作物冠层光谱特征反映作物的色素、组织结构和冠层结构的综合信息，是遥感方法探测冠层信息的重要依据。通过遥感技术对冠层光谱进行获取和分析，具有简单、快速、精度高和无损测定等优越性，成为获取农田生物环境信息的重要手段，在作物长势监测、营养诊断、精准施肥管理、产量估测、以及病害监测等方面都有探索性研究、初步应用和总结[1]。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域，分析了存在的问题并展望了未来发展方向。
1作物冠层光谱数据的获取
收稿日期：2011-10-15
基金项目：国家玉米产业技术体系(CARS-02-17)；“十二五”粮丰工程项目(2011BAD16B10)；国家自然科学基金项
目(31071370)
作者简介：杨粉团(1979-)，女，博士，主要从事作物遥感研究。
通讯作者：姜晓莉,女,副研究员,E-mail:jxl1990@https://www.doczj.com/doc/6e2835504.html, 1.1获取手段
目前国内获取近地冠层高光谱多用美国ASD 公司生产的Filedspec FR2500型便携式高光谱仪和Fieldspec HH光谱辐射仪，成像高光谱仪多用中科院上海技术物理研究所研制的实用型模块化成像光谱仪OMIS(Operative Moudular Imag-ing Spedtrometer)。冠层多光谱测定多用美国Cropscan公司生产的MSR-16型便携式多光谱辐射仪。此外还有提供红外和近红外特定波长反射率的GreenSeeker505植物冠层光谱测定仪。
光谱采集时根据仪器的要求一般探头距植株冠层顶部上方40～100cm处垂直测定，通常采用15°～31°视场角，时间最好选择晴朗无云或少云的天气10∶00～14∶00进行，根据试验安排，每小区最好多测几个重复。
1.2分析方法
数据采用相关分析软件进行处理，分析方法
文章编号：1003-8701(2011)06-0009-04
作物冠层光谱的获取和应用研究进展
杨粉团，李刚，姜晓莉*，曹庆军
(吉林省农业科学院/农业部东北作物生理生态与耕作重点实验室，长春130033)
摘要：作物冠层光谱受作物的色素、组织结构和冠层结构影响。通过获取冠层光谱，适当数学运算后和农学参数建立相关监测模型，可以监测作物的长势、营养状况、病害危害情况、产量及品质。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域，并展望了未来发展方向。
关键词：作物；冠层；光谱
中图分类号：S127文献标识码：A
Progress of Researches on Acquisition and Application of Crop Canopy
Spectrum
YANG Fen-tuan,LI Gang,JIANG Xiao-li*,CAO Qing-jun
(Academy of Agricultural Sciences of Jilin Province/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology＆Tillage of Northeast China,Ministry of Agriculture,Changchun130033,China) Abstract:Crop canopy spectrum is influenced by crop pigments,vegetation and canopy structure.By acquisition of crop canopy spectrum and building model with agronomy parameter,we can monitor the crop growth,plant deficiency,plant diseases,crop yield and seed quality.Studies on crop canopy spectrum of ten years were summarized in the paper,which included collecting method,analysis measures,application field and directions of development in the future.
Keywords:Crop;Canopy;Spectrum
吉林农业科学2011,36（6）：9-12Journal of Jilin Agricultural Sciences
有直接利用光谱反射率，或光谱值的导数、微分及连续统去除法运算，也可进行原始光谱反射率多波段组合成相关植被指数，再明确获取的光谱参数和目标农学变量的相关关系，并进行显著性测验；或进行线性回归、多元回归或逐步回归，建立反演预测模型，进行精度评价。
2冠层光谱的应用
2.1作物叶绿素相关指标监测
叶绿素是农作物生长中重要的因素，也是冠层光谱特征能反映的主要农学参数，通常考查叶绿素含量和叶绿素密度两个指标。叶绿素含量既表明作物生长的状况，又表征了作物的生产能力，一直是农学家首选的测定指标，也是冠层光谱较易提取的指标。前人在水稻、小麦、玉米、大豆和烤烟等作物上都做了作物叶绿素监测相关的研究。王秀珍[2]等发现712.24nm波长反射率一阶微分光谱与水稻叶片叶绿素含量相关系数高；张俊华[3]等选择NDVI(560,760)反演冬小麦叶片叶绿素含量；孙红[4]等用DVI(R714-R667)来监测玉米叶片叶绿素含量；乔欣[5]等利用红边振幅建立了模拟大豆叶片叶绿素含量的函数；王建伟[6]等筛选出RVI(730,550)可以监测烟草叶片叶绿素含量，均取得了较好的模型和模拟精度。
叶绿素密度(单位面积农作物的叶绿素含量)是估计农作物群体生产力的重要指标。吴长山[7]等筛选出762nm的近红外光，通过导数和线性回归模拟水稻和玉米的叶绿素密度取得较好效果。杨峰[8]等筛选出二次修正土壤调节植被指数(MSAVI2)和800nm处的光谱反射率与水稻和小麦的叶绿素密度建立了线性回归模型。谭海珍[9]等通过自主研发的MSI200型成像光谱仪通过冠层反射光谱的导数和植被指数计算来监测小麦的叶绿素密度。陈燕[10]等用729nm的近红外通过微分运算模拟了棉花叶绿素密度。
2.2作物叶面积指数(LAI)监测
叶面积指数(LAI)是衡量作物生长状况的重要生物物理参数，其大小与作物的光能利用、生长状况、产量和品质形成密切相关。通过冠层光谱测定和分析提取作物LAI以便快速便捷的监测作物的长势是可行的。王秀珍[2]等发现在743.37nm波长处，水稻发射率一阶微分光谱与LAI存在着最大的相关系数。杨峰[8]等筛选出二次修正土壤调节植被指数(MSAVI2)和800nm处的光谱反射率与水稻和小麦LAI建立了线性回归模型。张俊华[11]等研究发现用GRVI反演从拔节到孕穗期的夏玉米LAI效果最佳。柏军华[12]等选出VI(600,800)和VI(550,800)估算棉花LAI水平最高。赵鹏举[13]等发现758nm的反射光谱和734nm的一阶微分光谱均和棉花LAI呈极显著的线性相关，估算精度接近。刘国顺[14]等筛选了多种光谱参数后发现，比值植被指数RVI可较好的模拟烟草LAI。
2.3作物氮素积累量相关指标监测
