高光谱反演叶片叶绿素及全氮含量
- 格式：pdf
- 大小：205.72 KB
- 文档页数：3
谱 数据 存 在 冗余 这 一 特 性 ， 次 试 验 采 取 了偏 最 小 二 乘 法 来 对 光 谱 数 据 进 行 回 归分 析 ， 行 叶 绿 素 和 氮 素含 量 的 本 进 估 算 。 同 时 ， 文 也 比较 了叶 片 叶绿 素 含 量 和 氪 素 含 量 在 不 同 单 位 表 达 形 式 下 ， 最 小 二 乘 法 对 其 的 估 算 精 度 。 本 偏 试 验 结果 表 明 ， 于偏 最 小 二 乘 法 分 析 叶 片反 射 率估 测 叶 片 的 叶绿 素含 量及 全 氮 含 量具 有 很 好 的 结 果 ， 度 全 都 基 精
光谱 反 射率 之 间 的相 关 关 系 ， 过 偏 最 小 二 乘 法 构 通
建 了 叶绿素 与 氮含 量 的估 测 模 型 ， 比较 了在 不 同 并 的含 量 表达 方式 下二 者 的反 演精 度 。
２ 材 料 与 方 法
试 验 区位 于 江 西 省 内 （ ６４ １ ５０ ２ 。 ２ 。４ Ｎ， １ 。４ Ｅ； ８
在 叶片 层次 研 究分 析 了叶绿 素含 量 和氮 含量 与 叶片
１ 引 言
植 被 在 生 态 系统 中起 着 非 常重 要 的作 用 ， 物 植 中 的生化 物质 都直接 或 间接 地 参与 生物 地球 化学 循
环 ， 生态 系 统 的物质 和 能量 循 环 中发 挥 重 要 的作 在 用 ［ 。其 中植 物 的氮 含量 是评 价植 被 长势 的重 要 指 １ ］
一
取部 分 叶片 ， 取 叶片 中间 均匀 部 分 测 量其 面 截
积 及重 量 ， 于计 算 叶 片密 度 。叶 绿 素 含量 的测 定 用 采 用分 光 光度 计法 。利 用 叶绿 素 ａ和 叶绿 素 ｂ吸收
定 的影 响 ， 如数据 冗余 ， 以及 容易 受其 他 非特 征 波
光 谱 的不 同 ， 测定 各特 定 峰值 波长 下 的光密 度 ， 根 再
理ｉ 创研究
遥感信 息 高ຫໍສະໝຸດ 谱反演 叶片叶绿素及全氮 含量 董 晶 晶① ， ～ 牛铮 ①
（ 中 国 科 学 院 遥 感 应 用 研 究 所遥 感 科 学 国家 重 点实 验 室 北 京 １ ０ ０ ；② 中 国科 学 院研 究 生 院 ， 京 １０ ４ ） ① ０１１ 北 ０ ０ ９
摘要 ： 物的含氮量和 叶绿素含量指 示 了植 被 的健 康状 况。本 文利用 野外采 集 的叶片样 本获取 叶 片的光谱 植 反射率及 叶绿素和全氮的含量 ， 分析和利用高 光谱数据 反演 叶 片叶绿 素及全 氮含量 的可行 性及精 度 。鉴于 高光
段 ～ 。
１ １ ６５ ） 以农 作 物 和 阔 叶林 为 主要 研 究 对 ５Ｎ， １ 。５Ｅ ， 象， 涉及 １ 种 植 物类 型 ， ３ 包括 水稻 、 树等 。叶片采 橘
集 为 每种 类 型植 被 随 机抽 取 ５棵植 株 ， 上 中下 三 按
层 采 集 的叶 片混 合作 为本 样 区 的样 品 。样 品需 放在 保 鲜 袋 中 ， 冷 藏保存 。 并
据 色素 分 子 在 该 波 长 下 的 消光 系 数 ， 算 出浓 度 。 计 叶 片全 氮含 量 通过 凯 氏定 氮法 获得 。全 氮含 量 的测 定 是 委 托北 京 市农林 科 学 院农产 品质量 与农 田环境 分 析 检 验 中心完 成 的 。 叶 片 的光谱 测量 采用 积 分 球 （ ＩＣ Ｒ １ ０ ） Ｌ — ｏ ８ ０ 耦 合 ＡＳ Ｄ野外 光谱 辐 射 仪 （ Ｄ Ｆ ｅｄ ｐ ｃＦ 于室 ＡＳ ｉ Ｓ ｅ Ｒ） ｌ
达 到 ８ 以上 ， 有 应 用 价 值 。 ５ 具 关键词 ： 叶绿 素 ； 氮 ； 演 ； 光 谱 遥 感 全 反 高 中图 分 类 号 ： ＴＰ７ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ３ ７ （ ０ ８ ９ — ０ ２ — ０ ００ １７２０）９ ０５ ３
