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关键词：
冬小麦,偏最小二乘法,可见近红外谱区,冠层反射光谱,氮素垂直分布
发表时间：
2012-01-11 10:36:38
运用PLS算法由小麦冠层反射光谱反演氮素垂直分布
杨晋鹏 | -> | 1197| 1| 0.247448MB |冬小麦,偏最小二乘法,可见近红外谱区,冠层反射光谱,氮素垂直分布
摘 要 文章提出了利用遥感光谱数据反演小麦冠层氮素垂直分布的化学计量学方法, 运用偏最小二乘算法( PLS) , 穷尽测定的小麦田间冠层可见光和近红外光谱不同波长处的冠层光谱反射率及其组合与小麦不同层次的叶绿素、叶片全氮含量之间的关系。通过2001~ 2002 年的建模和2003~ 2004 年的验证试验, 求得了用PLS 算法对叶片全氮上层、中层、下层垂直分布估算结果的相关性。表明PLS 算法能够用于反演作物冠层生物化学参数的垂直分布。运用PLS 的小麦氮素垂直分布的估算方法, 较以往单一冠层估算方法精度明显提高, 对于生产上迫切需求对作物中、下层叶片氮素状况的监测来指导适时和适量施肥具有指导意义。
作物大量施用化肥对农田生态环境的影响越来越受到人们的重视, 作物养分状况的动态监测对于正确评价作物生长环境与受胁状况、诊断作物营养状况具有重要意义, 因而作物养分田间快速诊断技术以及施肥技术体系的建立成为农业领域研究的热点。禾谷类作物叶片具有一定的叶位空间垂直结构( 倒一叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶、倒五叶等) , 传统的检测作物营养状况的方法步骤多为田间取样、室内分析, 所选样点易受主观因素影响, 且不能实现大面积的连续监测,因而难以实现精确的管理。近年来随着定量遥感技术的进步, 使无破坏、大面积、快速获取农田养分信息成为可能。国内外学者开展了高光谱分析技术监测植株营养水平的研究, 如通过统计学方法提取植株含氮量与光谱反射率或其衍生量的关系、以及估算模型的建立等, 用于指导调优栽培[15] 。
由于氮素具有易运转的特性[6, 7] , 当氮素缺乏时, 冠层顶叶片总是利用从下部基和叶中转移来的氮素[ 8, 9] , 但以往研究大都针对上层叶位叶片建立相关遥感反演模型, 忽略了对中、下层叶片的监测。氮素垂直梯度在很多作物上普遍存在[1014] , 在缺肥初期即轻度氮素胁迫时, 下层叶片因缺氮而引起早衰。在持续缺肥即中度胁迫时, 中、下层叶片均明显衰老, 田间条件下肉眼可见中、下层叶片由深绿变浅绿或变黄, 但此时上层叶片变化程度较轻, 不易察觉。探讨生化组分尤其是氮素随冠层高度的垂直分布及其反演方法的意义,在于能够及早发现中下层的缺氮症状, 可以及早实施追肥管理。王纪华等[ 15] 和Wang 等[16] 建立了基于垂直冠层、光谱匹配的遥感反演中下层叶素和氮素的方法。
偏最小二乘( PLS) 回归分析方法是一种新型的多元统计数据分析方法。它集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能为 一体 , 可以有效地克服一般最小二乘回归分析方法无法解决的难题。研究表明: 对谷物、烟草等的近红外光谱分析中, PLS 方法的预测结果都优于一般的线性模型, 且对连续光谱分析有明显的优势[ 17, 18] 。
本文探讨了运用偏最小二乘算法由冠层光谱反演小麦氮素垂直分布的方法。
由于氮素具有易运转的特性[6, 7] , 当氮素缺乏时, 冠层顶叶片总是利用从下部基和叶中转移来的氮素[ 8, 9] , 但以往研究大都针对上层叶位叶片建立相关遥感反演模型, 忽略了对中、下层叶片的监测。氮素垂直梯度在很多作物上普遍存在[1014] , 在缺肥初期即轻度氮素胁迫时, 下层叶片因缺氮而引起早衰。在持续缺肥即中度胁迫时, 中、下层叶片均明显衰老, 田间条件下肉眼可见中、下层叶片由深绿变浅绿或变黄, 但此时上层叶片变化程度较轻, 不易察觉。探讨生化组分尤其是氮素随冠层高度的垂直分布及其反演方法的意义,在于能够及早发现中下层的缺氮症状, 可以及早实施追肥管理。王纪华等[ 15] 和Wang 等[16] 建立了基于垂直冠层、光谱匹配的遥感反演中下层叶素和氮素的方法。
偏最小二乘( PLS) 回归分析方法是一种新型的多元统计数据分析方法。它集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能为 一体 , 可以有效地克服一般最小二乘回归分析方法无法解决的难题。研究表明: 对谷物、烟草等的近红外光谱分析中, PLS 方法的预测结果都优于一般的线性模型, 且对连续光谱分析有明显的优势[ 17, 18] 。
本文探讨了运用偏最小二乘算法由冠层光谱反演小麦氮素垂直分布的方法。
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