氮素是影响作物生长及产量品质形成最为显著的营养元素，因此，快速、无损、准确地获取作物氮素状况和长势动态，可以为实时生长诊断、追肥调控、作物子粒蛋白质形成及生产力预测提供理论依据。朱艳[15]等发现RVI(870,660)和RVI(810,660)是水稻和小麦叶片的氮积累量相关性均较好的共性光谱参数。李立平[16]等发现NDVI和Red/NIR 可以预测小麦地上部氮素积累量。鲍艳松[17]等以航空影像和地面冠层光谱数据结合同步监测小麦冠层氮素，利用倒高斯模型并结合Lukina变量施肥模型，可以将变量施肥技术更大范围的推广和应用。张俊华[18]等在夏玉米开花期选择NDVI(560,810)拟合作物含氮量，为夏玉米氮肥当季管理提供了有力的依据。此外，潘文超[19]等通过棉花冠层高光谱参数直接监测土壤氮素含量，分别选用P_Area1100、Depth980、Area672和PPR(550,540)建立的土壤氮含量监测模型可预测棉花蕾期、花期、铃期、吐絮期的土壤氮含量，可达到较高的精度。
2.4作物干生物量监测
作为作物长势和产量监测的指标，干生物量一直是被研究者广泛关注的指标。刘国顺[14]等、朱艳[20]等和杨庆峰[21]等分别用RVI监测了烟草、棉花和小麦的地上部生物量，均建立了线性预测模型，实测值和估测值均达到显著水平。张俊华[11]等在夏玉米的研究中发现用GRVI反演从拔节到孕穗期的夏玉米地上部生物量效果最佳。
但是，孙金英[22]等在研究油菜地上部干生物量时，将油菜的叶、茎和角果分别和RVI进行相关，结果显示和RVI相关性不显著，可以得知RVI只可以监测作物地上干生物量，将各器官分开之后，超出了遥感监测能力范围。
2.5作物病害监测
对于作物病害监测，目前学者们的研究大部分还处于基础性工作，仅从受病害的作物单叶光谱反射特征入手进行研究，建立了单叶光谱特征和相关病害的相关模型，为用冠层光谱特征进行病害定性及定量诊断奠定了基础。
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吉林农业科学
吴曙雯[23]等通过对感染不同等级稻叶瘟的水稻冠层反射光谱进行测试，并对光谱反射曲线进行微分分析，结果表明：绿光区、红光区和近红外区的水稻冠层光谱反射率随病情程度的加重分别呈现下降、上升和下降的趋势；绿光吸收边缘的特征波长值发生红移，红光吸收边缘和近红外吸收边缘的特征波长值发生蓝移。受害轻时近红外区反射率变化幅度大，受害重时绿光区和红光区反射率变化幅度大。研究小麦条锈病冠层光谱时，张永江[24]等利用Fraunhofei线原理提取的日光诱导荧光信息和病情指数呈极显著线性。蒋金豹[25]等发现绿边内一阶微分总和(SDg)与红边内一阶微分总和(SDr)的归一化值为变量的线性模型是估测色素含量的最佳模型，可为小麦条锈病辅助诊断提供信息。罗菊花[26]等研究结果表明NDVI值大于4.324×PRI+0.976的区域为条锈病胁迫发生区域，因此可定量化区别小麦条锈病胁迫与常规水和水肥胁迫。刘良云[27]等利用多时相遥感数据，结合准同步试验地块冠层光谱数据及配套农学数据，定量计算了条锈病和白粉病的产量损失。
3问题与展望
综上所述，近十年来国内学者通过冠层光谱的获取和应用，在作物长势、营养状况和病害监测方面做了大量的探索并取得了一定的进展和成果，但在目前仍未大面积应用于生产实践。分析其原因主要存在以下问题，仍需更深入的研究。
3.1获取过程的问题
现有的作物冠层光谱测定时，采用传感器探头垂直于作物冠层的方法，获得的是冠层和背景的混合光谱，虽然通过适当运算可以消除部分背景干扰，但群体植株几何形态[28]、太阳高度角变化等均降低了遥感定量获取的准确性。所以探索新的作物冠层光谱遥感监测方法将是进一步提高冠层光谱实用性的途径。
3.2现有模型的实用性问题
从上述研究结果可知，直接用单一波段冠层反射率或其数学运算结果监测作物相关农学指标存在较大的不确定性。而通过多波段信息综合进行数学计算构建的多种光谱特征参量可以部分提高遥感监测的准确性，通常选用的一些参数有NDVI、DVI、RVI、VI和GRVI，但是参数较多实用性有待进一步验证。
此外由于作物品种特性，作物栽培管理模式和土壤背景差异很大，影响作物冠层光谱的因素繁多，冠层光谱信息复杂，研究者建立的模型多为经验性统计模型，外推的适用性需要提高。
3.3展望
作物冠层光谱分析是遥感技术在农业上实际应用的一部分，是精准农业不可或缺的内容，可为精准农业提供土壤肥力、作物生长状况的空间差异和受不良生物非生物逆境胁迫的严重程度等信息，以平衡地力，实施定位、定量的精准田间管理，使合理利用肥水资源、减少环境污染和大幅度提高农产品产量品质的可持续发展农业成为可能。通过光谱分析方法的改进和光谱监测模型的完善，随着农业智能系统、农业定量遥感和数字农业测控技术的发展，光谱传感器将集成到农业机械上，获取作物冠层光谱的同时进行快速运算，完成精准肥料管理、精准水分管理和病害监测等一系列程序化工作；作物冠层光谱分析将来结合航空航天高光谱成像遥感技术，进行多平台、大尺度的遥感监测也将是未来遥感技术最终在农业上的应用方向。
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杨粉团等：作物冠层光谱的获取和应用研究进展
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吉林农业科学
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植物冠层温度测量仪的功能特点及测量原理 作物冠层温度测量仪顾名思义，很多人可能就会认为只是一种测量作物冠层温度大小的设备，这的确是它的作用，但除此之外，它还可以用于测量作物亩穗数，这些功能对于筛选和培育适宜冠层品种有重大意义。 作物冠层图像分析仪可用于各种高度植物冠层的研究，利用鱼眼镜头和CCD 图像传感器获取植物冠层图像，通过专用分析软件，获得植物冠层的相关指标和参数。利用鱼眼镜头成像测量植物冠层数据，只操作一次即可，简化了传统测量方法要一天定点多次测量的繁复工作，而且利用图像法测量冠层可以主动避开不符合计算该冠层结构参数的冠层空隙部分，也可以躲开不符合测量计算的障碍物。操作简单方便，是一种很好的作物育种工具。 作物冠层温度测量仪是主要用于测量作物在胁迫状态下的温度的，是确定农作物的冠层温度热点的设备。我们都知道，植物水分状况直接反映植物生长，测量植物水分含量能够实现农业的精准灌溉，这是当今节水灌溉的必经之路。而叶气温差和冠层温度可以很好地反映植物水分盈亏状况，此外，环境温度对植物开花等重要生长过程的影响也有研究，为进一步揭示植物本身与环境温度的关系，就必须要对植物体的“体温”进行测量。 TOP-500植物冠层温度测量仪是托普云农在吸收国内外先进技术的基础上，自主研发的一种现代化植物生理研究设备，它是通过菜单操作的线性光合有效辐射测量仪，用于拦截植物冠层中光线的测量，并计算叶面积指数。它包括数据采集器和探杆。探杆上包括80个独立的传感器，间隔-2-11cm ，测量400-700nm 波段内的光合有效辐射强度，其单位是μmol ms。该仪器可手动操作，也可自动测量。 总而言之，使用植物冠层温度测量仪可以活体采集叶片温度实现叶温和温差的实时精准测量，该仪器具有结构合理，操作简单，数据存储量大等特点，是植物生理研究中的一项先进技术。 可以为农田作物选育优良品种和大田栽培等生产时间带来有利的指导作用，为农业生产带来各种便利，推动农业现代化步伐，保证农业丰产高质。
