基于高光谱参数建立苗期高温条件下草莓叶片叶绿素含量估算模型

摘要

以“红颜”草莓(Fragaria×ananassa Duch“Benihope”)为试材,于2021年9-11月在人工气候室进行苗期(9~12片真叶,叶长≥5cm)动态高温环境控制实验,日最高温度以32℃为起点,设置日最高气温/日最低气温分别为32℃/22℃、35℃/25℃、38℃/28℃和41℃/31℃共4个水平,持续时间分别为2d、5d、8d和11d,以28℃/18℃为对照(CK)。试验期间空气相对湿度60%~70%,光周期12h/12h(6:00-18:00),光照强度800μmol·m^(-2)·s^(-1)。测定不同处理下叶片叶绿素含量及高光谱反射率,对原始光谱进行变换,从而细化光谱特征信息。在相关分析的基础上,建立原始和一阶敏感波段植被指数,进而筛选出表征叶绿素含量的光谱特征参数,以期构建叶绿素含量最佳估算模型。结果表明:(1)随着温度的升高和高温持续时间的延长,草莓叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素(a+b)含量呈下降趋势。(2)草莓叶片原始光谱在可见光区域均存在绿峰和红谷,除绿峰和红谷外各处理间差异不明显,高温条件下的近红外区域反射率与CK相比出现不同程度的上升。与原始光谱相比,一阶导数光谱曲线震荡更剧烈,且能够显著突出红边参数特征,各处理的红边位置λ_(r)稳定在716nm,红边幅值D_(r)与红边面积S_(r)差异显著;而在连续统去除光谱中各处理的绿峰(550nm附近)和红谷(675nm附近)被完全突显出来。(3)在光谱反射率与叶绿素含量相关性分析的基础上,选取原始光谱与一阶导数光谱在可见光和近红外波段相关性最强的R_(747)、R_(800)和R’_(716)、R’_(906)为敏感波段组合,构建植被指数。(4)PVI、MSAVI、TSAVI、TSAVI’、DVI’、MSAVI’、PVI’、SAVI’、D_(r)和S_(r)指数与叶绿素含量相关性达极显著水平,可作为表征设施草莓叶片叶绿素含量对苗期高温胁迫响应的高光谱特征参数。其中以TSAVI、DVI’和PVI’植被指数建立的逐步回归模型为叶绿素含量最佳估算模型,其决定系数(R^(2))为0.843,均方根误差(RMSE)为0.379,相对误差(RE)为12.65%。