段 的干扰 。偏 最小 二乘 法 （ Ｌ ） Ｐ Ｓ 是一 种 新 型 的多 元
统计 数据 分析 方法 。其 特点 是 能够 在 自变量 个数 相 对 较 多且严 重 自相 关 的情 况 下 进 行 回归建 模 ， 因此
适 用 于对连 续光 谱 的分 析 。近 来 ， 分 研 究 者 将 偏 部 最 小二 乘法 应用 于 小 麦 的 生 化组 分 光谱 分 析 中 ， 并
最 早 对 叶 片 氮 含 量 与 叶 片 反 射 光 谱 的研 究 表
明 ，５ ￣６ ５ ｍ 波段 的 叶 片 反 射 率 与 叶 片 氮 含 量 ５０ ７ｎ 具 有非 常高 的相关 性 。高 分辨 率光 谱数 据 在提 供 了 样 本丰 富 的光 谱信 息 的 同 时 ， 为 数 据 分 析 带来 了 也
取 得 了较 好 的结 果 ］ 。本 文 涉及 多 种 植 被 类 型 ，
收 稿 日期 ：Ｏ ８ ３ １ ２ Ｏ —０ — ９ 修 订 日 期 ：０ ８ ０ — ２ ２０— ６ ０
基 金项 目： 国家重点 基础 研究 发展 规 划项 目（０ ７ Ｂ １ ４ ６ ； 国科 学 院知 识创 新工 程重 要 方 向项 目（ Ｚ Ｘ 一 Ｗ－ １ ） 遥感 科 学 ２ ０Ｃ ７４ ０） 中 Ｋ Ｃ ２Ｙ ３ ３ ；
标 ， 物 的氮 素含 量是 研 究 全 球 变 化 及 营养 元 素 迁 植
移 的重 要 因子 ＿ 。传 统 的检 测 方法 一 般是 依 靠 野 ２ ］
外 采样 通过 实验 获得 。遥 感 为无 损实 时 大范 围检 测 植 被 叶 片 的 氮 含 量 提 供 了 一 种 可 行 的 方 法 和 手
国家重点 实验 室科 研 资助基 金项 目（ ＫＱ０ ０ ０ ） 国家高 技术 研究 发展 专 项经 费资 助（ Ｏ ６ ６Ｏ ６ ； ２ Ｏ ＡＡ１ Ｏ Ｏ ） ２ Ｌ８ 。 作 者简 介 ： 晶晶 （ ９ ２ ， ， 士生 ， 董 １ ８ ￣） 女 博 主要 从 事植 被生 化组 分遥感 反 演 的研究 。 ｇ ｍａｌｄｊ ｖ ＠１ ３ ＣＮ — ｉ：ｊ ｉｅ ６ ．Ｏ ｆ
光谱 反 射率 之 间 的相 关 关 系 ， 过 偏 最 小 二 乘 法 构 通
建 了 叶绿素 与 氮含 量 的估 测 模 型 ， 比较 了在 不 同 并 的含 量 表达 方式 下二 者 的反 演精 度 。
２ 材 料 与 方 法
试 验 区位 于 江 西 省 内 （ ６４ １ ５０ ２ 。 ２ 。４ Ｎ， １ 。４ Ｅ； ８
在 叶片 层次 研 究分 析 了叶绿 素含 量 和氮 含量 与 叶片
１ 引 言
植 被 在 生 态 系统 中起 着 非 常重 要 的作 用 ， 物 植 中 的生化 物质 都直接 或 间接 地 参与 生物 地球 化学 循
环 ， 生态 系 统 的物质 和 能量 循 环 中发 挥 重 要 的作 在 用 ［ 。其 中植 物 的氮 含量 是评 价植 被 长势 的重 要 指 １ ］
一
取部 分 叶片 ， 取 叶片 中间 均匀 部 分 测 量其 面 截
积 及重 量 ， 于计 算 叶 片密 度 。叶 绿 素 含量 的测 定 用 采 用分 光 光度 计法 。利 用 叶绿 素 ａ和 叶绿 素 ｂ吸收
定 的影 响 ， 如数据 冗余 ， 以及 容易 受其 他 非特 征 波
光 谱 的不 同 ， 测定 各特 定 峰值 波长 下 的光密 度 ， 根 再
理ｉ 创研究
遥感信 息 高ຫໍສະໝຸດ 谱反演 叶片叶绿素及全氮 含量 董 晶 晶① ， ～ 牛铮 ①
（ 中 国 科 学 院 遥 感 应 用 研 究 所遥 感 科 学 国家 重 点实 验 室 北 京 １ ０ ０ ；② 中 国科 学 院研 究 生 院 ， 京 １０ ４ ） ① ０１１ 北 ０ ０ ９