作物冠层分析仪使用说明书 在植物生理研究中，作物冠层分析仪可以说是一款非常重要的设备，因为作物的冠层是作物生理研究中的一个重要参数信息，实验人员常用它来反映植物叶面数量、植物群落生命活力及其环境效应，为植物冠层表面物质和能量交换的描述提供结构化的定量信息。除此之外，作物冠层它还是衡量作物生长状况的重要指标，所以说研究作物的冠层相关参数对于作物的管理调控和估产都具有重要意义。而托普云农推出的TOP-1200作物冠层分析仪选用敏感波段的光源照射作物冠层，感光部件同步获取冠层反射光谱信息，耦合作物生长监测诊断模型，获取作物生长信息，并诊断作物氮素匮缺情况。 那么，作物冠层分析仪具体该怎么使用呢？以下就是TOP-1200作物冠层分析仪的使用说明。 一、作物冠层分析仪安装步骤： 1、首先将指针紧紧地插入地下，接着将立杆1和立杆2旋转锁紧，并连接立杆和插针； 2、连接之后将调节块放入立杆，并调节到合适的高度，拧紧螺丝锁紧； 3、然后将传感器放入调节块，拧紧螺丝锁紧，即安装完成。 4、连接主机和传感器，长按开机键开机，即可进行采集数据。 二、作物冠层分析仪使用步骤： 1、自动采集：按菜单键进入采集设置的自动采集，然后调节传感器的高度就可以进行采集数据。 2、手动采集：手持传感器，进行手动采集。 3、传感器保持水平状态，传感器探头垂直向下。 三、作物冠层分析仪注意事项： 1、传感器通电预热2分钟以上，防止测量的时候有误差不稳定。 2、传感器保持水平状态，传感器探头垂直向下。 以上便是TOP-1200作物冠层分析仪的使用说明，该作物冠层分析仪能够有效地分析植被指数RVI、NDVI、作物叶层含氮量、氮积累量、叶面积指数、叶干重等，就比如叶面积指数、光照间隙及间隙分布状况。通过分析辐射数据的相关信息，能够测算出冠层截获的PAR以及冠层下方的辐射水平。比起传统测量法，
光谱分析系统定标操作指南 1.打开WY直流电源和光谱仪电源，预热15分钟，启动 PMS-50/80PLUS软件。 2.在PMS-50/80软件主界面“测试”菜单“系统设置”中的“通讯 选项”对话框里设置相应通讯端口，选择任意一种“测试模式”。 3.把负载线连接在积分球上的“1”“2”接线柱和WY电源输出端之 间（WY305电压电流调至最小位置即逆时针方向调节电压和电流旋钮发出响声） 4.安装标准灯，调节灯杆位置使灯泡处于挡光班的中心高度，以确 保标准灯发出的光线不直射光度探测器和光纤。 5.关闭积分球，在“测试”菜单中或工具栏中选择“光通量定标”， 点击“关灯校零”进行光度校零。 6.校零成功后，手动调节WY电源（也可以在软件中的WY系列功 能中输入标准灯的标定电流和参考电压（输入的电压数值比标识的参考电压高1-2伏以把线路上的压降考虑进去），使其输出电流至标准灯标定电流值并处于稳流状态，等待5分钟以上待发光稳定，进行光通量定标，并“存盘推出”。 7.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”，进行色温定标， 完毕后“存盘退出”。 8.在PMS-50/80软件主页界面“测试”菜单“系统设置”中的“通 讯选项”对话框里选择另一种“测试模式”。 9.在“测试”菜单中或工具栏中点击“光谱定标”进行色温定标，
完毕后“存盘退出”。 10.把标准灯当做被测光源，在“测试”菜单中或工具栏中点击”电光 源测试“开始测试，测试结束验证测试色温和光通量是否正确：（要求色温偏差在±15K以内，光通量偏差在±1%以内）符合进行11步，如不符合关灯后重新5-10步的操作。 11.把WY电源的输出调至最小，以熄灭标准灯，等标准灯冷却后， 取下放入灯盒。 12.关闭WY电源，取下负载线接至机柜后的负载接线柱，至此完成 定标，即可以正常的测试操作了。 注：早期的PMS-50（即测试时间为2-3分钟的机型不需要8、9两步的操作）！
作物冠层光谱特征反映作物的色素、组织结构和冠层结构的综合信息，是遥感方法探测冠层信息的重要依据。通过遥感技术对冠层光谱进行获取和分析，具有简单、快速、精度高和无损测定等优越性，成为获取农田生物环境信息的重要手段，在作物长势监测、营养诊断、精准施肥管理、产量估测、以及病害监测等方面都有探索性研究、初步应用和总结[1]。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域，分析了存在的问题并展望了未来发展方向。 1作物冠层光谱数据的获取 收稿日期：2011-10-15 基金项目：国家玉米产业技术体系(CARS-02-17)；“十二五”粮丰工程项目(2011BAD16B10)；国家自然科学基金项 目(31071370) 作者简介：杨粉团(1979-)，女，博士，主要从事作物遥感研究。 通讯作者：姜晓莉,女,副研究员,E-mail:jxl1990@https://www.doczj.com/doc/6e2835504.html, 1.1获取手段 目前国内获取近地冠层高光谱多用美国ASD 公司生产的Filedspec FR2500型便携式高光谱仪和Fieldspec HH光谱辐射仪，成像高光谱仪多用中科院上海技术物理研究所研制的实用型模块化成像光谱仪OMIS(Operative Moudular Imag-ing Spedtrometer)。冠层多光谱测定多用美国Cropscan公司生产的MSR-16型便携式多光谱辐射仪。此外还有提供红外和近红外特定波长反射率的GreenSeeker505植物冠层光谱测定仪。 光谱采集时根据仪器的要求一般探头距植株冠层顶部上方40～100cm处垂直测定，通常采用15°～31°视场角，时间最好选择晴朗无云或少云的天气10∶00～14∶00进行，根据试验安排，每小区最好多测几个重复。 1.2分析方法 数据采用相关分析软件进行处理，分析方法 文章编号：1003-8701(2011)06-0009-04 作物冠层光谱的获取和应用研究进展 杨粉团，李刚，姜晓莉*，曹庆军 (吉林省农业科学院/农业部东北作物生理生态与耕作重点实验室，长春130033) 摘要：作物冠层光谱受作物的色素、组织结构和冠层结构影响。通过获取冠层光谱，适当数学运算后和农学参数建立相关监测模型，可以监测作物的长势、营养状况、病害危害情况、产量及品质。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域，并展望了未来发展方向。 关键词：作物；冠层；光谱 中图分类号：S127文献标识码：A Progress of Researches on Acquisition and Application of Crop Canopy Spectrum YANG Fen-tuan,LI Gang,JIANG Xiao-li*,CAO Qing-jun (Academy of Agricultural Sciences of Jilin Province/Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology＆Tillage of Northeast China,Ministry of Agriculture,Changchun130033,China) Abstract:Crop canopy spectrum is influenced by crop pigments,vegetation and canopy structure.By acquisition of crop canopy spectrum and building model with agronomy parameter,we can monitor the crop growth,plant deficiency,plant diseases,crop yield and seed quality.Studies on crop canopy spectrum of ten years were summarized in the paper,which included collecting method,analysis measures,application field and directions of development in the future. Keywords:Crop;Canopy;Spectrum 吉林农业科学2011,36（6）：9-12Journal of Jilin Agricultural Sciences
