基于冠层反射光谱的小麦氮素营养与籽粒品质监测

论文题目: 基于冠层反射光谱的小麦氮素营养与籽粒品质监测

论文类型: 博士论文

论文专业: 生态学

作者: 李映雪

导师: 曹卫星

关键词: 小麦,冠层反射光谱,生长特征,氮素营养,籽粒品质,光谱监测

文献来源: 南京农业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 遥感技术在农业上的广泛运用为作物生长特征、氮素营养状况、籽粒产量和品质的实时监测与预报提供了方便快捷的方法，对于信息农业的发展具有重要的理论和实践意义。本研究综合运用作物冠层反射光谱探测技术及小麦农学参数和理化指标测试技术，分析了不同条件下小麦冠层多光谱和高光谱反射特征及其与小麦生长特征、氮素营养和籽粒品质性状的关系，明确了小麦叶面积指数、生物量、氮素状况及籽粒品质指标的敏感光谱特征参量及定量反演模型，并探明小麦植株氮素状况及氮素转运规律与籽粒蛋白质指标的定量关系，建立了基于植株氮素营养光谱监测的小麦籽粒蛋白质预测途径，从而为作物生长的无损监测和精确诊断提供了技术基础。本研究首次综合运用多光谱和高光谱辐射仪，比较了不同氮素水平、不同生育时期和不同品种条件下两种仪器获得的小麦冠层光谱反射率的变化模式。结果表明，高光谱遥感比多光谱遥感更适合农作物水分的监测。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。小麦从拔节开始，冠层反射光谱在可见光波段先降低然后升高，以孕穗期反射率最低，而近红外区反射率则表现相反趋势，以开花期为分界先上升然后下降，直到成熟前降为最低。相同氮素水平下不同品种小麦冠层反射光谱的反射率值有所变化，且近红外部分差异较明显。这些研究结果为进一步利用冠层反射光谱监测小麦生长状况、氮素营养状况及籽粒品质提供了理论基础。在分析不同氮素水平下小麦叶面积指数和干物重随生育期变化模式的基础上，讨论了LAI和叶茎干重与冠层多光谱和高光谱反射率及光谱参数的相关关系，提出了小麦LAI和叶茎干重的敏感光谱参数及预测方程。多光谱植被指数RVI(810，510)和DVI(810，560)可以较为准确地反演LAI；高光谱植被指数RVI[A(760-850)，A(350-400)]、RVI(810，510)、PVI以及红边参数(位置和斜率)和高光谱特征参数P_Area1100与LAI都存在极显著相关关系。多光谱植被指数RVI(1100，560)和RVI(870，560)以及高光谱植被指数A(760-850)／550和A(760-850)／700均可采用线性方程较为准确地反演小麦叶片干重，且不受氮素水平和生育时期的影响。多光谱差值植被指数DVI(560，460)和高光谱归一化植被指数NDVI(857，1210)可以反演茎干重，但其监测的精度低于叶片干重。此外，红边斜率和垂直植被指数PVI可以同时预测LAI和叶茎干重。利用两种不同来源的冠层光谱反射率及演变的多种光谱参数，研究了小麦氮素状态与冠层反射光谱特征的定量关系，建立了小麦植株氮素状况的敏感光谱参数及预测方程。冠层多光谱指数NDVI(1220，710)和红边位置均可以预测不同类型小麦叶片氮含量，且具有较高的准确性。单位土地面积上叶片氮素积累量与宽波段的冠层反射光

