复3次
叶面积测量样区豆贴根割身携带天称称量豆鲜重样区取回部分置105℃烘箱中杀青2030 min80℃恒温烘干恒重测部分干物质量
15统计分析方法
表1 Simple Statistics
Variable N Mean Std Dev Sum Minimum Maximum Label
FW_g 21 2741 9041123 57560 1150 4250 FW_g
DM_g 21 6772652 2638034 14223 24290 1080 DM_g
485nm 21 26619 02046 559000 22560 296500 485nm
560nm 21 47281 04565 992910 40390 592250 560nm
660nm 21 29391 03061 617230 243700 368800 660nm
830nm 21 555923 78241 1167 382420 6346900 830nm
1650nm 21 242545 32860 5093445 178275 2923100 1650nm
PAR_UP 21 7705060 33266283 16181 2962500 1235 PAR_UP
PAR_DN 21 991935 693426 2083 202750 25472250 PAR_DN
T 21 01146 00417 240750 00650 020750 T
LAI 21 32553 04046 6836250 25950 386500 LAI
SAS90相应程序豆干鲜重cropscan红外中心波长458nm560nm660nm830nm1650nm测量参数lp80型AccuRAR 植物冠层分析仪豆层PAR值部冠层部冠层PAR值T叶面积指数LAI间相关分析描述统计
SigmaPlot100画散点图回模拟根数结果表现做豆生物量相关参数豆生物量采Logistic回模型 中abX0常数项
注：FW_g豆鲜重单位（g）DM_g豆干重单位（g）RAR_UP部冠层测量值单位（μmolm2s)PAR_DN部冠层测量值单位（μmolm2s)
2 结果分析
21 豆生物量lp80cropscan测量参数间相关分析
Pearson Correlation Coefficients N 21Prob > |r| under H0 Rho0
FW_g DM_g 485nm 560nm 660nm 830nm 1650nm PAR_UP PAR_D T
DM_gDM_g 0971<0001
485nm485nm 071200003 070300004
560nm560nm 009506817 027102355 016704675
660nm660nm 072500002 0829<0001 0776<0001 066400010
830nm830nm 060600036 074600001 026102538 064400016 0766<0001
1650nm1650nm 069100005 0798<0001 038100879 050400196 0776<0001 09519<0001
PAR_UPPAR_UP 036601027 023603031 013505588 068300007 016904648 015205098 002709080
PAR_DNPAR_DN 008607111 025102711 015405052 0864<0001 057800061 058100057 043900464 0832<0001
TT 048000275 061200032 040400689 0757<0001 0759<0001 072600002 063900018 046900321 0854<0001
LAILAI 052700140 0611000033 020503732 055700087 056300079 069600005 057700062 010706452 050100208 0792<0001
表2示观测参数中发现豆生物量密切相关参数红外线波长485nm660nm830nm1650nm豆LAIT中豆生物量485nm660nm相关系数较分成显著正相关相关系数达070328082941830nm1650nm达显著负相关相关系数达074622079853LAI成显著负相关相关系数061096T成显著正相关相关系数061200绿色植光合作强烈吸收红光波段量 蓝光吸收红光豆生物量485nm660nm处数值成正相关豆生物量830nm1650nm处数值成负相关豆生育期末期籽粒成生长中心产量形成集中籽粒时LAI成减少态势豆生物量LAI成负相关
22 豆LAI豆生物量相关分析
理讲作物鲜生物量遥感监测通作物叶面积间接实现[9]作物鲜生物量中占重作物秸杆仔粒质量部分质量作物光谱反射率贡献值(原叶片覆盖作物秸杆表面积较)直接通遥感监测LAI反演作物鲜生物量行性8月8日8月25日豆处始荚期生长中心营养器官时豆LAI豆生物量增长步进行豆始荚期着豆LAI增长豆生物量增长8月25日豆LAI达峰值37豆营养生长生殖生长转折点8月25日生殖生长高峰期直持续9月6日豆鼓粒期时豆LAI8月25日峰值成降状态直成熟