基于冠层温湿度模型的日光温室黄瓜霜霉病预警方法? 王一慧１，２ 一李梅兰１ 一许建平３ 一陈梅香２ 一李文勇２ 一李一明 ２?? （１山西农业大学园艺学院，山西太谷０３０８００；２国家农业信息化工程技术研究中心／农业部农业信息技术重点开放实验室／北京市农业物联网工程技术研究中心，北京１０００９７；３北京市丰台区植保植检站；北京１０００７０） 摘一要一利用温室环境参数构建室内微环境模拟模型，并结合温室病害模型进行预警，便于开展病害生态防治，以减少农药使用，从而保护温室生态环境和保证农产品质量安全．本文利用温室内能量守恒原理和水分平衡原理，构建了日光温室冠层叶片温度和空气相对湿度模拟模型．叶片温度模拟模型考虑了温室内植物与墙体二土壤二覆盖物之间的辐射热交换，以及室内净辐射二叶片蒸腾作用引起的能量变化；相对湿度模拟模型综合了温室内叶片蒸腾二土壤蒸发二覆盖物与叶面的水汽凝结引起的水分变化．将温湿度估计模型输出值作为参数，输入黄瓜霜霉病初侵染和潜育期预警模型中，估计黄瓜霜霉病发病日期，并与田间观测的实际发病日期比较．试验选取２０１４年９月和１０月的温湿度监测数据进行模型验证，冠层叶片温度实际值与模拟值的均方根偏差（ＲＭＳＤ）分别为０．０１６和０．０２４?，空气相对湿度实际值与模拟值的ＲＭＳＤ分别为０．１５％和０．１３％．结合温湿度估计模型结果表明，黄瓜病害预警系统预测黄瓜霜霉病发病日期与田间调查发病日期相吻合．本研究可为黄瓜日光温室病害预警模型及系统构建提供微环境数据支持． 关键词一日光温室；黄瓜；叶片温度；相对湿度；估计模型 ?国家自然科学基金项目（３１４０１６８３）二中国气象局气候变化专项（ＣＣＳＦ２０１５２１）二天津市农业物联网区试工程项目（设施蔬菜智能识别与监测预警系统建设）和欧盟ＦＰ７项目（ＰＩＲＳＥＳ?ＧＡ?２０１３?６１２６５９）资助．??通讯作者．Ｅ?ｍａｉｌ：ｌｉｍ＠ｎｅｒｃｉｔａ．ｏｒｇ．ｃｎ２０１４?１２?１９收稿，２０１５?０６?０９接受． 文章编号一１００１－９３３２（２０１５）１０－３０２７－０８一中图分类号一Ｓ１６２．４；Ｓ４３１一文献标识码一ＡＡｎｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｃｕｃｕｍｂｅｒｄｏｗｎｙｍｉｌｄｅｗｉｎｓｏｌａｒｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｂａｓｅｄｏｎｃａｎｏｐｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｍｏｄｅｌｉｎｇ．ＷＡＮＧＨｕｉ１，２，ＬＩＭｅｉ?ｌａｎ１，ＸＵＪｉａｎ?ｐｉｎｇ３，ＣＨＥＮＭｅｉ?ｘｉａｎｇ２，ＬＩＷｅｎ?ｙｏｎｇ２，ＬＩＭｉｎｇ２（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ０３０８００，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＡｇｒｉ?ｃｕｌｔｕｒｅ／ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ／ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９７，Ｃｈｉｎａ；３ＦｅｎｇｔａｉＳｔａｔｉｏｎｏｆＰｌａｎｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７０，Ｃｈｉｎａ）．?Ｃｈｉｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｅｃｏｌ．，２０１５，２６（１０）：３０２７－３０３４． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｍｉｒｃｏ?ｃｌｉ?ｍａｔｅｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈｃａｎｃｏｍｂｉｎｅｗｉｔｈｄｉｓｅａｓｅｍｏｄｅｌｆｏｒｅａｒｌｙｗａｒｎｉｎｇ，ｗｉｔｈａｉｍｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎ?ｔｒｏｌｌｉｎｇｄｉｓｅａｓｅｓｔｏｒｅｄｕｃｅｐｅｓｔｉｃｉｄｅｕｓａｇｅ，ａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｏｅｎ?ｓｕｒｅｔｈｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｑｕａｌｉｔｙｓａｆｅｔｙ．Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｃａｎｏｐｙｌｅａｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｉｒｒｅｌａｔｉｖｅｈｕ?ｍｉｄｉｔｙｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｕｓｉｎｇｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｂａｌａｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｎｓｉｄｅｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ．Ｔｈｅｌｅａｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｃｒｏｐｓ，ｗａｌｌ，ｓｏｉｌａｎｄｃｏｖｅｒ，ｐｌｕｓｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｃａｕｓｅｄｂｙｉｎｄｏｏｒｎｅｔｒａｄｉａｔｉｏｎａｎｄｃｒｏｐｔｒａｎｓｐｉ?ｒａｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｗａｔｅｒｄｙｎａｍｉｃｂａｌａｎｃｅｉｎｔｈｅｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｅａｆｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，ｃｏｖｅｒａｎｄｌｅａｆｗａｔｅｒｖａｐｏｒｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ，ｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉｔｙｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｉｎｆｅｃｔｉｏｎａｎｄｌａｔｅｎｔｐｅｒｉｏｄｗａｒｎｉｎｇｍｏｄｅｌｓｆｏｒｃｕｃｕｍｂｅｒｄｏｗｎｙｍｉｌｄｅｗ（Ｐｓｅｕ?