不同品种水稻受褐飞虱危害后的光谱表现

摘要

目前，利用光谱遥感方法监测害虫危害程度已有一些研究，但是涉及相同作物不同品种的虫害光谱监测还很少。本文测定了不同品种水稻受不同虫量褐飞虱危害后的叶片和冠层的光谱反射率和叶片叶绿素SPAD值，以期为不同品种水稻上飞虱的遥感监测提供指导。
　　不同品种稻株全部叶片光谱反射率的室内测定结果表明，在400-1000nm波段范围内，不同品种水稻的反射率在近红外波段(720-1000nm)处差异较为显著，但在蓝绿光区（400-573nm）和红光区(688-707nm)处差异较小。叶片光谱反射率经一阶微分后可在一定程度上消除品种的影响，不同品种稻株叶片光谱反射率的一阶微分值在可见光区（515-542nm、560-618nm、694-739nm）范围内无显著差异。
　　不同品种水稻受褐飞虱危害后稻株叶片的反射率变化较为一致，随着褐飞虱虫量的增加和危害持续时间的增长，在红光区(650-680nm)内反射率升高，而在绿光区(525-550nm)和近红外光区(733-1000nm)内显著降低。708-1000nm波段内的反射率在各品种水稻中均与褐飞虱的危害虫量相关，是表征褐飞虱虫量的敏感波段。
　　褐飞虱危害后水稻叶片的光谱反射率一阶微分值表现为，随着褐飞虱虫量的增加和危害持续时间的增长，其值在各水稻品种中均表现为在红光区和蓝光区随虫量的增加而减小，而在黄光区则增大。且蓝边区域、黄边区域和红边区域一阶微分曲线所包围的面积均减小。不同品种水稻在分蘖期、拔节期、孕穗期和扬花期开始受褐飞虱危害后，其叶片反射率一阶微分值均对褐飞虱虫量敏感的波段有515-542nm、560-618nm和694-739nm。
　　比较获得了反射率一阶微分值对水稻品种不敏感，但对褐飞虱虫量敏感的光谱波段为515-542nm和560-618nm，利用敏感波段的2个光谱指数DR(515-542)和DR(560-618)建立了褐飞虱虫量(Y)的监测模型，利用2013年孕穗期开始受害18天后所建的模型Y=131.3DR(515-542)-122.9DR(560-618)+7.24。2013年孕穗期模型对2014年孕穗期各水稻品种的褐飞虱虫量（0-40头/株）的回检得到决定系数为R2=0.574(P＜0.001)，RMSE=7.6头/株。
　　选用的8个光谱指数SR、mSR705、MCARI710、CARBlack、ANTGitelson、RVSI、RVSI、NDVI779/558在各水稻品种间均与褐飞虱虫量存在较好的相关性。利用该8个光谱指数建立了水稻不同生育期受褐飞虱危害后虫量(Y)的回归模型。其中2013年孕穗期受害18天后模型为Y=11.4-2.83 SR-44.9 MCARI710+23.2 mSR705+2.69 CARBlack+31.7 ANTGitelson-596.7 RVSI-4.92 SAVI-162.6 NDVI779/554，对2014年孕穗期各品种中褐飞虱危害虫量（0-40头/株）进行预测，预测结果的均方根误差在3.8-5.2头/株之间。
　　利用盆栽水稻进行了不同品种健康和受褐飞虱危害后水稻冠层光谱反射率的测定，结果表明，不同品种水稻健康植株冠层光谱反射率在400-430nm和634-711 nm区域内差异不显著，反射率的一阶微分值在400-495nm和653-685nm内品种间无显著差异。不同品种水稻受褐飞虱危害后的反射率均表现为，随着褐飞虱虫量的增加，在绿光区(530-570 nm)和近红外区(700-1050 nm)降低，在红光区(610-700 nm)则增大。研究得出冠层光谱反射率的一阶微分值对水稻品种不敏感而且对褐飞虱虫量敏感的波段为560-570nm和711-720nm，并组建了基于敏感波段反射率一阶微分值的虫量监测模型。其中2013年孕稳期模型为Y=96.5 DR(560-570)-85.6DR(711-720)+3.62，利用该模型对2014年数据预测，最大误差分别8.7％。
　　选取的6个光谱指数PRI、OSAVI、MCARI710、CARBLACK、 SAVI、DVI3均与褐飞虱危害虫量存在显著的相关性。根据2013年测定的结果，建立了包含6个光谱指数全部在内的虫量回归模型Y=-1888.1PRI+505.2OSAVI-3.86MCARI710+12.9CARBLACK-814.6SAVI+249.2DVI3+267.4，并且利用该模型对2014年测定的结果预测时，预测值与实测值间的均方根误差在15.8-38.2头/丛之间，而田间实际虫量范围为0-410头/丛，误差仅为3.9％-9.3％。
　　测定了健康和受褐飞虱危害后，不同品种水稻叶片的叶绿素SPAD值，结果表明，不同品种水稻的SPAD值存在差异。不同品种水稻的SPAD值均随褐飞虱危害持续时间的延长而均呈下降趋势。但SPAD比值指数RSPAD、RSPAD4/2、 RSPAD6/2对水稻品种相对不敏感，而对褐飞虱虫量敏感，由此2014年分蘖期10水稻品种受不同虫量褐飞虱（0-40头/株）危害20天后，3个指数RSPAD、RSPAD4/2、 RSPAD6/2与虫量建立了回归模型Y=-1.03 RSPAD-70.8RSPAD4/2-39.7RSPAD6/2+112.6，且对10个单独水稻品种的回检误差为4.6-5.9头/株。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1 不同绿色植物的光谱差异

