镉胁迫下菊苣叶片原位高光谱响应特征与定量监测研究

摘要：

探究镉胁迫下菊苣叶片高光谱响应特征,以实现基于叶片原位高光谱技术的作物镉胁迫快捷、精准监测.采用室内水培实验,供试品种为“欧洲菊苣”、“美洲菊苣”和“黔育一号”,设置0、5、10、25、50、100、200μmol/L共7个镉胁迫梯度,于菊苣苗期测试叶片镉质量比及其原位高光谱反射率.分别利用逐步回归(SWR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLS)的统计分析方法对叶片原始光谱(R)及一阶微分光谱(FDR)进行镉质量比预测,确定最佳光谱监测方式和有效波段,提高镉胁迫估测的时效性.此外,为进一步检验上述模型的稳定性,再次布置9个独立菊苣品种镉胁迫光谱验证实验(镉浓度为50 μmol/L).结果 表明,镉胁迫显著影响菊苣叶片镉质量比及高光谱反射率变化特征;随镉梯度增加,3个品种菊苣镉含量均显著提升,叶片高光谱反射率在可见光-近红外区(400～1 300 nm)逐步降低,中红外区(1 300～2 400 nm)则未表现出一致性变化规律.全波段光谱分析模型间,以基于FDR光谱的PLS监测模型(FDR-PLS)表现最优,其独立验证集决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.92、181.3 mg/kg和2.96.根据FDR-PLS模型中各波段无量纲评价指标:变量重要性投影值(VIP),确定菊苣叶片镉质量比有效波长分别为659、725、907、1 026、1 112、1 255、1 630 nm,实现了光谱降维和便捷分析的目的.此后,再次构建基于上述有效波段的菊苣叶片镉质量比FDR-PLS监测模型,其独立验证集R2、RMSE和RPD分别为0.834、222.4 mg/kg和2.41,9个供试品种验证集R2、RMSE和RPD分别为0.817、13.0 mg/kg和1.77,预测效果较为理想,能够满足无损和精准监测需求.

关键词：菊苣、镉胁迫、叶片原位高光谱、有效波段、监测模型

所属期刊栏目：51

分类号：S548;S24(饲料作物、牧草)

资助基金：河南农业大学青年英才专项基金项目;河南省高校国家级大学生创新创业训练计划项目;山东农业大学作物生物学国家重点实验室开放基金项目

在线出版日期：2020-05-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：146-155