ｄｏｐｅｒｏｎｏｓｐｏｒａｃｕｂｅｎｓｉｓ）ｗｅｒｅｖａｌｉｄａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｌｅａｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｈｕｍｉｄｉ?ｔｙｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｄｉｓｅａｓｅｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｄａｔｅｏｆｃｕｃｕｍｂｅｒｄｏｗｎｙｍｉｌｄｅｗｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ 应用生态学报一２０１５年１０月一第２６卷一第１０期一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＥｃｏｌｏｇｙ，Ｏｃｔ．２０１５，２６（１０）：３０２７－３０３４
植物的冠层是植物与外界发生互相作用的主要场所，而光合有效辐射和叶面积指数是评估植物健康状况和植物冠层结构的重要指标。光合有效辐射可以表示有多少光能可以被植物光合作用利用，叶面积指数指的是可用于估计冠层密度和生物量，是植物冠层结构的一项重要表征参数。传统的测量这些植物冠层参数的方法是手动测量，其原理非常简单，但是需要耗费大量的时间和人力，并且在测量时不仅会毁坏植物，还很容易因为人为因素而导致测量结果不准确。因此，现在多使用植物冠层图像分析仪测量各项植物冠层参数。 在植物生理研究中，植物冠层图像分析仪可以说是一款非常重要的设备，其用途也非常广，主要有以几点： 1、可测算植物冠层的太阳直射光透过率、天空散射光透过率、冠层的消光系数，叶面积指数和叶片平均倾角等。 2、可用于农作物、果树、森林内冠层受光状况的测量和分析。 3、可用于不同植物群体结构的比较。 4、可对农田作物群体生长过程进行动态监测。 植物冠层图像分析仪广泛的应用于作物、植物群体冠层受光状况的测量分析以及农林业科研工作。了解仪器的用途，下面我们再来了解一下仪器的测量原理：植物冠层图像分析仪采用国际上一致采用的原理（比尔定律以及冠层孔隙率与冠层结构相关的原理），通过专用鱼眼镜头成像和CCD图像传感器测量冠层数据和获取植物冠层图像，利用软件对所得图像和数据进行分析计算，得出冠层相关指标和参数。
而托普云农TOP-1300植物冠层图像分析仪可以无损测量叶面积指数、叶片平均倾角、散射辐射透过率、不同太阳高度角下的直射辐射透过率、不同太阳高度角下的消光系数、叶面积密度的方位分布、冠层内外的光合有效辐射（PAR）等。仪器探头体积小巧，装在测杠上可任意角度测量植物冠层结构。除此之外，仪器同时具有精确、省时省力、快捷方便的特点，并且可以野外工作和长时间测量。
光谱分析仪 一、概述 光谱分析仪是在平时的光通信波分复用产品中较常使用到的仪表，当WDM系统刚出现时，多用它测试信号波长和光信噪比。其主要特点是动态范围大，一般可达70dB；灵敏度好，可达-90dBm；分辨率带宽小，一般小于0.1nm；比较适合于测试光信噪比。另外测量波长范围大，一般在600~1700nm.，但是测试波长精度时却不如多波长计准确。 在光谱的测量、各参考点通路信号光功率、各参考点光信噪比、光放大器各个波长的增益系数和增益平坦度的测试都可以使用光谱分析仪。光谱分析仪现在也集成了WDM的分析软件，可以很方便地把WDM的各个波长的中心频率、功率、光信噪比等参数用菜单的方式显示出来。 二、常用参数的测试 光谱分析仪的屏幕显示测量条件、标记值、其它数据以及测量波形。屏幕各部分的名称显示如下：
图1：屏幕各部分的名称 1、光谱谱宽的测量 谱宽即光谱的带宽，使用光谱分析仪可以测量LD、发光二极管的谱宽。在光谱的谱宽测量时，要特别注意光谱分析仪系统分辨率的选择，即原理上光谱分析仪的分辨率应当小于被测信号谱宽的1/10.，一般推荐设置为至少小于被测信号谱宽的1/5。 在实际的测量中，为了能够准确测量数据，一般选择分辨率带宽为0.1nm以下。分辨率带宽RES位于SETUP菜单中的第一项，直接输入所要设定的分辨率带宽的大小即可。如下图2、3、4所示（图中只为区别光谱形状的不同），当选择的分辨率带宽不同时，从光谱分析仪观察到的光谱形状有很大的不同，并且所测量得到的谱宽大小的不同。
图2：分辨率带宽RES=0.5nm时的光谱形状 图3：分辨率带宽RES=0.1nm时的光谱形状
第３ １卷，第２期 光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．２，ｐｐ ４７８－４８２２ ０ １ １年２月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２ ０１１ 融合冠层水分特征的光谱参数ＮＣＶＩ及反演玉米ＬＡＩ 曹 仕１，刘湘南１＊，刘美玲１，曹 珊２，姚 帅１ １．中国地质大学（北京）信息工程学院，北京 １０００８３２．中国水利水电第八工程局，湖南长沙 ４１００００ 摘 要 精确反演农作物冠层叶面积指数对指导作物管理和作物估产具有非常重要的意义。以吉林市郊区玉米种植区为试点，考虑冠层叶片水分含量对ＬＡＩ的贡献，在ＮＤＶＩ的基础上结合表征冠层叶片水分含量的植被指数ＤＳＷＩ，提出一种归一化综合植被指数ＮＣＶＩ，以此建立模型反演ＬＡＩ，并对模型进行检验。结果表明：ＮＣＶＩ模型反演ＬＡＩ值与实测值之间存在良好的对应关系，此模型突破了传统经验模型对稠密冠层ＬＡＩ反演的局限，对ＬＡＩ值大于３的冠层反演效果良好；另外，ＮＣＶＩ模型对土壤水环境十分敏感，在干旱 半干旱地区的反演效果明显优于一般区域。 关键词 叶面积指数；归一化综合植被指数；冠层水分含量；遥感反演；玉米 中图分类号：ＴＰ７２２．４；Ｓ１２７ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１１）０２－０４７８－０５ 收稿日期：２０１０－０４－２３，修订日期：２０１０－０９－ ０８ 基金项目：国家自然科学基金项目（ ４０７７１１５５）和国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００７ＡＡ１２Ｚ１７４）资助 作者简介：曹 仕，１９８５年生，中国地质大学（北京）信息工程学院硕士研究生 ｅ－ｍ ａｉｌ：ｃａｏｓｈｉ２２４＠１６３．ｃｏｍ＊通讯联系人 ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｎｃｕｇ ｂ＠１６３．ｃｏｍ引 言 叶面积指数（ｌｅａｆ ａｒｅａ ｉｎｄｅｘ，ＬＡＩ）是指单位地面面积上所有叶子单面表面积的总和，是表征植被冠层结构最基本的参数之一，同时也是陆地生态系统的一个十分重要的结构参数，它与植物的蒸腾、呼吸、光合作用以及降水的截取、地 表净初级生产力等密切相关［１－４］。