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1 氮素和盐碱胁迫下作物与土壤的光谱特征研究进展1

1.1 氮素胁迫下作物光谱特征研究进展2

1.1.1 作物氮素营养的重要性及存在问题2

1.1.2 精准农业与精准变量施肥3

1.1.3 作物氮素营养诊断的常规方法及存在问题4

1.1.4 基于作物光谱特征的氮素营养遥感诊断方法6

1.1.5 作物氮素诊断存在的主要问题18

1.2 盐碱胁迫下作物与土壤光谱特征研究进展19

1.2.1 土壤盐渍化程度预测研究背景19

1.2.2 土壤盐渍化程度预测国内外研究现状及分析21

1.3 本研究的目的与意义28

2 研究思路与研究方法30

2.1 氮素胁迫下作物光谱特征及氮素诊断研究30

2.1.1 研究内容30

2.1.2 技术路线30

2.1.3 试验设计30

2.1.4 试验期间当地气温和降雨量变化情况35

2.1.5 测定方法35

2.2 盐碱胁迫下土壤与作物光谱特征及龟裂碱土盐渍化程度预测研究41

2.2.1 研究内容41

2.2.2 研究目标42

2.2.3 研究方案43

2.2.4 技术路线43

2.2.5 试验设计44

2.2.6 光谱测量仪器45

2.2.7 土壤样品采集与处理46

2.2.8 光谱数据处理与方法46

3 基于冠层反射光谱的作物氮素营养和叶绿素诊断47

3.1 作物地上部分氮素含量和叶片色素含量的变化48

3.1.1 作物全氮含量在各生育期的变化48

3.1.2 作物硝态氮含量变化及其与全氮含量之间的相关性49

3.1.3 作物叶片色素在各生育期的变化50

3.1.4 作物全氮含量与叶片色素之间的相关性55

3.2 氮素胁迫下作物冠层光谱特征曲线56

3.2.1 不同生育期不同氮素水平下冬小麦光谱特征曲线56

3.2.2 不同生育期不同氮素水平下夏玉米光谱特征曲线59

3.3 从作物光谱中提取作物含氮量和叶绿素含量的可行性分析60

3.3.1 氮素和叶绿素敏感波段的确定60

3.3.2 冠层NDVI和RVI与植株全氮和叶片叶绿素含量的关系65

3.3.3 常见光谱指数与冬小麦含氮量和叶绿素含量的关系68

3.4 基于作物光谱特征的氮素和叶绿素含量估算模型71

4 基于作物光谱特征的长势及产量估测74

4.1 基于作物光谱特征的生物量估测74

4.1.1 作物地上部分生物量的变化趋势74

4.1.2 作物冠层单波段反射率与植株地上部分生物量的相关分析75

4.1.3 作物冠层植被指数与植株地上部分生物量的相关分析77

4.1.4 建立基于作物光谱特征的生物量估算模型78

4.2 基于作物光谱特征的夏玉米LAI估测78

4.2.1 夏玉米地上部分LAI的变化趋势78

4.2.2 夏玉米LAI与地上部分全氮含量的相关分析79

4.2.3 夏玉米LAI与单波段反射率的关系79

4.2.4 夏玉米LAI与常见植被指数的关系80

4.2.5 夏玉米LAI与冠层NDVI的回归分析82

4.3 基于作物光谱特征的产量估测82

4.3.1 作物产量组成成分与产量的关系83

4.3.2 作物冠层单波段反射率与产量组成及产量的相关分析84

4.3.3 常见植被指数与作物产量组成及产量的相关分析86

4.3.4 基于作物冠层NDVI的产量预测87

5 不同品种夏玉米光谱特征及其与农学参量相关性的研究91

5.1 不同品种夏玉米农学参量的变化92

5.2 不同品种夏玉米光谱反射率的差异93

5.2.1 利用DUNCAN法分析不同品种单波段反射率的差异93

5.2.2 利用DUNCAN法分析不同品种在整个光谱波段反射率的差异94

5.2.3 利用F检验分析不同品种单波段反射率的差异95

5.3 作物冠层光谱与作物农学参量的相关性97

5.3.1 作物冠层单波段反射率与植株地上部分农学参量的相关分析97

5.3.2 作物冠层植被指数与植株地上部分农学参量的相关分析99

5.3.3 冠层GRVI对植株地上部分农学参量的估测102

6 基于GreenSeeker的冬小麦植被指数的氮素诊断研究103

6.1 GreenSeeker光谱仪测定的植被指数104

6.2 两种光谱仪测定的植被指数与植被农学参量间的异同106

6.2.1 两种光谱仪测定的植被指数差异106

6.2.2 不同生育期冬小麦植被指数（NDVI和RVI）与相应时期农学参量的关系107

7 基于作物光谱特征的施氮模型研究111

7.1 原始施氮模型简介112

7.1.1 原始模型1112

7.1.2 原始模型2113

7.2 建立基于作物光谱特征的施氮模型114

7.2.1 作物地上部分吸氮量与冠层光谱的关系114

7.2.2 应用GreenSeeker光谱仪对原始模型1的验证120

7.2.3.冬小麦施氮模型的建立123

7.2.4 夏玉米施氮模型的建立126

8 长期试验地不同养分胁迫条件下作物光谱特征研究130

8.1 长期施肥试验地情况介绍131

8.1.1 试验设计131

8.1.2 光谱数据及其他指标的测定131

