不同氮素水平对烤烟高光谱特性及其生理生化指标的影响

摘要

氮素对烤烟的生长发育、产量及品质有着重要影响，并且烟草对氮素营养是非常敏感的。因此，大田成长中，必须合理施用氮肥，氮肥的合理正确施用对烟草有着举足轻重的作用。利用高光谱遥感在大田中采用非破坏性、快速简洁的方法监测作物氮素状况是非常必要的。本试验利用地面遥感平台，通过研究不同氮素水平下烤烟生理生化指标变化和烤烟冠层高光谱反射特征，分析了烤烟生理生化指标同相应的冠层高光谱参数的关系，采用逐步回归方法对各种生理生化指标建立估测模型，并通过随机抽取检验样本进行预测值与实测值的检验，模型的估测和预测效果均较好。主要研究结论如下:
　　1.不同氮素水平下的烤烟冠层高光谱反射曲线具有绿色植物的反射特征，且不同氮素处理之间的烤烟冠层反射率差异显著。在可见光区，冠层光谱反射率的高低主要受叶绿素含量的变化的影响，近红外光区则主要受冠层结构和生物量的影响。从整个生育期看，在可见光范围内的冠层反射率冠层反射率变化规律为随着氮素含量的增加，冠层光谱反射率表现为:N4＞N3＞N2＞N1，在各个生育期表现为:旺长期＞下部叶成熟期＞中部叶成熟期＞上部叶成熟期＞伸根期。冠层红边一阶微分光谱具有“双峰”现象，不同氮素下烤烟的冠层红边都具有“双峰”现象，且“双峰”现象在旺长期最明显;不同氮素水平下的烤烟随发育期推移，红边参数逐渐减小，发生明显的蓝移现象。
　　2.不同氮素水平对烤烟生理生化指标的影响是显而易见的。在整个生育期内，叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、类胡萝卜素含量、叶片鲜重、叶片干重、叶片含水率、地上鲜重、地上干重、植株含水率这些生理指标均表现为随着土壤氮素水平的的提高而增加。还原糖、总糖等主要碳水化合物均表现为随着氮素水平的增加而升高，且在整个生育期内各个氮素处理均表现出增加的趋势。总氮含量的变化表现为随着氮素喊水平的提高而升高，但在各个生育期总氮含量的变化与还原糖和总糖的变化趋势不同，表现为:旺长期＞伸根期＞成熟期。随着生育期的推进，烟叶烟碱含量呈逐步增大的趋势，这说明施氮能够有效的调节烟碱含量;各氮素水平烟叶烟碱含量表现为N4＞N3＞N2＞N1，各施氮处理烟碱含量明显高于N1氮零处理。
　　3.通过烤烟大田生长期间观测其冠层反射率，筛选出同同叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量、叶片鲜重、叶片干重、地上鲜重、地上干重相关性最强的位置变量均是黄边幅值和黄边位置;红边面积与蓝边面积比值、红边面积与蓝边面积归一化比值同叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、类胡萝卜素含量相关性均是最强的，绿峰与红谷比值、绿峰与红谷归一化比值同叶片鲜重、叶片干重、叶片含水率、地上鲜重和地上干重相关性均是最强的。还原糖、总糖和总氮同红边幅值和蓝边位置的相关性均是最强的;还原糖、总氮和烟碱相关性最强的位置变量均是黄边位置和黄边幅值;还原糖、总糖、总氮、相关性最强的面积变量和植被变量均是红边面积。
　　4.以19种高光谱参数为自变量建立了各生理生化指标的逐步回归预测模型，通过对模型的复确定系数和自变量回归系数进行显著性测验，并随机抽取检验样本检验，结果均达到显著性，说明利用光谱参数对烤烟的生理生化指标估测均是可行的。这将为烤烟大田施肥管理提供一种新方法，可以快速简洁地预测不同土壤含氮量水平下的烤烟长势和品质，以及烟田的氮素营养状况。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 高光谱遥感技术基本概念及应用范围

1．1．1 高光谱遥感技术基本概念

1．1．2 高光谱遥感技术的应用范围

1．2 高光谱遥感技术在估测作物氮素上的研究

1．2．1 植被的光谱主要特征

1．2．2 高光谱冠层遥感数据的分析方法

1．2．3 高光谱遥感在估测作物含氮量上的应用

1．3 高光谱遥感技术在烟草上的研究

1．4 氮素对烟草生长的影响

1．4．1 氮素对烟草生长发育的影响

1．4．2 氮素对烟草产量和品质的影响

2 引言

3 试验设计和测定方法

3．1 光谱测定仪器

3．2 光谱测定

3．3 田间试验设计

3．4 烟样的采集

3．5 生物参数测定

3．6 分析方法

3．6．1 光谱分析

3．6．2 数据分析

3．6．3 拟采用的模型类型

4 结果与分析

4．1 不同氮素处理对烤烟高光谱特性的影响

4．1．1 不同氮素处理对烤烟冠层高光谱特性的影响

4．1．2 不同氮素水平对烤烟冠层微分光谱特性的影响

4．2 不同氮素水平对烤烟冠层生理生化指标的影响

4．2．1 不同氮素水平对烤烟冠层生理指标的影响

4．2．2 不同氮素水平对烤烟冠层生化指标的影响

4．3 利用高光谱参数估算烤烟生理生化指标

4．3．1 烤烟生理生化指标与冠层高光谱变量之间的关系研究

4．3．2 利用冠层高光谱参数估算烤烟生理生化指标

4．3．3 对利用冠层高光谱参数估算烤烟生理生化指标的回归方程的检验

5 结论与讨论

5．1 不同氮素水平对烤烟光谱特性的影响

5．2 不同氮素水平对烤烟生理生化指标的影响

5．3 利用高光谱参数反演烤烟生理生化指标

5．4 利用高光谱特性预测土壤的氮素营养状况

参考文献