第 29 卷 第 13 期 农 业 工 程 学 报 Vol.29 No.13 114 2013 年 7 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jul. 2013 农 业 信 息 与 电 气 技 术 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 高 光 谱 估 测 冯 伟, 王 晓 宇, 宋 晓, 贺 利, 王 晨 阳, 郭 天 财 ( 河 南 农 业 大 学 国 家 小 麦 工 程 技 术 研 究 中 心, 郑 州 450002) 摘 要 : 为 了 明 确 病 害 胁 迫 下 作 物 生 长 特 征 及 其 危 害 程 度, 基 于 大 田 小 区 和 盆 栽 小 麦 白 粉 病 接 种 试 验, 在 病 害 胁 迫 下 不 同 生 育 时 期 测 定 群 体 光 谱 及 叶 绿 素 密 度 综 合 分 析 群 体 光 谱 反 射 率 一 阶 微 分 及 传 统 光 谱 特 征 参 数 与 冠 层 叶 绿 素 密 度 间 关 系, 建 立 病 害 叶 绿 素 密 度 估 算 模 型 并 检 验 结 果 表 明, 随 病 情 指 数 增 加, 叶 绿 素 含 量 下 降, 不 同 感 性 品 种 均 如 此, 对 白 粉 病 易 感 品 种 的 危 害 较 重 病 害 冠 层 叶 绿 素 密 度 与 红 光 600~630 nm 和 红 边 690~718 nm 的 反 射 率 及 红 边 长 波 段 (718~756 nm) 的 一 阶 微 分 间 相 关 性 最 显 著 在 传 统 植 被 指 数 中, 以 SDr/SDb 和 VOG3 为 变 量 的 估 测 模 型 拟 合 精 度 较 高, 决 定 系 数 R 2 分 别 为 0.752 和 0.723, 模 型 检 验 相 对 误 差 (RE) 最 小,RE 分 别 为 18.0% 和 18.6% 利 用 红 边 区 域 (680~760 nm) 波 段 差 异 特 性, 选 取 680 718 和 756 nm 波 段 新 建 红 边 角 度 指 数 (REAI), 较 传 统 植 被 指 数 的 模 型 拟 合 精 度 更 高, 归 一 化 角 度 指 数 NDAI (α,β) 和 比 值 角 度 指 数 RAI (α,β) 的 R 2 分 别 为 0.783 和 0.776, 模 型 检 验 误 差 更 小,RE 分 别 为 16.8% 和 17.5% 因 此,NDAI (α,β) 是 估 测 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 可 靠 指 标, 对 利 用 该 模 型 监 测 小 麦 光 合 潜 力 和 病 害 影 响 评 价 具 有 积 极 意 义 关 键 词 : 光 谱 分 析, 叶 绿 素, 模 型, 估 测, 白 粉 病 胁 迫, 冬 小 麦 doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2013.13.016 中 图 分 类 号 :Q657.3 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1002-6819(2013)-13-0114-10 冯 伟, 王 晓 宇, 宋 晓, 等. 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 高 光 谱 估 测 [J]. 农 业 工 程 学 报,2013,29(13): 114-123. Feng Wei, Wang Xiaoyu, Song Xiao, et al. Hyperspectral estimation of canopy chlorophyll density in winter wheat under stress of powdery mildew[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(13): 114-123. (in Chinese with English abstract) 0 引 言 光 合 作 用 中 吸 收 光 能 的 植 物 色 素 有 叶 绿 素 和 类 胡 萝 卜 素, 其 中 叶 绿 素 是 主 要 的 吸 收 光 能 物 质, 其 含 量 高 低 与 光 合 能 力 发 育 时 期 和 营 养 水 平 关 系 密 切, 可 敏 感 指 示 环 境 胁 迫 光 合 潜 力 和 阶 段 发 育 [1-2] 小 麦 白 粉 病 是 世 界 