23 红外线660nm波段豆生物量相关分析
NOAA卫星AVHRREOSAMMODIDSLANDSAT TM遥感数源进行植LAI估算规化植指数NDVI值植指数RVI常估算植(包含农作物)LAI效遥感模型[1011]模拟豆生物量模型采参数中生物量相关关系密切参数做相关回方程表２中发现660nm豆生物量相关系数达0829采红外线波长660nm参数豆生物量间做分析发现豆生物量间存较Logistic回关系
24 红外线660nm波段测量值豆生物量Logistic回方程
豆生物量间存较Logistic回结果豆Logistic回方程确定性系数R2高达08378红外线660nm波段测量值豆生物量Logistic三参数回曲线图2
Logistic三参数回方程： 确定指数：R20837
3 讨
31 豆LAI豆生物量预测生产指导
作物鲜生物量中占重作物秸杆仔粒质量部分质量作物光谱反射率贡献值(原叶片覆盖作物秸杆表面积较)直接通监测LAI反演作物鲜生物量行性豆生育期R1R2R3期豆生物量集中叶片部茎秆部位接受红外线射R1R2R3生育时期进行LAI生物量预测豆生育期R5期豆LAI逐步减少生物量断增加R5期利LAI预测豆生物量
生产指导作豆生育期末期豆营养成分籽粒转移时减少田间郁闭情况提高豆籽粒质量品质
32 红外光谱660波段测量值豆生物量预测
绿色植光合作强烈吸收红光波段量考虑植红光波段高吸收绿色植物红光波段吸收量越生物量会越建立红光波段豆生物量回方程效预测豆生物量
豆品种间生育期致生育期相致品种间预测效果较生育期致品种进行预测话测量时间相条件品种间生育期致会导致预测效果次试验数测量次数样少N21没建立相关试验出方程仅供预测参考
参考文献
[1]崔世友喻德跃豆产量改良中生物量收获指数研究展[J] 豆科学200625（1） 6772
[2]孙贵荒刘晓丽董丽杰等高产豆干物质积累产量关系研究[J] 豆科学200221（3）199202
[3]张子仪陈学秀红外光谱分析技术[M] **中国农业出版社1992167
[4]孟兆芳张玺陈峥红外光谱分析技术豆粕豆质分析中应[J]**农业科学20028（4）：3033
[5]李书英韩建国红外光谱技术高尔夫草坪理中应[J] 光谱学光谱分析20087（28）15391543
[6]姚鑫淼张瑞英李霞辉等红外透射光谱法(NITS)分析豆品质研究[J]豆科学200625（4）417419
[7]乔红波蒋金炜程登发等烟蚜害特征高光谱较[J]昆虫知识200744（1）5759
[8]宋开山张 柏李 方等高光谱反射率豆叶面积生物量相关分析[J]农业工程学报200521（1）3640
[10]Lotsch A Tian Y Friedl M A et al Land covermapping in support of LAI and FPAR retrievals fromEOSMODIS and MISR classification methods andsensitivities to errors[J] Int J Remote Sensinng200324(10)
[11]Dawson T P North P R J Plummer S E et al Forestecosystem chlorophyll content implications for remotelysensed estimates of net primary productivity[J] Int JRemote Sensing 200324(3)611617
致谢
文黄中文老师悉心指导完成黄老师着渊博知识丰富验统计英语讲课电脑方面扎实基础严谨治学态度丝苟科研精神激励着工作学产生深远影响时受贾轩杨新涛司磊苗子瑞宋晨曦郝林芳学热心帮助力支持表示衷心感谢
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黄姜维
(生命科技学院 农学系045班)
摘
美国cropscan光谱仪器公司生产MSR系列5波段野外便携式高光谱仪实测豆冠层生育时期红外光谱数期获取豆叶面积指数(LAI)生物量分析豆冠层反射光谱豆LAI生物量相关关系分析结果表明反射光谱数豆LAI生物量相关系数高值分发生830 nm(r06956)660 nm处(r08294)反射光谱数进行统计分析建立Logistics函数形式生物量估测模型检验 Logistics函数模型具较高精度 红外线660 nm波段处生物量Logistics回估测模型确定指数R2值达0837极显著检验水说明红外660nm波段测量值豆生物量具定估算力
关键词：豆LAI红外光谱生物量回方程
目 录
引言 1
1材料方法 1
11田间设计 1
111试验点 1
112试验时间 1
12试验仪器 1
13光谱分析方法 2
14叶面积鲜生物量干重测试方法 2
2 结果分析 2
21豆生物量lp80cropscan测量参数间相关分析 2
22豆LAI豆生物量相关分析 3
23红外线660nm波段豆生物量相关分析 4
24红外线660nm波段豆生物量Logistic回方程 4
3 讨 4
31豆LAI豆生物量预测生产指导 5
32红外光谱660波段测量值豆生物量预测 6
参考文献 6
致谢 7
豆生物量红外光谱