自１９４７年提出以来，叶面 积指数已成为一个重要的植物学参数和评价指标，并在农业、牧业、林业以及生物学、生态学、环境学等领域得到广 泛应用［ ５］ 。现今利用遥感反演叶面积指数的方法大致分为两类，即物理模型方法和经验模型方法。物理模型方法以物理光学原理为基础，具有较强的时空扩展性，但却因算法的复杂性而导致其实现困难、计算繁冗，并且还存在病态反演的问 题［ ６］ 。经验模型方法则利用光谱指数快速获得叶面积指数，具有简单灵活的特点，是现在最常用的间接获得ＬＡＩ的方 法［ ７，８］ 。目前叶面积指数反演经验模型用的最多的光谱指数是归一化植被指数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＮＤＶＩ），但此类模型一般只考虑单一植被指数，当冠层过于稠密，ＬＡＩ值达到３以上时，ＮＤＶＩ指数反演达到饱和，其模型严重受限，无法进行进一步反演。 随着空间精细化模型的发展和基于过程的分布式模拟技 术的应用，对ＬＡＩ的区域精确估算显得越来越重要，经验模 型中传统反演方法的局限性显然不能满足其要求，Ｋｏｕｉｔｉ利 用ＢＲＤＦ结合ＮＤＶＩ解决了无法反演高ＬＡＩ的限制［９］，但其 需要的数据比较复杂，不适于普遍推广使用。而本研究从冠层叶片水分含量出发，在ＮＤＶＩ的基础上结合表征叶片水分含量的植被指数，提出一种反演ＬＡＩ的归一化综合植被指数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ，ＮＣＶＩ），用以提高ＬＡＩ的反演精度，打破经验反演的局限性，扩大经验模型的适用范围。 １ ＮＣＶＩ理论基础与实验设计 １．１ 实验设计 研究区域为吉林省吉林市郊区玉米种植区，实验随机选取了Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四块不同地域，在每块地域取１５个测试 点，对每个试点的玉米植株进行光谱测试和叶面积指数的测试，并对冠层上、中、下的叶片和试点土壤进行采样，随后在实验室进行水分测量。 冠层光谱反射率的测量采用ＡＳＤ ｆｉｅｌｄ ｐｒｏ３便携式辐射光谱仪，其探测波长范围：３５０～２ ５００ｎｍ；光谱分辨率：３５０～１ ０５０ｎｍ范围内为３．５ｎｍ，１ ０００～２ ５００ｎｍ范围内为１０ｎｍ；光谱采样间隔：３５０～１ ０５０ｎｍ范围内为１．４ｎｍ，１ ０００～２ ５００ｎｍ范围内为２ｎｍ；采样时间：１０次·ｓ－１ 。叶面积
农业干旱指标研究综述 王友贺，谷秀杰 河南省气象台，河南郑州 450003 摘要：干旱是对人类及其社会危害很大的一种自然灾害。总的来说，干旱可分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱，其中农业干旱是我国发生范围最广、频率最高、灾情和影响最严重的干旱类型。为了全面地认识农业干旱，有效地进行旱灾风险管理，减轻旱灾损失和影响，本文在参考了大量国内外有关文献的基础上，对目前比较有代表性的农业干旱分析指标系统地进行了归纳总结，指出了不同指标的优点和缺点，并对今后的研究方向进行了展望。 关键词：干旱；干旱分类；农业干旱；农业干旱指标 引言 干旱目前已是人们普遍关注的世界性问题。1990年国家科委出版的“中国科学技术蓝皮书”第五号《气候》，将干旱列为了我国气候灾害之首[1]。近几十年来，随着全球气候日趋变暖，干旱和旱灾造成的损失和影响越来越严重。干旱不仅直接导致农业减产，食物短缺而且其持续累积会使土地资源退化、水资源耗竭和生态环境受到破坏，制约可持续发展。因此，预防和减轻旱灾成为当今世界的重要课题之一。而全面认识旱灾本质、成因及其发生规律则是有效预防和减轻旱灾的前提[2]。本文将对国内外学者关于农业干旱研究的进展作一简介和综述。 1. 农业干旱的定义 对于干旱的研究，国内外已开展了大量工作，国外始于19世纪末，国内始于20世纪初。各部门对干旱定义有所不同，综合起来看，干旱可分为四类：气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱。就农业干旱而言，是指由外界环境因素造成作物体内水分失去平衡，发生水分亏缺，影响作物正常生长发育，进而导致减产或失收的现象。它涉及到土壤，作物、大气和人类对资源利用等多方面因素，所以是各类干旱中最复杂的一种。它不仅是一种物理过程，而且也与生物过程和社会经济有关。按其成因的不同还可以将农业干旱分为：土壤干旱、生理干旱和大气干旱[3]。
冠层分析系统详细介绍 对于实验研究，实验人员的要求一向是比较严格的，不只是对于实验的过程，对于实验所用仪器也是如此。在植物生理研究方面，需要进行研究项目有很多，因此也避免不了要对植物进行一系列的实验，但是一般而言在使用过程中是避免不了实验仪器对植物的损害的，但是在科学技术发达的今天，一系列科学实验仪器的投入和使用，不仅实现了对植物的无损测定，还在一定程度上提高了实验检测的精度。就比如冠层分析系统，那么冠层分析系统是什么呢？冠层分析系统是一款可快速测定植被表面参数、植物冠层信息、植物养分信息、土壤养分信息、环境参数、植物病虫害程度等指标信息的植物生理仪器。 作物冠层分析是当前生态学中研究植物冠层光能资源调查的重要一步，需要测定植物冠层中光线的拦截等，对于作物的生长发育、产量品质与光能利用间的关系有重要的意义。而为了实现无损测定，冠层分析系统不断优化传统的测定方法，在利用传统测定方法的优势的同时，继续创新，研究了能够利用仪器快速无损测定的手段，不仅使作物冠层分析工作更加简单，而且也在一定程度上满足了现代田间测定的需要。据了解，有相关研究者通过在田间的对比试验，结果表明，冠层分析系统能够取得较好的效果，能够当前作物冠层无损测定的需要，而且通过数据的保存和传输，能够为进一步研究作物的光能利用提供重要的数据材料。 托普云农研发生产的TOP-1300冠层分析系统，采用国际上一致采用的原理（比尔定律以及冠层孔隙率与冠层结构相关的原理），通过专用鱼眼镜头成像和CCD图像传感器测量冠层数据和获取植物冠层图像，利用软件对所得图像和数据进行分析计算，得出冠层相关指标和参数，具有准确、省时省力、快捷方便的特点。目前，该设备已经广泛的应用于农业、园艺、林业领域有关栽培、育种、植物群体对比与发展的教学、研究工作当中，并发挥着重要的作用。
麦类作物学报 2006,26(2):103～108 Jou rnal of T riticeae C rop s 不同施氮条件下小麦冠层的高光谱和多光谱反射特征Ξ 李映雪,朱艳,曹卫星 (南京农业大学 江苏省信息农业高技术研究重点实验室,农业部作物生长调控重点开放实验室,南京210095) 摘 要:为了更好地利用冠层反射光谱特征监测小麦生长及氮素营养状况,以宁麦9号、淮麦20、徐麦26和扬麦10号四个小麦品种为材料,通过田间小区试验,研究了不同小麦品种在不同生育时期和不同氮素水平下冠层反射光谱的变化规律。结果表明,相同氮素水平下不同小麦品种冠层反射光谱的反射率有差异,且近红外部分差异较明显。小麦从拔节开始,随生育期的推进,冠层反射光谱在可见光波段的反射率先降低然后升高,以孕穗期反射率最低,随着叶片的逐渐变黄,反射率又增大,并且绿光波段的反射峰也逐渐消失。而近红外区反射率则表现出相反的趋势,以开花期为分界,先上升然后下降,直到成熟前降为最低。随着施氮水平的提高,冠层反射光谱在近红外反射平台(750～1300nm)的反射率呈上升趋势,而可见光部分反射率则下降,并且反射光谱的绿峰和红边位置也随着施氮水平的提高分别向蓝光方向(波长变短)和红光方向(波长变长)移动。 