性 病 害, 中 国 在 20 世 纪 70 年 代 以 前 主 要 在 西 南 及 山 东 沿 海 局 部 发 病 严 重, 随 后 发 生 范 围 不 断 扩 大, 危 害 程 度 加 重, 导 致 叶 片 退 绿 发 黄, 叶 绿 素 含 量 降 低, 严 重 影 响 小 麦 光 合 作 用 [3-4] 因 此, 通 过 快 速 光 谱 测 试 实 时 无 损 估 算 胁 迫 下 叶 绿 素 含 量, 对 作 物 病 害 及 群 体 光 合 能 力 进 行 有 效 评 价, 在 作 物 精 确 诊 断 和 高 效 管 理 中 具 有 重 要 意 义 绿 色 植 物 典 型 的 光 谱 特 征, 在 可 见 光 范 围 内 主 收 稿 日 期 :2012-12-15 修 订 日 期 :2013-05-31 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 (30900867) 和 现 代 农 业 ( 小 麦 ) 产 业 技 术 体 系 (MATS) 专 项 资 助 作 者 简 介 : 冯 伟 (1976-), 男, 博 士, 副 研 究 员, 主 要 从 事 小 麦 生 长 监 测 与 遥 感 应 用 研 究 郑 州 国 家 小 麦 工 程 技 术 研 究 中 心,450002 Email: fengwei78@126.com 通 信 作 者 : 郭 天 财 (1953-), 男, 教 授, 博 导, 主 要 从 事 小 麦 生 态 与 高 产 栽 培 技 术 研 究 郑 州 郑 州 国 家 小 麦 工 程 技 术 研 究 中 心,450002 Email: tcguo888@sina.com 要 受 色 素 影 响, 而 在 近 红 外 区 域 主 要 受 叶 片 内 部 结 构 生 物 量 和 含 水 量 等 影 响 因 此, 可 以 利 用 植 被 光 谱 信 息 特 征 来 估 算 叶 绿 素 含 量 [5-6] [7] Horler 等 研 究 了 植 被 光 谱 与 叶 绿 素 浓 度 的 关 系, 提 出 反 射 光 谱 红 边 位 置 可 指 示 植 被 叶 绿 素 浓 度 变 化 由 于 红 边 一 阶 微 分 数 据 的 离 散 性, 传 统 算 法 的 红 边 位 置 对 叶 绿 [8-9] 素 含 量 反 演 产 生 较 大 偏 差,Miller 等 和 Cho 等 分 别 利 用 倒 高 斯 光 学 模 型 和 线 性 外 推 法 修 正 了 红 边 位 置 算 法, 对 叶 绿 素 状 况 的 估 算 取 得 了 较 好 效 果 Blackburn [10-11] 发 现, 冠 层 和 叶 片 尺 度 上 色 素 浓 度 与 反 射 光 谱 的 一 阶 和 二 阶 导 数 极 显 著 相 关, 并 利 用 叶 绿 素 特 征 吸 收 波 段 470 635 和 680 nm 构 造 了 [12] 适 宜 估 算 叶 绿 素 状 况 的 光 谱 指 数, 但 Sims 等 进 一 步 研 究 表 明,550 700 nm 较 680 nm 反 射 率 对 叶 [13] 绿 素 更 敏 感 孟 庆 野 等 在 PROSPECT+SAIL 辐 射 传 输 物 理 模 型 基 础 上 对 红 边 特 征 进 行 相 关 分 析, 引 入 红 边 红 谷 和 绿 峰 3 个 敏 感 波 段, 提 出 了 改 进 转 换 叶 绿 素 吸 收 反 射 指 数 (modified transformed chlorophyll absorption ratio index,mtcari) 以 上 研 究 均 基 于 植 被 健 康 生 长 条 件 下 利 用 光 谱 分 析 技 术 估 算 叶 绿 素 含 量, 但 当 作 物 遭 受 病 害 胁 迫 后, 植 株 生 物 量 下 降, 叶 绿 素 和 水 分 减 少, 叶 片 结 构 破
第 13 期 冯 伟 等 : 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 高 光 谱 估 测 115 坏, 在 光 谱 特 征 上 常 表 现 为 可 见 光 和 短 波 红 外 波 段 光 谱 反 射 率 增 加, 近 红 外 波 段 减 小, 这 与 绿 色 植 被 典 型 光 谱 特 征 存 在 很 大 差 异 [14-15] 前 人 研 究 确 立 的 健 康 植 被 条 件 下 其 叶 绿 素 遥 感 估 测 指 标 及 模 型 很 难 适 用 于 病 虫 危 害 后 植 被 叶 绿 素 状 况 的 遥 感 监 测 与 评 价 近 年 来 作 物 病 虫 