苹果叶片和冠层叶绿素含量高光谱估算模型

• 作 者: 董淼
• 出 处: 新疆农业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 红富士苹果 光谱特性 叶绿素含量 相关分析 植被指数 模型估算

新疆阿克苏红富士苹果(Malus pumila‘Hongfushi’)具有果面光滑、果肉细腻、果香浓郁、果核透明的特点,富含丰富的维生素、纤维素等营养成分,素有“冰糖心”的美誉,其主产区位于阿克苏红旗坡地区,是新疆最重要的特色林果品牌树种之一。由于长期缺少对红富士苹果叶绿素含量高效、便捷、非破坏性的适时监测技术,不利于在大尺度上开展规模种植的红富士苹果的长势和营养状况监测。为此,本文以红富士苹果为研究对象,以红富士苹果叶绿素含量与其叶片、冠层光谱反射率的关系为主线,采用光谱分析与室内叶绿素含量化学分析相结合的方法,分别在叶片和冠层尺度上从红富士苹果光谱反射率、叶绿素含量光谱敏感波段和叶绿素含量光谱估算模型等方面进行了研究,主要研究结果如下:通过对现有植被指数与红富士苹果叶绿素含量进行相关分析表明,叶片尺度下,由于不同植物种类,叶片表层及叶肉结构差异较大,导致现有植被指数与红富士苹果光谱相关系数较低,基于现有植被指数所构建的估测模型拟合精度也不高;在冠层尺度下,不仅存在植物种类差异的问题,而且冠层光谱中还混有树体背景值、枝条、叶脉和果实等多种地物信息,导致基于植被指数所构建的模型预测效果不佳。鉴于此,本研究分别筛选出对叶片和冠层叶绿素含量敏感的波段,分别集中在410～555 nm,650～785 nm,950～1 200 nm,1 800～2 300 nm和357 nm、372 nm、787 nm、825 nm、1 247 nm、1 264nm,以此建立多个衍生变量,利用不同的数学方法建立精度较高的苹果叶片叶绿素含量估测模型。通过对叶片、冠层叶绿素含量反演模型检验精度的分析表明,对光谱数据进行一阶微分处理能够有效的提高其与叶片、冠层叶绿素含量的相关性。利用敏感波段构建衍生变量,分别建立线性、对数、幂、二次多项式、三次多项式、指数等多种回归模型。在叶片尺度下,二次多项式模型估测精度明显优于其它模型,拟合效果最佳,对模型精度的检验也进一步证明了二次多项式模型的精确性和稳定性;在冠层尺度下,线性模型的拟合精度最高,其均方误最小。在构建冠层叶绿素含量高光谱估测模型的过程中,提出了一种借助数码相机图像,提取叶覆盖权重,以此作为尺度转换的媒介,进行多个单叶叶绿素与冠层叶绿素的转换方法,在一定程度上消除了“尺度效应”的影响,提高了树体冠层光谱与叶绿素含量的相关关系,基于转换后冠层叶绿素构建的冠层光谱估算模型精度明显提高。