关键词:小麦;施氮;高光谱;多光谱;冠层反射特征 中图分类号:S512.1;S311 文献标识码:A 文章编号:100921041(2006)022******* Character iz i ng Canopy Hyperspectra l and M ultispectra l Ref lectance under D ifferen t N-appl ica tion Cond ition s i n W hea t L IY i ng-xue,ZHU Yan,CAO W e i-x i ng (H i2T ech Key L abo rato ry of Info rm ati on A griculture of J iangsu P rovince Key L abo rato ry of C rop Grow th R egulati on, M inistry of A griculture,N anjing A gricultural U niversity,N anjing,J iangsu210095,Ch ina) Abstract:T he change of canop y sp ectral reflectance under differen t cu ltivars,differen t grow th stages and varied n itrogen rates w ere investigated by characterizing canop y m u ltisp ectral and hyp ersp ectral reflectance in w heat.T he resu lts show ed that the canop y reflectance differed w ith cu ltivars,w ith sign ifican t change at near infrared bands.R eflectance at visib le ligh t in itially decreased and then increased w ith grow th p rogress after j o in ting,w ith the low est value app eared at boo ting.R eflectance increased and reflectance p eak also disapp eared gradually in cou rse of leaf yellow ing.How ever, reflectance in near infrared had oppo site trend,w h ich in itially increased and then decreased to the low est from an thesis to m atu rity.R eflectance at near infrared reflected flat(750～1300nm)increased w ith increasing n itrogen supp ly,w hereas reflectance at visib le band decreased,and green p eak and red edge po siti on of canop y reflectance sp ectra also m oved to directi on of b lue ligh t(sho rt w avelength) and red ligh t(long w avelength),resp ectively.T hese resu lts p rovide background info rm ati on fo r m on ito ring of grow th characters and n itrogen statu s w ith canop y reflectance sp ectra in w heat. Key words:W heat;N itrogen app licati on;M u ltisp ectra;H yp ersp ectra;Canop y reflectance 随着高分辨率遥感技术研究的深入,利用弱光谱差异对地物特征进行定量分析的研究得以广泛开展[1]。许多学者试图通过冠层反射光谱的差异分析来判别作物种类和栽培条件。杨长明[2]等研究表明,不同株型水稻品种群体冠层对太阳光谱辐射的反射率存在明显差异,尤其以蓝光区 Ξ收稿日期:2005208201 修回日期:2005210220 基金项目:国家自然科学基金项目(30400278);江苏省自然科学基金项目(BK2003079,BK2005212);江苏省高校博士点基金项目(20030307017)。 作者简介:李映雪(1975-),女,讲师,主要从事信息生态学和作物遥感监测研究。 通讯作者:朱艳(1976-),女,副教授,主要从事作物模拟与信息技术研究。
生长期冬小麦冠层光谱特征分析 摘要：采用野外地物光谱仪对样地冬小麦进行实地测量，对实测冬小麦光谱数据进行了分析。结果表明，①冬小麦冠层光谱反射曲线走势大致与绿色健康植物的一般光谱特征一致，冬小麦的生长状况都比较良好，在7个生长阶段中，变化主要发生在开花期、灌浆期；②比较整个生长期内各个波段的反射率，变化最大的为黄光波段和绿光波段，其次是红光波段和橙光波段，红外波段与蓝光波段较小，紫外波段的反射率在各个阶段的变化均远小于其他波段。在可见光波段，冬小麦冠层光谱的反射率是比较稳定的，变化集中表现在红光及近红外波段；③随着太阳高度角的增大，其各个波段的反射率均呈上升趋势，在11∶20太阳高度角接近最大时反射率达到最大，接着随太阳高度角的减小，冬小麦各个波段的反射率呈下降趋势；④叶面滞尘量和种植密度对于冬小麦光谱曲线均有影响，但由于条件限制和外界因素影响，未能精确地分析这两种因素对于冬小麦光谱曲线的影响特征。 关键词：冬小麦；生长期；冠层；高光谱；反射率 健康绿色植被具有基本的光谱特性，其光谱反射率有一定的变化范围，但曲线形态变化是基本相似的。不同的植被类别因其叶子的色素含量、细胞结构、含水量均有不同，故光谱反射率存在着一定差异[1]，这种差异是人们鉴别和监测植被的依据。小麦的光谱特征研究一直是植物光谱研究的重点，目前国内外对小麦光谱的研究主要集中在不同施肥水平下小麦冠层光谱特征的分析、不同水分状况与小麦冠层光谱特征的关系、叶片营养诊断、叶面积指数等与光谱特性的相关性、病虫害或倒伏及叶片灰尘对光谱特征的影响等方面，所有这些研究都是以植被光谱特征为基础进行的[2-5]。但植被在生长发育的不同阶段，其光谱特征也不断变化[6，7]。影响植物光谱的因素有植物本身的结构特征，也有外界的影响，如空气、土壤等环境因子的影响。因此，对植物光谱特征及其相关因子的研究具有重要的理论和现实意义。为此，在河南省许昌市东郊北宋庄附近选取小麦样地4块，每块样地中选取1个1 m×1 m的样方，利用实测数据绘制生长期冬小麦冠层光谱特征曲线，分析生长期各个阶段冬小麦冠层光谱特征变化规律，为实现高光谱监测大面积冬小麦长势提供科学依据。 1 材料与方法 1.1 试验样区概况 试验样区安排在河南省许昌市市郊，位于河南省中部，平均海拔72.8 m，属暖温带季风区，气候温和，光照充足，雨量充沛，无霜期长，四季分明。春季干旱多风沙，夏季炎热雨集中，秋季晴和气爽日照长，冬季寒冷少雨雪。年平均气温14.7 ℃，年平均日照时间2 280 h，年平均降雨量579 mm，无霜期217 d。许昌市现有冬小麦种植面积21.7万hm2。主要的农业土壤比较肥沃，非常适宜农业耕种。