害 光 谱 分 析 与 监 测 评 价 相 结 合 逐 渐 受 到 众 多 学 者 的 广 泛 关 注, 目 前 有 关 病 虫 危 害 后 植 被 理 化 参 数 遥 感 监 测 的 研 究 报 道 较 少, 而 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 光 谱 估 测 尚 未 见 报 道 本 文 开 展 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 高 光 谱 估 测 研 究, 建 立 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 反 演 模 型, 以 期 用 简 便 无 损 的 遥 感 技 术 估 测 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度, 为 大 面 积 遥 感 监 测 小 麦 病 害 光 合 能 力 及 估 产 提 供 理 论 依 据 和 技 术 支 持 1 材 料 与 方 法 1.1 试 验 设 计 试 验 1(EXP.1) 于 2009-2010 年 在 河 南 农 业 大 学 科 教 示 范 园 区 大 田 进 行 供 试 材 料 为 对 白 粉 病 表 现 易 感 的 品 种 偃 展 4110 和 豫 麦 34, 中 感 品 种 周 麦 18 和 郑 麦 366 前 茬 为 玉 米, 土 壤 为 砂 壤 土, 播 前 0~30 cm 土 壤 有 机 质 质 量 分 数 8.3 g/kg, 全 氮 0.87 g/kg, 速 效 磷 24.44 mg/kg, 速 效 钾 124.32 mg/kg, 施 肥 量 为 270 kg/hm 2 纯 氮 120 kg/hm 2 P 2 O 5 和 90 kg/hm 2 K 2 O 试 验 设 计 为 3 次 重 复, 小 区 面 积 为 20.3 m 2 10 月 15 日 播 种, 三 叶 期 定 苗, 各 小 区 栽 培 管 理 均 一 致, 其 他 同 一 般 高 产 麦 田 同 时 在 病 圃 田 培 养 偃 展 4110 等 易 感 材 料, 作 为 试 验 接 种 的 病 菌 来 源 依 据 接 种 频 次 设 定 重 (1 d 接 种 一 次,I3) 中 (2 d 接 种 一 次,I2) 和 轻 (3 d 接 种 一 次,I1)3 个 接 种 等 级 处 理, 另 设 不 接 种 的 对 照 区 (I0) 小 麦 拔 节 期 开 始 接 种 白 粉 病 菌, 一 直 持 续 至 最 低 级 别 处 理 开 始 表 现 明 显 发 病 症 状 时 停 止 人 工 接 种 小 麦 抽 穗 期 开 始 染 病, 冠 层 光 谱 测 试 和 采 样 时 期 为 花 后 3 d 花 后 15 d 和 花 后 25 d 试 验 2(EXP.2) 于 2009-2010 年 在 河 南 农 业 大 学 科 教 示 范 园 区 温 棚 进 行 试 验 材 料 为 易 感 品 种 偃 展 4110 和 豫 麦 49, 中 感 品 种 矮 抗 58 和 郑 麦 366 土 壤 为 过 筛 后 砂 壤 土, 每 盆 装 土 15 kg, 盆 面 直 径 25 cm, 花 盆 埋 于 陆 地, 盆 面 高 出 地 面 2 cm, 所 用 肥 料 同 大 田, 施 用 量 为 2 倍 大 田 10 月 18 日 播 种, 三 叶 期 定 苗 在 拔 节 后 期 进 行 白 粉 病 接 种, 依 据 接 种 量 大 小 和 频 次 设 定 重 中 和 轻 3 个 接 种 等 级, 另 设 不 接 种 的 对 照 区 小 麦 孕 穗 期 开 始 染 病, 冠 层 光 谱 测 试 和 采 样 时 期 为 抽 穗 期 和 花 后 10 d, 测 定 时 分 单 盆 2 盆 并 和 4 盆 并 进 行,3 种 方 式 均 测 定 2 组 数 据 试 验 3(EXP.3) 于 2010-2011 年 在 河 南 农 业 大 学 国 家 小 麦 工 程 技 术 研 究 中 心 病 圃 田 进 行 供 试 材 料 为 易 感 品 种 偃 展 4110 和 西 农 979, 中 感 品 种 矮 抗 58 土 壤 为 砂 壤 土, 播 前 0~30 cm 土 壤 有 机 质 质 量 分 数 16.3 g/kg, 全 氮 1.22 g/kg, 速 效 磷 35.65 mg/kg, 速 效 钾 114.68 mg/kg, 施 肥 量 为 270 kg/hm 2 纯 氮 120 kg/hm 2 P 2 O 5 和 90 kg/hm 2 K 2 O 依 据 接 种 