估算模型研究
黄姜维
(生命科技学院 农学系045班)
引言
豆产量定环境条件植物系列生理程间复杂相互作结果生物量积累赖光合作提供满足植物生长需碳氮化豆生产重限制素作物相豆种子蛋白质含量较高重素籽粒灌浆前植株积累生物量叶面积指数(LAI) [1]豆生物量籽粒灌浆前叶面积指数(LAI)定程度决定终产量
目前测定豆生物量方法取样法出苗隔天取样1次测定关生理指标次取样品子叶节部分进行风干测重风干重计干物质重量[2]方法然够准确测量豆生物量豆进行取样观察取样生物量终产量连续型豆生物量进行测量利红外光谱技术解决问题红外光谱(Near Infrared Spectroscopy)技术利机物质红外光谱区振动吸收快速测定样品中种化学成分含量项新技术[3]利红外光谱技术采红外光谱仪豆冠层进行射出种参数然结合取样获生物量通参数生物量进行相关分析建立回模型快速预测生物量光谱辐射仪应广泛：例应红外光谱分析技术豆粕试材建立豆粕粗蛋白快速分析检测模型[4]红外光谱技术年草坪理中兴起种新分析方法快速便捷损伤时检测高尔夫草坪土壤系统中种素[5]豆品质性状快速测定方法国东北部四省区572份豆样品材料采红外透射(NITS)技术非破坏性测定豆粗蛋白质粗脂肪含量[6]应遥感技术面积监测烟草生产中病虫害发生确定防治适期适宜防治措施具重应前景[7] 物光谱时空变异较农作物产区开展该种作物高光谱农学参数监测重意义[8]
目前利红外光谱豆进行生物量预测研究较少麦棉花水稻进行研究较研究组**豆22作试验材料豆R3期开始隔7天进行次测量横跨豆重生育时期获生育时期生物量豆冠层反射光谱值通分析生物量豆冠层反射光谱值出回方程生产进行生物量预测提供填补国豆红外光谱模型建立空白
1 材料方法
11田间设计
111试验点
位113°77′E35°46′N****辉县市**科技学院良种试验田位年两熟华北**区势坦土壤机质含量中等高产块播种前进行精细整施复**做底肥
112试验时间
供试豆品种**豆222008年5月3日播种试验区面积（5m×40m）次试验区进行机取样三点点（1m×1m）作测试象豆整生育期进行7次观测次2008年8月8日8月18日8月25日8月29日9月3日9月6日9月16日
12 试验仪器
美国cropsacn光谱仪器公司生产MSR系列5波段野外便携式高光谱仪**力高泰科技限公司lp80型AccuRAR 植物冠层分析仪
13 光谱分析方法
cropscan：光谱测试采美国Cropscan光谱仪器公司生产MSR系列5波段野外便携式高光谱仪（450520nm520600nm630690nm760900nm15501750nm）中心波长：458nm560nm660nm830nm1650nm波长范围进行测量观测均选择晴朗风天气次测定时间**时间10：00~14：00时太**度角45°传感器探头垂直冠层相距2m观测范围直径1m样区里选定（1m×1m）范围豆测试10次冠层光谱值样区10次冠层光谱值均值作终结果样区做3次重复
14 叶面积鲜生物量干重测试方法
叶面积测量方法：冠层光谱测定lp80冠层分析仪应豆光谱采集处进行测量午16：00~17：00持水仪水切换PAR键开始测量部数值键测量部数值部数测量结束ENTER键记录数通部数值部数值值豆植株形态计算出豆LAI样区测定2次样区2次测量均值作终结果样区重复3次
叶面积测量样区豆贴根割身携带天称称量豆鲜重样区取回部分置105℃烘箱中杀青2030 min80℃恒温烘干恒重测部分干物质量
15统计分析方法
表1 Simple Statistics
Variable N Mean Std Dev Sum Minimum Maximum Label
FW_g 21 2741 9041123 57560 1150 4250 FW_g
DM_g 21 6772652 2638034 14223 24290 1080 DM_g
485nm 21 26619 02046 559000 22560 296500 485nm
560nm 21 47281 04565 992910 40390 592250 560nm
660nm 21 29391 03061 617230 243700 368800 660nm
830nm 21 555923 78241 1167 382420 6346900 830nm
1650nm 21 242545 32860 5093445 178275 2923100 1650nm
PAR_UP 21 7705060 33266283 16181 2962500 1235 PAR_UP
PAR_DN 21 991935 693426 2083 202750 25472250 PAR_DN
T 21 01146 00417 240750 00650 020750 T
LAI 21 32553 04046 6836250 25950 386500 LAI
SAS90相应程序豆干鲜重cropscan红外中心波长458nm560nm660nm830nm1650nm测量参数lp80型AccuRAR 植物冠层分析仪豆层PAR值部冠层部冠层PAR值T叶面积指数LAI间相关分析描述统计
SigmaPlot100画散点图回模拟根数结果表现做豆生物量相关参数豆生物量采Logistic回模型 中abX0常数项