第!!卷!第"#期!!!!!!!!!!!!光谱学与光谱分析$%&'!!!(%'"#!)) !!/!,!!/-#/"!年"#月!!!!!!!!!!!!0)1234%52%)67890)12347&:87&65;5<121=>14!#/"!! 小兴安岭主要树种冠层光谱季相变化研究 徐光彩 庞!勇" 李增元 赵凯瑞 刘鲁霞 中国林业科学研究院资源信息研究所!北京!"///+" 摘!要!森林每年随季节变化而出现形态和生理机能的规律性变化!该变化在一定程度通过其光谱特征有规律地展现"准确地掌握森林冠层光谱特征随季节变化的规律不仅是遥感解译的关键!也为树种识别%动态监测和生化参数反演提供理论基础"利用地物光谱仪对研究区+个主要树种的冠层光谱数据进行长期观测!获取了春夏秋冬四个季节的反射光谱曲线并生成一阶导数曲线!同时还计算了常用的植被特征参数!进而分析不同树种在相同季相和不同季相的光谱特征! 对比不同树种在可见光和近红外波段的季相变化特征和差异!探索遥感手段用于树种分类识别的最佳波段%最佳时相"结果表明&不同树种在各生长季光谱具有独特的特征!落叶树种光谱特征因季节的改变而呈现有规律的变化!而常绿树种光谱特征年变化不明显"光谱特征的变化有效地反应了物候的变化!应用多季相的数据进行分类可以取得最好的效果!常绿树种和落叶树种光谱特征在冬季差异明显!而夏季是采用单季相遥感数据进行树种识别的最佳时节"关键词!森林冠层(光谱分析(多季相 中图分类号 B V -+!!文献标识码 :!!!()* "/'!+*. M ';558'"///,/C +! #/"! "#,!!/!,/C !收稿日期 #/"!,/!,/. 修订日期 #/"!,/*,"?!基金项目 国家高技术研究发展计划项目# #/"#::"#:!/*$和国家自然科学基金项目#."/-"#-#$资助!作者简介 徐光彩!"+?#年生!中国林业科学研究院博士研究生!!1,=7;&&N O P O 78P 27;6O 78! "#*'2%="通讯联系人!!1,=7;&&27T ')78P ! P =7;&'2%=引!言 !!高光谱遥感在森林类型精细分类%生化参数反演%森林 变化检测等方面占有重要的地位)"*"树木的结构特征%色素含量%水分等控制着其特殊的光谱响应!树木在生长发育的不同阶段!从内部成分结构到外部形态特征均会发生一系列周期性的变化!称为森林季相节律 )# *"森林季相节律从林木 细胞的微观结构到宏观结构均会有所反映!从而表现为光学 特性发生相应的周期变化)!*!因此可以利用长期的遥感数据 获取森林及其变化的信息和进行森林理化参数反演!这也为 植被物候观测提供了独特的视角).,**" 充分认识森林的变化特性与地面光谱间的关系有利于选择有效时段的遥感数据!提高目标的识别能力和应用效果"基于实测冠层光谱特征的研究多见于高度相对较低草原%水 稻%小麦等)-,+*!森林冠层反射光谱受到林木高度%设备自身 因素的影响!获取较为困难!且数据获取多在夏季进行!很少进行长期观测!难以反映森林冠层光谱的季相变化特征"本工作选取凉水自然保护区的主要树种为研究对象!借助:0<光谱仪实测不同季相森林冠层反射光谱!分析其光谱特 性!掌握研究区主要树种不同季相条件下的冠层光谱变化规 律!探明不同树种间的光谱特性差异及原因!选择遥感手段 进行森林树种识别的适宜季相和最佳探测波段!以期提高遥感手段识别森林树种精度" "!实验部分 +,+!试验区 研究区为黑龙江省凉水自然保护区!主要保护对象为红松针阔叶混交林生态系统"区内森林类型多样!具有处于演替顶级状态的红松林%兴安落叶松和处于不同演替阶段的次生林!同时还有红松%落叶松%红皮云杉等树种的人工林!几乎囊括了小兴安岭的主要的森林类型"选取了研究区的+个主要树种分别为&红松%兴安落叶松%榆树%杨树%白桦%毛赤杨%樟子松%红皮云杉%柳树!同时由于光谱仪光纤长度的限制!选择的树种高度最高为"/'C=" +,&!数据采集 光谱测量采用美国:0<公司的D ;1&90)12!便携式光谱仪"使用"/=加长光纤!配合可伸缩的塔尺和三角架进行野外观测!光谱测量时间选择北京时间"/#"#点进行!垂直向下测量!同时对测量的位置进行了标记!以保证每次观测高度和角度的一致性"冠层测量每个点记录"/个采样光谱"
光谱分析仪应用及功能特点 由于近红外光在常规中有良好的传输特性，且其仪器较简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、几乎适合各类样品（液体、粘稠体、涂层、粉末和固体）分析、多组分多通道同时测定等特点，成为在线分析仪表中的一枝奇葩。近几年，随着化学计量学、光纤和计算机技术的发展，在线近红外光谱分析技术正以惊人的速度应用于包括农牧、食品、化工、石化、制药、烟草等在内的许多领域，为科研、教学以及生产过程控制提供了一个十分广阔的使用空间。光谱分析仪应用于钢铁冶金、有色金属、石油化工、机械制造、能源电力、铁路运输、航空航天、食品卫生、环境保护以及教学科研等各个领域。 直读光谱仪一般属于原子发射光谱，应用于冶金，铸造，有色，黑色金属鉴别，石化，机械制造等行业。国际上比较有名的有美国热电（收购瑞士ARL），德国斯派克，德国布鲁克，日本岛津等比较有名。 手持式光谱仪属于X射线荧光光谱仪，同样属于原子发射光谱仪，但和直读光谱的激发方式不一样，直读光谱靠高压放电激发，X射线是通过X光管来激发，接收原件也不同，检测元素范围和精度低于直读光谱，但应用于合金材料牌号鉴别以及混料筛选，废料回收，野外材料牌号鉴别有特殊用途，因可以做的小巧，一般做成手持式，方便携带。 性能特点 防返油真空技术，采用两级阀门控制。一级通过真空规管控制并与真空泵联动，为世界光谱仪领域最新技术，避免仪器抽真空带来的噪声、故障，防返油真空技术，避免油蒸汽对光学系统造成的污染，大大提高了仪器的使用寿命。 1.仪器采用的独立出射狭缝为国内首创，世界先进。金属整缝的特点是仪器调试方便、快捷，便于出射狭缝增加通道(用户可仅考虑目前应用的元素，以后需要的通道可随时增加)节约成本。 2.自动高压系统为世界先进水平。该系统可通过计算机控制每个通道提供8档高压，使同一通道可以在不同分析程序中得到应用，提高了通道的利用率和谱线最佳线性范围在分析不同材料中的采用，减少了通道的采用数量，降低了成本。 3.自动描迹为世界领先水平，同类仪器国内空白。自动描迹可大大缩短校准仪器所用的时间，使仪器校准变得简单、方便，非专业人员既可进行描迹操作。仪器设有内部恒温系统。大大减小了环境温度变化对光学系统造成的漂移。 4.WINDOWS系统下的中文操作软件，方便国内使用。不同层次的操作员可随时调用相关帮助菜单来指导对仪器的操作;分析速度快捷，20秒内测完所有通道的化学成分;针对不同的分析材料，通过制作预燃曲线来确定分析时间，使仪器用最短的时间达到最优的分析效果;预制好合理的工作曲线，用户可免购大量标样，节约使用成本，安装后即可投入使用。 5.多功能光源国内空白。多功能光源的采用可扩大元素的分析范围，满足超高含量以及痕量元素的分析;各系统独立供电，单元化设计，维修方便快捷。单元化的设计可达到非专业人员的快速维修，为互联网摇诊仪器故障做好了充分准备。