1．1 不同作物的光谱差异

1．2 作物不同品种的光谱差异

1．3 不同水稻品种间的光谱特征

2 影响作物光谱反射率的因素

2．1 植物生理生化因素的影响

2．2 病虫害因素的影响

2．3 施肥水平的影响

2．4 测量方法的影响

2．5 环境条件和栽培制度的影响

3 病虫害危害后作物的光谱特征

3．1 病害

3．2 虫害

4 影响光谱监测病虫害准确性的因素

4．1 光谱监测病虫害的方法及准确性

4．2 影响光谱监测病虫害准确性的因子

5 稻飞虱的光谱监测进展

6 本研究的主要内容

第二章 不同品种水稻受褐飞虱危害后叶片水平的光谱表现

1 材料与方法

1．1 供试水稻品种及种植方法

1．2 褐飞虱的接虫危害

1．3 稻株叶片光谱反射率的测定

1．4 数据分析与建模方法

2 结果与分析

2．1 健康水稻在各生育期的光谱反射率

2．2 受褐飞虱危害后各品种稻株在各生育期的光谱反射率

2．3 不同水稻品种褐飞虱危害虫量的光谱监测模型的组建

3 讨论

第三章 不同品种水稻受褐飞虱危害的冠层光谱监测

1 材料与方法

1．1 供试水稻品种及接虫危害

1．2 接虫方法

1．3 稻株光谱反射率的测定

1．4 数据分析与建模方法

2 结果与分析

2．1 各品种未受害稻株在各生育期的冠层光谱反射率

2．2 受褐飞虱危害后各品种稻株在各生育期的光谱反射率与虫量间的相关性

2．3 光谱指数与褐飞虱虫量间的关系

2．4 基于冠层光谱的褐飞虱虫量监测模型

3 讨论

第四章 不同品种水稻叶片SPAD值与褐飞虱危害的关系

1 材料与方法

1．1 水稻品种与褐飞虱虫源

1．2 不同品种水稻受褐飞虱危害

1．3 SPAD值的测定

1．4 数据分析方法

2 结果与分析

2．1 不同健康水稻品种的SPAD值

2．2 褐飞虱的危害对水稻SPAD值的影响

2．3 虫量与SPAD比值指数的关系

2．4 基于SPAD比值指数的虫量监测回归模型

3 讨论

第五章 全文总结

1 主要结论

2 主要创新与不足

参考文献

致谢