量 大 小 和 频 次 设 置 4 个 接 种 梯 度 处 理,2 次 重 复, 小 区 面 积 为 8.1 m 2 10 月 15 日 播 种, 三 叶 期 定 苗, 各 小 区 栽 培 管 理 均 一 致, 其 他 同 一 般 高 产 麦 田 小 麦 孕 穗 期 开 始 染 病, 冠 层 光 谱 测 试 和 采 样 时 期 为 抽 穗 期 和 花 后 15 d 1.2 测 定 项 目 与 方 法 1.2.1 光 谱 数 据 获 取 小 麦 冠 层 光 谱 测 定 采 用 FieldSpec HandHeld 手 持 便 携 式 光 谱 分 析 仪 ( 美 国 ASD 公 司 生 产 ), 波 段 值 为 325~1 075 nm, 光 谱 采 样 间 隔 为 1.6 nm, 光 谱 分 辨 率 为 3.5 nm, 探 头 视 场 角 25 冠 层 光 谱 测 定 选 择 在 天 气 晴 朗 无 风 或 风 速 很 小 时 进 行, 北 京 时 间 10:00~14:00, 传 感 器 探 头 垂 直 向 下, 距 冠 层 顶 垂 直 高 度 约 1.0 m, 地 面 视 场 范 围 直 径 为 0.44 m 测 量 过 程 中 及 时 进 行 标 准 白 板 校 正, 以 10 条 光 谱 为 一 采 样 光 谱, 每 个 采 样 点 记 录 10 个 光 谱, 以 其 平 均 值 作 为 该 点 的 光 谱 反 射 率 1.2.2 病 情 指 数 调 查 在 各 小 区 随 机 调 查 30 株 小 麦 发 病 程 度, 严 重 度 具 体 分 9 个 等 级 : 即 0 1% 10% 20% 30% 45% 60% 80% 和 100%, 分 别 记 录 各 严 重 度 的 小 麦 叶 片 数, 然 后 利 用 式 (1) 算 出 病 情 指 数 [16] : ( x f) DI(%) = 100 (1) n f 式 中,x 为 各 梯 度 的 级 值,n 为 最 高 梯 度 值 为 9,f 为 各 梯 度 的 叶 片 数 1.2.3 冠 层 叶 绿 素 密 度 测 定 与 光 谱 测 量 同 步, 每 小 区 取 有 代 表 性 单 茎 12 个, 分 2 份 分 别 测 定 叶 绿 素 含 量 和 生 物 量 叶 绿 素 含 量 测 定 时, 取 叶 片 中 部 0.1 g 剪 成 细 丝, 用 无 水 乙 醇 和 丙 酮 (v/v=1/1) 混 合 液 暗 处 提 取, 用 紫 外 可 见 分 光 光 度 计 测 定 470 645 和 663 nm 处 的 吸 光 度, [17] 然 后 参 考 Lichtenthaler 方 法 计 算 叶 绿 素 含 量 将 叶 片 质 量 乘 以 对 应 叶 片 叶 绿 素 含 量, 即 得 单 位 土 地 面 积 绿 叶 片 的 叶 绿 素 总 量 ( 干 物 质 量 ), 作 为 冠 层 叶 片 叶 绿 素 密 度 (kg/hm 2 ) 1.3 数 据 分 析 与 利 用 由 于 光 谱 仪 采 集 的 是 离 散 数 据, 因 此 采 用 式 (2) 计 算 光 谱 反 射 率 的 一 阶 微 分 值 [18]
116 农 业 工 程 学 报 2013 年 dr( λi) R( λi+ 1) R( λi 1) R ( λi ) = = (2) dλ 2Δλ 式 中,R(λ i ) 为 λ i nm 处 的 光 谱 反 射 率,R (λ i ) 是 λ i 处 的 一 阶 微 分,λ i 是 第 i 个 通 道 的 波 长 在 一 阶 微 分 中 提 取 了 红 边 特 征, 其 在 680~760 nm 之 间 反 射 率 增 长 很 快, 为 健 康 植 被 的 显 著 光 谱 特 征 [14,18] 参 考 相 关 文 献 选 用 了 不 同 类 型 光 谱 参 数, 在 Matlab 语 言 环 境 下 编 程 实 现 了 光 谱 指 数 与 叶 绿 素 密 度 间 相 关 系 数 运 算, 选 择 8 个 与 叶 绿 素 含 量 最 显 著 相 关 的 光 谱 特 征 参 数 列 于 表 1 以 试 验 1 和 试 验 2 资 料 为 基 础, 对 常 见 特 征 光 谱 指 数 与 冠 层 叶 绿 素 密 度 间 进 行 相 关 回 归 分 析, 优 选 和 构 建 敏 感 光 谱 参 数, 建 立 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 监 测 模 型 利 用 试 验 3 独 立 资 料 对 所 筛 选 建 立 的 模 型 进 行 测 试 和 检 验, 采 用 预 测 精 度 (R 2 ) 均 