大豆不同水氮胁迫响应规律的高光谱分析

摘要：

大豆胁迫的快速无损检测对提高大豆品质和产量至关重要,近年来,通过高光谱技术进行植物胁迫的检测得到广泛应用,但针对大豆水氮胁迫的应用研究鲜有报道.针对开花结荚期大豆设置了4种水分和5种氮素水平进行胁迫实验,获取高光谱、叶绿素含量和净光合速率生理信息数据,并通过光谱数据计算了15个光谱植被指数,最终选取了5种植被指数,分别为归一化差异植被指数NDVI、比值植被指数RVI、绿色归一化差异植被指数GNDVI、改进红边归一化指数mNDVI705和叶绿素指数LCI以指示水氮胁迫对大豆的影响.同时通过建立单叶叶绿素含量和净光合速率反演模型进行大豆生理信息的预测,采用相关分析法提取敏感波段,所提取的敏感波段分别为520～622和485～664 nm;采用多元散射校正(M SC)、标准正态变量变换(SNV)、一阶导数(FD)、二阶导数(SD)和Savitzky-Golay平滑(S-G)预处理方法,同时采用主成分分析(PCR)和偏最小二乘(PLS)2种建模方法,将其按一定关系组合成多种方法,以相关系数为模型评价指标,寻找出最优预处理与建模方法的组合.结果表明:未受胁迫和受胁迫大豆的高光谱曲线具有整体变化趋势一致但光谱反射率值不同的特征,未受胁迫大豆的反射率在500～700 nm波段具有最低值,在760～900 nm波段具有最高值;随着水氮胁迫程度的增加,500～700 nm波段的反射率逐渐增加.不同水分和氮素水平对植被指数的影响不同,但变化规律一致,5种植被指数均表现为未受胁迫大豆大于受胁迫大豆,且随着水氮胁迫程度的增加,植被指数值逐渐减小.建立反演模型所用最优方法组合为MSC+FD+S-G+PLS和SNV+SD+S-G+PLS,校正集相关系数分别为0.9606和0.9927,预测集相关系数分别为0.9720和0.9708,表明所建模型的精度较高,可对受胁迫和未受胁迫大豆单叶叶绿素含量和净光合速率生理信息进行精准预测,为大面积种植时检测其生理信息提供技术支持.

关键词：大豆、水氮胁迫、高光谱、光谱植被指数、反演模型

所属期刊栏目：40

分类号：S565.1(经济作物)

资助基金：吉林省科技发展计划项目;国家自然科学基金青年科学基金项目

在线出版日期：2020-05-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：1575-1580