8.2 长期试验地夏玉米光谱特征及对叶绿素和LAI的估测132

8.2.1 不同生育期玉米叶片叶绿素含量和LAI的变化133

8.2.2 不同生育期玉米冠层光谱反射率的变化134

8.2.3 不同波段反射率与植株叶片叶绿素和LAI的关系136

8.2.4 不同组合波段的NDVI与叶片叶绿素和LAI的关系136

8.3 长期定位试验地作物冠层光谱特征及养分预测研究138

8.3.1 收获期玉米秸秆氮、磷、钾含量差异139

8.3.2 不同波段反射率与玉米氮、磷、钾及产量的关系139

8.4 长期试验作物光谱特征对主要养分吸收量的预测142

8.4.1 收获期作物地上部分养分吸收情况143

8.4.2 不同作物典型生育期冠层光谱特征差异144

8.4.3 不同施肥处理间作物光谱特征差异145

8.4.4 作物冠层光谱反射率与主要养分吸收量的相关性146

8.4.5 作物养分吸收量预测模型的建立149

8.4.6 作物养分吸收量预测模型的验证150

9 典型龟裂碱土光谱特征分析及盐渍化程度预测研究151

9.1 龟裂碱土表层盐渍化信息指标和光谱特征变化规律152

9.1.1 龟裂碱土表层盐渍化信息指标变化规律152

9.1.2 碱化土壤pH与ESP的关系154

9.1.3 龟裂碱土表层光谱特征变化规律154

9.2 龟裂碱土表层碱化程度预测156

9.2.1 龟裂碱土表层土壤光谱与pH的相关性156

9.2.2 龟裂碱土表层土壤光谱与ESP的相关性159

9.2.3 土壤碱化指标的预测模型160

9.3 龟裂碱土表层盐化信息预测162

9.3.1 表层土壤光谱与全盐含量的相关性162

9.3.2 表层土壤光谱与土壤阴离子含量的相关性163

9.3.3 表层土壤光谱与土壤阳离子含量的相关性164

9.3.4 土壤盐分指标预测模型的建立165

9.3.5 土壤盐分预测模型的验证168

10 龟裂碱土对其上覆植被冠层光谱特征及长势预测的影响170

10.1 试验基本情况171

10.1.1 试验地基本情况171

10.1.2 不同生育期土壤指标171

10.1.3 光谱数据及其他指标的测定172

10.1.4 部分光谱数据处理方法172

10.1.5 预测模型的建立与验证173

10.2 龟裂碱土上覆植被冠层光谱特征173

10.2.1 向日葵冠层光谱特征173

10.2.2 土壤背景对龟裂碱土上覆植被冠层光谱特征的影响174

10.2.3 不同碱化程度下向日葵不同生育期光谱特征175

10.2.4 不同碱化程度下向日葵不同生育期红边光谱特征176

10.2.5 不同碱化程度土壤与向日葵红边参数的相关性分析178

10.3 基于作物冠层光谱特征对其叶片叶绿素和LAI的预测178

10.3.1 不同生育期向日葵生理参数的变化178

10.3.2 不同生育期冠层光谱与向日葵叶片叶绿素和LAI的关系179

10.3.3 上覆植被叶片叶绿素和LAI的反演模型182

10.3.4 上覆植被叶片叶绿素和LAI模型的验证184

11 典型龟裂碱土光谱特征主要影响因素研究186

11.1 典型龟裂碱土光谱特征主要影响因素研究实验介绍187

11.1.1 试验地基本情况187

11.1.2 土壤样品采集与处理187

11.1.3 光谱数据的测定187

11.1.4 光谱数据的处理187

11.2 典型龟裂碱土土壤水分光谱特征及预测研究188

11.2.1 不同水分条件下龟裂碱土光谱特征分析188

11.2.2 土壤光谱反射率变换与土壤水分相关分析189

11.2.3 龟裂碱土水分含量的光谱反射率反演模型建立191

11.2.4 龟裂碱土水分含量模型验证192

11.3 典型龟裂碱土土壤光谱特征主要影响因素研究193

11.3.1 不同碱化程度龟裂碱土野外光谱特征193

11.3.2 不同碱化程度龟裂碱土室内光谱特征194

11.3.3 不同粒径条件下龟裂碱土光谱特征195

11.3.4 不同表面粗糙度条件下龟裂碱土光谱特征195

12 基于水稻冠层植被指数的龟裂碱土盐渍化信息预测研究197

12.1 试验介绍198

12.1.1 试验材料198

12.1.2 试验设计198

12.1.3 光谱数据的测量及其他指标的测定198

12.2 基于水稻光谱特征的龟裂碱土碱化程度预测199

12.2.1 水稻不同生育期植被指数的变化规律199

12.2.2 植被指数与土壤pH的关系199

12.2.3 植被指数对土壤pH和ESP的估算200

12.3 基于水稻光谱特征的龟裂碱土盐化程度预测201

12.3.1 水稻不同生育期NDVI和土壤盐分的变化201

12.3.2 不同生育期水稻冠层NDVI与土壤盐分指标之间的关系202

13 讨论与结论205

13.1 氮素胁迫下作物光谱特征与其生理指标的关系205

13.2 不同营养元素胁迫下作物光谱特征异同点207

13.3 盐碱胁迫下作物土壤光谱特征及对土壤盐渍化信息的预测209

13.4 存在问题及研究展望211

13.4.1 存在问题211

13.4.2 研究展望212

参考文献213

后记235