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章文献综述与立题依据

1 研究背景

2 国内外研究进展

2.1 作物长势遥感监测研究进展

2.1.1 叶面积指数监测

2.1.2 生物量监测

2.2 作物生物化学参数遥感监测研究进展

2.2.1 氮素营养监测

2.2.2 叶绿素监测

2.2.3 叶片碳氮比监测

2.3 作物品质遥感监测研究进展

3 需要研究的问题

4 研究目的与意义

参考文献

第二章技术路线与研究方法

1 研究思路与技术路线

2 材料与方法

2.1 试验设计

2.2 数据获取方法

2.2.1 光谱数据测定

2.2.2 农学参数测定

2.3 数据分析与利用

2.3.1 多光谱指数

2.3.2 高光谱参数

2.3.2.1 基于原始反射率的参数

2.3.2.2 植被指数

2.3.2.3 导数技术及“三边”参数

2.3.3 回归分析

参考文献

第三章不同条件下小麦冠层反射光谱特征

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 冠层光谱数据测定

2 结果与分析

2.1 冠层反射光谱特征分析

2.1.1 冠层高光谱反射特征

2.1.2 冠层多光谱反射特征

2.1.3 冠层高光谱和多光谱反射率的比较

2.2 冠层反射光谱对不同氮素水平的响应

2.2.1 冠层高光谱反射率对氮素水平的响应

2.2.2 冠层多光谱反射率对氮素水平的响应

2.2.3 不同氮素水平下绿峰和红边位置的变化

2.3 冠层反射光谱随生育期的变化模式

2.3.1 冠层高光谱反射率随生育期的变化

2.3.2 冠层多光谱反射率随生育期的变化

2.4 冠层反射光谱的品种间差异

3 小结与讨论

参考文献

第四章基于冠层反射光谱的小麦生长指标监测

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 冠层光谱和生长参数测定

1.3 数据分析方法

2 结果与分析

2.1 小麦叶面积指数与冠层反射光谱特征的关系

2.1.1 不同氮素水平下叶面积指数随生育期的变化

2.1.2 叶面积指数与冠层光谱反射率的关系

2.1.3 叶面积指数与冠层反射光谱指数的关系

2.2 小麦叶茎干重与冠层反射光谱特征的关系

2.2.1 不同氮素水平下小麦器官干重随生育期的变化规律

2.2.2 叶片和茎干重与冠层光谱反射率的关系

2.2.3 叶片和茎干重与冠层反射光谱指数的关系

3 小结与讨论

参考文献

第五章基于冠层反射光谱的小麦植株氮素状况监测

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 冠层光谱数据及植株氮素测定

1.3 数据分析方法

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平下的叶片和植株氮素状况

2.2 叶片氮含量与冠层反射光谱的关系

2.2.1 叶片氮含量与冠层多光谱反射率及光谱参数的关系

2.2.2 叶片氮含量与冠层高光谱反射率及光谱参数的关系

2.3 叶片氮积累量与冠层反射光谱的关系

2.3.1 叶片氮积累量与冠层多光谱反射率及光谱参数的关系

2.3.2 叶片氮积累量与冠层高光谱反射率及光谱参数的关系

2.4 植株氮素状况与冠层反射光谱的关系

2.4.1 植株氮素状况与冠层多光谱指数的关系

2.4.2 植株氮素状况与冠层高光谱参数的关系

3 小结与讨论

参考文献

第六章基于冠层反射光谱的小麦叶片C/N比监测

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 冠层光谱数据及叶片C/N测定

1.3 数据分析方法

2 结果与分析

2.1 不同氮素水平下的叶片碳氮比

2.2 叶片碳氮比监测时期的选择

2.2.1 冠层多光谱反射率监测叶片碳氮比时期的选择

2.2.2 冠层高光谱反射率监测叶片碳氮比时期的选择

2.3 叶片碳氮比与冠层光谱反射率的关系

2.3.1 叶片碳氮比与冠层多光谱反射率的关系

2.3.2 叶片碳氮比与冠层高光谱反射率的关系

2.4 叶片碳氮比与冠层反射光谱参数的关系

2.4.1 叶片碳氮比与冠层多光谱参数的关系

2.4.2 叶片碳氮比与冠层高光谱参数的关系

3 小结与讨论

参考文献

第七章基于冠层反射光谱的小麦籽粒蛋白质监测

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 冠层光谱数据及籽粒蛋白质指标测定

1.3 数据分析方法

2 结果与分析

2.1 花后籽粒蛋白质含量和积累量的变化动态

2.1.1 花后籽粒蛋白质含量的变化动态

2.1.2 花后籽粒蛋白质积累量的变化动态

2.2 成熟期籽粒蛋白质指标的光谱监测

2.2.1 成熟期籽粒蛋白质含量与冠层反射光谱的关系

2.2.2 成熟期籽粒蛋白质积累量与冠层反射光谱的关系

2.3 籽粒蛋白质指标动态变化的光谱监测

2.3.1 籽粒蛋白质含量动态监测

2.3.2 籽粒蛋白质积累动态监测

3 小结与讨论

参考文献

第八章基于氮素营养的小麦籽粒蛋白质预测

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 植株氮素及籽粒蛋白质测定

1.3 资料分析

2 结果与分析

2.1 不同年份、品种和施氮水平下小麦籽粒蛋白质含量和积累量

2.2 叶片氮素指标与成熟籽粒蛋白质指标的定量关系

2.2.1 叶片氮含量与成熟籽粒蛋白质指标的关系

2.2.2 叶片氮积累量与成熟籽粒蛋白质指标的关系

2.3 茎秆氮素指标与成熟籽粒蛋白质指标的定量关系

2.3.1 茎秆氮含量与成熟籽粒蛋白质指标的关系

2.3.2 茎秆氮积累量与成熟籽粒蛋白质指标的关系

2.4 植株氮素指标与成熟籽粒蛋白质指标的定量关系

2.5 花后氮素转运量与成熟籽粒蛋白质指标的定量关系

3 小结与讨论

参考文献

第九章基于冠层反射光谱的小麦籽粒淀粉及相关品质指标监测

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 冠层光谱及籽粒品质测定

1.3 数据分析方法

2 结果与分析

2.1 籽粒主要品质指标与冠层多光谱反射率的关系

2.2 籽粒主要品质指标与冠层高光谱反射率的关系

2.3 籽粒主要品质指标与冠层多光谱参数的关系

2.4 籽粒主要品质指标与冠层高光谱参数的关系

2.5 籽粒主要品质性状间的相关性

3 小结与讨论

参考文献

第十章结论与讨论

1 讨论

1.1 小麦反射光谱分析

1.2 小麦生长特征监测

1.3 小麦氮素营养监测

1.4 小麦籽粒蛋白质监测

1.5 小麦籽粒淀粉等品质指标监测

1.6 今后的研究设想

2 结论

参考文献

附录

在学期间发表和投稿的学术论文

在学期间参加的科研项目

致谢

发布时间: 2006-10-20

参考文献

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[2].小麦高光效相关基因功能分析及TaSCL14基因克隆与功能验证[D]. 陈坤梅.西北农林科技大学2015
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[7].小麦肉桂酰辅酶A还原酶（CCR）基因的分离和功能分析[D]. 蔺占兵.中国科学院研究生院（植物研究所）2003
[8].施氮量对土壤氮素变化和小麦产量与品质影响的生理生态基础[D]. 王东.山东农业大学2005
[9].小麦花发育重要基因TaGI1与Ta MADS1的分离与功能分析[D]. 赵翔宇.山东农业大学2005
[10].小麦耐盐、抗病转基因育种研究[D]. 薛哲勇.山东大学2005

基于冠层反射光谱的小麦氮素营养与籽粒品质监测

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