注：FW_g豆鲜重单位（g）DM_g豆干重单位（g）RAR_UP部冠层测量值单位（μmolm2s)PAR_DN部冠层测量值单位（μmolm2s)
2 结果分析
21 豆生物量lp80cropscan测量参数间相关分析
Pearson Correlation Coefficients N 21Prob > |r| under H0 Rho0
FW_g DM_g 485nm 560nm 660nm 830nm 1650nm PAR_UP PAR_D T
DM_gDM_g 0971<0001
485nm485nm 071200003 070300004
560nm560nm 009506817 027102355 016704675
660nm660nm 072500002 0829<0001 0776<0001 066400010
830nm830nm 060600036 074600001 026102538 064400016 0766<0001
1650nm1650nm 069100005 0798<0001 038100879 050400196 0776<0001 09519<0001
PAR_UPPAR_UP 036601027 023603031 013505588 068300007 016904648 015205098 002709080
PAR_DNPAR_DN 008607111 025102711 015405052 0864<0001 057800061 058100057 043900464 0832<0001
TT 048000275 061200032 040400689 0757<0001 0759<0001 072600002 063900018 046900321 0854<0001
LAILAI 052700140 0611000033 020503732 055700087 056300079 069600005 057700062 010706452 050100208 0792<0001
表2示观测参数中发现豆生物量密切相关参数红外线波长485nm660nm830nm1650nm豆LAIT中豆生物量485nm660nm相关系数较分成显著正相关相关系数达070328082941830nm1650nm达显著负相关相关系数达074622079853LAI成显著负相关相关系数061096T成显著正相关相关系数061200绿色植光合作强烈吸收红光波段量 蓝光吸收红光豆生物量485nm660nm处数值成正相关豆生物量830nm1650nm处数值成负相关豆生育期末期籽粒成生长中心产量形成集中籽粒时LAI成减少态势豆生物量LAI成负相关
22 豆LAI豆生物量相关分析
理讲作物鲜生物量遥感监测通作物叶面积间接实现[9]作物鲜生物量中占重作物秸杆仔粒质量部分质量作物光谱反射率贡献值(原叶片覆盖作物秸杆表面积较)直接通遥感监测LAI反演作物鲜生物量行性8月8日8月25日豆处始荚期生长中心营养器官时豆LAI豆生物量增长步进行豆始荚期着豆LAI增长豆生物量增长8月25日豆LAI达峰值37豆营养生长生殖生长转折点8月25日生殖生长高峰期直持续9月6日豆鼓粒期时豆LAI8月25日峰值成降状态直成熟
23 红外线660nm波段豆生物量相关分析
NOAA卫星AVHRREOSAMMODIDSLANDSAT TM遥感数源进行植LAI估算规化植指数NDVI值植指数RVI常估算植(包含农作物)LAI效遥感模型[1011]模拟豆生物量模型采参数中生物量相关关系密切参数做相关回方程表２中发现660nm豆生物量相关系数达0829采红外线波长660nm参数豆生物量间做分析发现豆生物量间存较Logistic回关系
24 红外线660nm波段测量值豆生物量Logistic回方程
豆生物量间存较Logistic回结果豆Logistic回方程确定性系数R2高达08378红外线660nm波段测量值豆生物量Logistic三参数回曲线图2
Logistic三参数回方程： 确定指数：R20837
3 讨
31 豆LAI豆生物量预测生产指导
作物鲜生物量中占重作物秸杆仔粒质量部分质量作物光谱反射率贡献值(原叶片覆盖作物秸杆表面积较)直接通监测LAI反演作物鲜生物量行性豆生育期R1R2R3期豆生物量集中叶片部茎秆部位接受红外线射R1R2R3生育时期进行LAI生物量预测豆生育期R5期豆LAI逐步减少生物量断增加R5期利LAI预测豆生物量
生产指导作豆生育期末期豆营养成分籽粒转移时减少田间郁闭情况提高豆籽粒质量品质
32 红外光谱660波段测量值豆生物量预测
绿色植光合作强烈吸收红光波段量考虑植红光波段高吸收绿色植物红光波段吸收量越生物量会越建立红光波段豆生物量回方程效预测豆生物量
豆品种间生育期致生育期相致品种间预测效果较生育期致品种进行预测话测量时间相条件品种间生育期致会导致预测效果次试验数测量次数样少N21没建立相关试验出方程仅供预测参考
参考文献
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致谢
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