方 根 误 差 (RMSE, 式 (3)) 和 相 对 误 差 (RE, 式 (4)) 等 统 计 指 标 进 行 评 价 1 RMSE = P O n 2 ( i i) (3) n i= 1 Pi Oi ( ) n 1 RE = 100% (4) n i= 1 Oi 式 中,P i 和 O i 分 别 为 估 测 值 和 观 察 值,n 为 样 本 数 2 光 谱 参 数 Spectral parameter RVI (810,560) 表 1 本 研 究 采 用 的 高 光 谱 参 数 算 法 及 出 处 Table 1 Summary of different hyperspectral parameters used in this study 定 义 与 算 法 Definition and algorithm 810 nm 与 560 nm 处 反 射 率 比 值 Ratio of reflectance at 810 nm to 560 nm R810/R560 参 考 文 献 Reference Rouse et al. (1974) [19] GM1 VOG3 msr705 PSSRb 750 nm 与 550 nm 处 反 射 率 比 值 Ratio of reflectance at 750 nm to 550 nm R750/R550 红 边 光 谱 比 值 植 被 指 数 Red edge reflectance ratio indices (R734-R747)/(R715+R720) 修 正 SR705 简 单 比 值 指 数 Simple ratio indices modified on SR705 (R750-R445)/(R705-R445) 特 定 色 素 简 单 比 值 法 Pigment specific simple ratio R800/R635 Gitelson and Merzlyak (1994) [20] Zarco-Tejada et al. (2001) [21] Sims & Gamon (2002) [12] Blackburn (1998) [10] ZM SDr/SDb 750 nm 与 710 nm 处 反 射 率 比 值 Ratio of reflectance at 750 nm to 710 nm R750/R710 红 蓝 边 面 积 比 Radio of the red-edge integral areas and the blue-edge integral areas 755 530 Ri+ 1 Ri 1 Ri+ 1 Ri 1 i= 680 i= 490 ( )/2 ( )/2 基 于 倒 高 斯 模 型 的 红 边 位 置 Red edge position obtained from inverted gaussian fitting technique Gupta et al. (2003) [22] Feng et al. (2008) [23] 2 REP IG ( λ0 λ) Miller et al. (1990) [8] R( λ) = Rs ( Rs R0 )exp 2 2σ REP IG = λ i +σ 注 :R 和 λ 分 别 表 示 原 始 光 谱 反 射 率 和 波 长,R s 为 近 红 外 区 域 肩 反 射 率,R 0 为 近 红 外 区 域 低 谷 反 射 率,σ 为 高 斯 模 型 变 异 参 数 Notes: R and λ denote spectral reflectance and wavelength respectively.r s is the shoulder spectral reflectance within the red edge (680 760 nm), R 0 is the minimum spectral reflectance at wavelength λ 0 corresponding to the chlorophyll absorption well, and σ is the Gaussian function deviation parameter. 