摘要 ： 物的含氮量和 叶绿素含量指 示 了植 被 的健 康状 况。本 文利用 野外采 集 的叶片样 本获取 叶 片的光谱 植 反射率及 叶绿素和全氮的含量 ， 分析和利用高 光谱数据 反演 叶 片叶绿 素及全 氮含量 的可行 性及精 度 。鉴于 高光
段 ～ 。
１ １ ６５ ） 以农 作 物 和 阔 叶林 为 主要 研 究 对 ５Ｎ， １ 。５Ｅ ， 象， 涉及 １ 种 植 物类 型 ， ３ 包括 水稻 、 树等 。叶片采 橘
集 为 每种 类 型植 被 随 机抽 取 ５棵植 株 ， 上 中下 三 按
层 采 集 的叶 片混 合作 为本 样 区 的样 品 。样 品需 放在 保 鲜 袋 中 ， 冷 藏保存 。 并
据 色素 分 子 在 该 波 长 下 的 消光 系 数 ， 算 出浓 度 。 计 叶 片全 氮含 量 通过 凯 氏定 氮法 获得 。全 氮含 量 的测 定 是 委 托北 京 市农林 科 学 院农产 品质量 与农 田环境 分 析 检 验 中心完 成 的 。 叶 片 的光谱 测量 采用 积 分 球 （ ＩＣ Ｒ １ ０ ） Ｌ — ｏ ８ ０ 耦 合 ＡＳ Ｄ野外 光谱 辐 射 仪 （ Ｄ Ｆ ｅｄ ｐ ｃＦ 于室 ＡＳ ｉ Ｓ ｅ Ｒ） ｌ
达 到 ８ 以上 ， 有 应 用 价 值 。 ５ 具 关键词 ： 叶绿 素 ； 氮 ； 演 ； 光 谱 遥 感 全 反 高 中图 分 类 号 ： ＴＰ７ ９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ３ ７ （ ０ ８ ９ — ０ ２ — ０ ００ １７２０）９ ０５ ３
段 的干扰 。偏 最小 二乘 法 （ Ｌ ） Ｐ Ｓ 是一 种 新 型 的多 元
统计 数据 分析 方法 。其 特点 是 能够 在 自变量 个数 相 对 较 多且严 重 自相 关 的情 况 下 进 行 回归建 模 ， 因此
适 用 于对连 续光 谱 的分 析 。近 来 ， 分 研 究 者 将 偏 部 最 小二 乘法 应用 于 小 麦 的 生 化组 分 光谱 分 析 中 ， 并
最 早 对 叶 片 氮 含 量 与 叶 片 反 射 光 谱 的研 究 表
明 ，５ ￣６ ５ ｍ 波段 的 叶 片 反 射 率 与 叶 片 氮 含 量 ５０ ７ｎ 具 有非 常高 的相关 性 。高 分辨 率光 谱数 据 在提 供 了 样 本丰 富 的光 谱信 息 的 同 时 ， 为 数 据 分 析 带来 了 也
取 得 了较 好 的结 果 ］ 。本 文 涉及 多 种 植 被 类 型 ，
收 稿 日期 ：Ｏ ８ ３ １ ２ Ｏ —０ — ９ 修 订 日 期 ：０ ８ ０ — ２ ２０— ６ ０
基 金项 目： 国家重点 基础 研究 发展 规 划项 目（０ ７ Ｂ １ ４ ６ ； 国科 学 院知 识创 新工 程重 要 方 向项 目（ Ｚ Ｘ 一 Ｗ－ １ ） 遥感 科 学 ２ ０Ｃ ７４ ０） 中 Ｋ Ｃ ２Ｙ ３ ３ ；
标 ， 物 的氮 素含 量是 研 究 全 球 变 化 及 营养 元 素 迁 植
移 的重 要 因子 ＿ 。传 统 的检 测 方法 一 般是 依 靠 野 ２ ］
外 采样 通过 实验 获得 。遥 感 为无 损实 时 大范 围检 测 植 被 叶 片 的 氮 含 量 提 供 了 一 种 可 行 的 方 法 和 手
国家重点 实验 室科 研 资助基 金项 目（ ＫＱ０ ０ ０ ） 国家高 技术 研究 发展 专 项经 费资 助（ Ｏ ６ ６Ｏ ６ ； ２ Ｏ ＡＡ１ Ｏ Ｏ ） ２ Ｌ８ 。 作 者简 介 ： 晶晶 （ ９ ２ ， ， 士生 ， 董 １ ８ ￣） 女 博 主要 从 事植 被生 化组 分遥感 反 演 的研究 。 ｇ ｍａｌｄｊ ｖ ＠１ ３ ＣＮ — ｉ：ｊ ｉｅ ６ ．Ｏ ｆ
