苹果花期冠层高光谱特征及营养元素含量分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇苹果花期冠层高光谱特征及营养元素含量分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要 通过对苹果花期冠层高光谱特征及营养元素含量分析，结果表明，当苹果花氮、磷、钾含量分别为（43.96±2.20）、（6.46±0.23）、（2.95±1.05）g/kg，苹果株产达到最大值；低于最小值41.76、6.14、19.90 g/kg时，苹果株产随氮、磷、钾的含量增加而增加；高于最大值46.16、6.78、22.00 g/kg时，苹果株产随着氮、磷、钾含量的增加而降低。

关键词 苹果；花期；高光谱特征分析；营养元素；含量

中图分类号 S661 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）19-0084-01

在遥感技术的发展中，高光谱技术是其重要的发展方向之一，而要想实现高光谱技术的应用，对光谱特征的研究就显得非常重要，这一研究在一些植被遥感的研究和应用中发挥着重要的作用[1-2]。在苹果的栽培过程中，花期是其最重要的阶段，对其产量和苹果的质量有着非常重要的影响。对苹果花期的高光谱特征进行分析，可以为苹果冠层信息提取、长势监测、营养诊断等相关问题的研究提供可靠的理论依据[3-4]。

1 苹果花期冠层高光谱特征分析

利用对不同样本容量的累加，从而获得稳定的苹果花期冠层高光谱曲线，然后对其高光谱特征进行研究。利用方差分析法，对苹果有花和无花冠层的不同波段的光谱反射率进行分析，对其中可以反映花量多少的敏感波段进行有效地筛选，最后利用对比分析的方法，对不同花期、树龄、品种的光谱曲线差异进行分析，从而得到其对光谱特征的影响。

1.1 不同累计样本容量对苹果花期冠层高光谱特征的影响

将作为样本的120株苹果的花期冠层光谱数据随机分为4组：A（1～30）、B（1～60）、C（1～90）、D（1～120），然后利用以下公式进行计算：

■=■■Ri

其中，■表示n个样本的平均反射率，n表示样本的累积个数，Ri表示第i个光谱反射率，然后对各组数据进行平均值R的求解，最终得到不同累积样本容量条件下，苹果花期冠层高光谱R随着波长变化的相应曲线。从这一曲线可以看出，不同样本容量的R随波长变化而得到的光谱曲线形状及变化趋势非常相近。随着累积样本容量的不断增加，相应的光谱曲线逐渐朝着中间靠拢，说明随着样品容量的增加，光谱曲线的变化越来越稳定，而且整个光谱曲线变得越来越平滑。为了更进一步地研究光谱曲线间的定量关系，可以充分利用各种分析方法，对上述4组光谱曲线在350～2 500 nm间的反射率进行相应的分析，通过计算可以得到相应的系数矩阵ρ。从ρ中可以发现其相关系数全部在0.989以上，这表明不同累积样本容量的光谱曲线彼此之间存在非常高的相似性。

1.2 不同花量对苹果花期冠层高光谱特征的差异性

苹果花期的冠层高光谱与其他植物的明显区别是花量的多少。在进行苹果冠层反射光谱的测定时，利用相机对苹果树进行拍照，利用Photoshop软件对照片进行必要的处理，然后利用Erdas遥感图像处理软件对处理后的照片进行监督分类，最终对苹果树的花、叶面积进行相应的统计，得到相应的花叶比。根据花叶比的具体数值可以将120株样本分为3类：花叶比小于0.2的为a类，其花量较少；花叶比在0.2～0.3的为b类，其花量处于中等水平；花叶比大于0.3的为c类，其花量最大。

在可见光波段中，绿峰处的反射率随着花量的增加而减少，而在红峰处，反射率随着花量的增加而逐渐变大，在近红外波段，反射率随着花量的增加而逐渐减少，在短波红外波段，反射率光谱曲线出现了一定的交叉，此时不同样品容量的光谱曲线差异并不是十分明显。

1.3 不同花量苹果花期量层高光谱的红边特征

红边指的是从680～760 nm的红光区外叶绿素吸收减少部位到近红外高反射区之间的范围，在范围内植物的光谱会出现相应的突然增加，这也是植物所特有的一种光谱特征，这一区域包含着大量的植被信息。一般用来对红边进行描述的主要参数有红边位置λr、红边斜率Dr以及红边面积Sr。

在680～760 nm这一阶段的光谱曲线中，反射率随着波长的增加快速的增长，在700 nm处出现了1个峰值，然后逐渐变小，在700～720 nm的范围内出现了一个相对平缓的下降趋势，在720 nm后出现快速的下降。随着苹果树花量的增加，红边位置λr、红边斜率Dr及红边面积Sr都出现了逐渐减小的趋势，但是红边位置在699～702 nm的范围内变化较小，但是红边斜率Dr及红边面积Sr的变化却非常大。造成这种现象的主要原因是随着花量的增加，苹果树色素含量出现相对减小的缘故[5-6]。

2 苹果花期冠层营养元素含量分析

研究表明，当苹果花氮、磷、钾含量分别为（43.96±2.20）、（6.46±0.32）、（20.95±1.05）g/kg时，苹果株产达到最大值；低于最小值41.76、6.14、19.90 g/kg时，苹果株产随着氮、磷、钾素含量的增加而增加；高于最大值46.16、6.78、22.00 g/kg时，苹果株产随着氮、磷、钾素含量的增加而降低。

3 结语

针对苹果花期，探讨了苹果花期冠层高光谱探测的规范化方法、苹果花与冠层的高光谱特征，建立了基于苹果花与冠层高光谱特征的氮、磷、钾估测模型。但是要全面摸清苹果树的高光谱特征，还需要对苹果的整个生长期进行深入研究。

4 参考文献

[1] 张金恒.基于鲜叶光谱估测氮素营养的新植被指数[J].农业工程学报，2008，24（3）：158-161.

[2] 张喜杰.基于反射光谱的温室黄瓜叶片磷素含量分析与预测[J].光谱学光谱分析，2008，28（10）：10-14.

[3] 朱西存，赵庚星，雷彤，等.苹果花期的冠层高光谱特征研究[J].光谱学与光谱分析，2009（10）：2708-2712.

[4] 朱西存，姜远茂，赵庚星，等.基于模糊识别的苹果花期冠层钾素含量高光谱估测[J].光谱学与光谱分析，2013（4）：1023-1027.

[5] 王凌，赵庚星，朱西存，等.苹果盛果期冠层高光谱与其组分特征的定量模型研究[J].光谱学与光谱分析，2010，30（10）：2719-2723.

[6] 潘蓓，赵庚星，朱西存，等.基于高光谱的苹果树冠层磷素状况估测模型研究[J].红外，2012，33（6）：27-31.