2 结 果 与 分 析 2.1 不 同 接 种 等 级 下 小 麦 叶 绿 素 含 量 和 病 情 指 数 的 的 变 化 以 试 验 1 的 易 感 品 种 偃 展 4110 和 中 感 品 种 周 麦 18 为 例, 说 明 不 同 接 种 处 理 对 叶 绿 素 含 量 和 病 情 指 数 的 影 响 从 表 2 可 以 看 出, 在 病 菌 感 染 的 灌 浆 期 随 灌 浆 进 程 小 麦 叶 绿 素 含 量 呈 下 降 趋 势,2 品 种 一 致 随 接 种 等 级 增 加, 植 株 发 病 严 重, 病 情 指 数 升 高, 叶 绿 素 含 量 下 降 ; 且 随 发 病 日 期 延 长, 病 情 指 数 增 加, 病 害 对 叶 绿 素 的 影 响 加 重 品 种 间 比 较, 易 感 品 种 偃 展 4110 发 病 速 度 更 快, 叶 绿 素 含 量 损 失 更 多 就 单 个 品 种 单 个 时 期 而 言, 病 情 指 数 与 叶 绿 素 含 量 呈 显 著 负 相 关 (r<-0.60 ** ), 但 受 病 害 侵 染 时 段 和 品 种 差 异 的 影 响, 叶 绿 素 含 量 与 病 情 指 数 间 总 体 相 关 性 不 显 著 对 于 作 物 病 虫 害 反 射 率 光 谱 而 言, 主 要 受 叶 绿 素 细 胞 结 构 以 及 冠 层 结 构 的 影 响, 病 情 则 加 重 叶 绿 素 含 量 的 损 失 和 冠 层 结 构 的 破 坏, 为 利 用 高 光 谱 特 征 参 数 评 价 病 害 胁 迫 下 叶 绿 素 损 失 状 况 提 供 理 论 依 据
第 13 期 冯 伟 等 : 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 高 光 谱 估 测 117 表 2 不 同 接 种 等 级 下 小 麦 叶 绿 素 含 量 和 病 情 指 数 的 变 化 Table 2 Changes of disease index and chlorophyll content under different inoculation degree of powdery mildew in winter wheat 品 种 Variety 偃 展 4110 Yanzhan411 0 周 麦 18 Zhoumai18 接 种 等 级 Inoculation degree 灌 浆 初 期 Early filling 灌 浆 中 期 Middle filling 灌 浆 后 期 Late filling 病 情 指 数 Disease index Chl 质 量 分 数 Chl content/ (mg g -1 ) 病 情 指 数 Disease index Chl 质 量 分 数 Chl content/ (mg g -1 ) 病 情 指 数 Disease index Chl 质 量 分 数 Chl content/ (mg g -1 ) I0 2.15a 6.66a 4.02a 3.12a 5.23a 2.95a I1 18.32b 6.62a 31.36b 3.02ab 54.47b 2.46b I2 32.35c 6.42a 49.56c 2.68bc 72.33c 2.02c I3 46.91d 5.65b 67.17d 2.56c 92.43d 1.89c I0 0.00a 5.06a 1.54a 3.16a 2.32a 3.27a I1 2.86b 4.88ab 4.31b 3.06ab 7.07b 3.06ab I2 10.54c 4.69ab 14.58c 2.95ab 17.05c 2.89ab I3 14.82d 4.39b 22.82d 2.85b 29.34d 2.82b 注 : 均 值 后 字 母 不 同 表 示 差 异 显 著, 小 写 表 示 5% 显 著 水 平 Note: Means which are significantly are followed letters, small letters indicate the difference at 5% levels. 2.2 不 同 叶 绿 素 密 度 下 小 麦 光 谱 反 射 率 的 变 化 特 征 白 粉 病 侵 染 小 麦 后 阻 碍 叶 片 叶 绿 素 的 合 成 和 光 合 作 用 的 顺 利 进 行, 进 而 影 响 小 麦 群 体 光 谱 反 射 特 征 ( 图 1) 结 果 表 明, 在 350~730 nm 波 段 内 光 谱 反 射 率 随 叶 绿 素 密 度 增 加 而 降 低, 尤 其 在 红 谷 区 域 叶 绿 素 光 吸 收 能 力 更 加 明 显 ; 在 730~750 nm 的 红 边 区 域 波 动 较 大, 而 波 段 超 过 750 nm 的 近 红 外 长 波 方 向, 光 谱 反 射 率 随 叶 绿 素 密 度 增 加 呈 现 上 升 趋 势, 尤 其 在 780~920 nm 波 段 内 差 异 最 为 明 显 从 光 谱 反 射 率 的 增 减 比 率 来 看, 在 可 见 光 区 域 高 于 近 红 外 区 域, 例 如 680 nm 处 反 射 率 极 差 分 别 为 叶 绿 素 密 度 最 高 和 最 低 处 理 的 3.6 倍 和 78.4%, 而 860 nm 处 反 射 率 增 减 比 率 分 别 为 37.6% 和 59.6%, 这 是 因 为 可 见 光 区 的 光 谱 特 征 主 要 受 色 素 吸 收 的 影 响, 色 素 密 度 高 则 光 吸 收 能 力 强, 反 射 率 就 低 ; 而 近 红 外 区 的 光 谱 特 征 主 要 受 冠 层 及 叶 片 结 构 的 影 响, 白 粉 病 侵 染 后 小 麦 群 体 结 构 已 遭 到 一 定 程 度 破 坏 可 见, 白 粉 病 侵 染 后 小 麦 冠 层 光 谱 反 射 率 随 叶 绿 素 密 度 呈 现 明 显 规 律 性 变 化, 为 下 一 步 分 析 小 麦 叶 绿 素 密 度 与 光 谱 反 射 率 间 的 关 系 提 供 了 理 论 依 据 2.3 小 麦 叶 绿 素 密 度 与 原 始 光 谱 反 射 率 的 相 关 性 将 试 验 1 和 试 验 2 所 有 测 定 时 期 的 叶 绿 素 密 度 与 对 应 冠 层 光 谱 反 射 率 进 行 总 体 相 关 分 析 (n=183, 图 2) 结 果 表 明, 在 350~730 nm 波 段 内 叶 绿 素 密 度 与 光 谱 反 射 率 呈 显 著 负 相 关, 尤 其 在 红 光 600~630 nm 及 红 边 690~718 nm 区 域 处 相 关 性 达 较 高 水 平 ( r >0.65 ** ) 在 红 边 的 近 红 外 端 (730~ 750 nm) 相 关 性 很 弱 ( r <0.2) 在 750~950 nm 近 红 外 波 段 内 则 呈 显 著 正 相 关, 但 相 关 系 数 相 对 较 小 (r<0.4 ** ), 这 是 由 于 近 红 外 波 段 主 要 受 冠 层 及 叶 片 组 织 结 构 影 响, 而 对 叶 绿 素 密 度 的 变 化 不 敏 感 由 此 可 知, 可 见 红 光 及 红 边 波 段 对 小 麦 叶 绿 素 密 度 的 变 化 较 为 敏 感, 通 过 对 此 区 域 光 谱 信 息 的 挖 掘 将 有 助 于 进 一 步 解 析 白 粉 病 侵 染 后 小 麦 叶 绿 素 密 度 与 对 应 光 谱 之 间 的 定 量 关 系 图 2 小 麦 叶 片 叶 绿 素 密 度 与 原 始 光 谱 反 射 率 的 相 关 性 Fig.2 Correlation patterns of canopy chlorophyll density to spectral reflectance of wheat 图 1 不 同 叶 绿 素 密 度 下 小 麦 原 始 光 谱 反 射 率 变 化 Fig.1 Changes in spectral reflectance of wheat under different chlorophyll density 2.4 病 害 小 麦 叶 绿 素 密 度 与 常 见 光 谱 参 数 的 定 量 关 系 以 前 人 提 出 的 不 同 类 型 光 谱 参 数 ( 比 值 差 值 归 一 化 红 边 特 征 及 微 分 等 ) 为 基 础, 综 合 试 验 1 和 试 验 2 的 不 同 生 育 时 期 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 与 光
118 农 业 工 程 学 报 2013 年 谱 参 数 进 行 指 数 及 线 性 模 型 估 算 (n=183), 将 其 中 表 现 较 好 的 8 个 光 谱 参 数 方 程 拟 合 的 决 定 系 数 及 标 准 误 差 列 于 表 3, 并 选 用 2 个 光 谱 参 数 为 代 表, 将 回 归 方 程 作 散 点 图 直 观 展 示 方 程 拟 合 效 果 ( 图 3) 结 果 显 示, 光 谱 参 数 RVI(810,560) GM1 和 PSSRb 的 线 性 回 归 方 程 的 拟 合 精 度 ( 决 定 系 数 ) 优 于 指 数 模 型, 其 他 光 谱 参 数 的 指 数 模 型 拟 合 精 度 均 高 于 线 性 模 型 ; 从 方 程 拟 合 标 准 误 差 来 看, 所 有 优 选 参 数 的 方 程 拟 合 RMSE 均 为 指 数 模 型 低 于 线 性 模 型 综 合 而 言, 选 用 误 差 较 小 的 指 数 模 型 可 以 较 好 地 对 叶 绿 素 密 度 进 行 建 模 估 算, 指 数 模 型 中 特 征 光 谱 参 数 VOG3 和 SDr/SDb 对 叶 绿 素 密 度 拟 合 效 果 较 好, 决 定 系 数 分 别 为 0.723(P<0.001) 和 0.752 (P<0.001), 拟 合 误 差 分 别 为 1.311 和 1.240 kg/hm 2 表 3 小 麦 叶 片 叶 绿 素 密 度 与 光 谱 参 数 的 定 量 关 系 Table 3 Quantitative relationships of canopy chlorophyll density (y) to different spectral indices (x) in wheat 光 谱 参 数 Spectral parameter 模 拟 方 程 Simulation equation 指 数 模 型 Index model 决 定 系 数 R 2 均 方 根 误 差 RMSE cal 模 拟 方 程 Simulation equation 线 性 模 型 Linear model 决 定 系 数 R 2 均 方 根 误 差 RMSE cal RVI(810,560) y = 1.035e 0.236x 0.698 1.314 y = 1.215x - 2.203 0.731 1.530 GM1 y = 0.779e 0.337x 0.703 1.298 y = 1.722x - 3.590 0.724 1.551 PSSRb y = 1.591e 0.124x 0.668 1.391 y = 0.648x - 0.046 0.716 1.572 VOG3 y = 1.383e -4.31x 0.723 1.311 y = -21.63x - 0.578 0.720 1.568 msr705 y = 1.080e 0.581x 0.698 1.380 y = 2.938x - 1.869 0.689 1.623 ZM y = 0.711e 0.601x 0.712 1.392 y = 2.992x - 3.851 0.699 1.618 SDr/SDb y = 0.755e 0.135x 0.752 1.240 y = 0.675x - 3.579 0.738 1.509 REP IG y = 4E-72e 0.230x 0.751 1.517 y = 1.131x - 807.7 0.715 1.577 图 3 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 与 光 谱 参 数 的 关 系 Fig.3 Relationships of canopy chlorophyll density to reflectance spectral index [SDr/SDb,VOG3] in wheat 2.5 红 边 角 度 波 长 选 择 及 监 测 模 型 构 建 表 2 中 优 选 敏 感 参 数 的 2 波 段 分 别 位 于 近 红 外 740~810 nm 和 可 见 光 500~720 nm 区 域, 图 1 和 图 2 显 示 在 红 边 范 围 内 存 在 一 特 殊 区 域, 在 该 区 域 短 波 方 向 反 射 率 随 叶 绿 素 密 度 增 加 而 降 低, 而 在 长 波 方 向 表 现 升 高 趋 势 因 此, 通 过 对 叶 绿 素 密 度 反 应 敏 感 且 表 现 异 质 的 2 波 段 进 行 比 值 或 归 一 化 组 合, 可 显 著 提 高 植 被 指 数 对 叶 绿 素 密 度 的 拟 合 能 力 图 4 显 示 不 同 叶 绿 素 密 度 下 小 麦 一 阶 微 分 光 谱 在 红 边 区 域 内 (680~756 nm) 反 应 特 征 680 nm 为 红 边 起 点,760 nm 附 近 为 氧 和 水 强 吸 收 谷, 其 一 阶 微 分 光 谱 不 稳 定, 故 将 756 nm 作 为 红 边 终 点 在 该 红 边 区 域,718 nm 附 近 一 阶 微 分 值 在 不 同 叶 绿 素 密 度 下 未 表 现 出 明 显 规 律, 而 在 此 位 点 的 短 波 方 向 (680~718 nm) 和 长 波 方 向 (718~756 nm) 一 阶 微 分 值 与 叶 绿 素 密 度 间 分 别 表 现 出 显 著 负 (r= 0.42 ** ) 和 正 (r=0.68 ** ) 相 关 因 此,718 nm 波 段 将 红 边 区 域 对 称 分 为 对 叶 绿 素 密 度 响 应 表 现 异 质 的 2 部 分, 图 5 中 β 角 度 ( 式 4) 主 要 受 叶 绿 素 吸 收 深 度 的 影 响, 其 大 小 随 叶 绿 素 含 量 提 高 而 增 加,α 角 度 ( 式 5) 主 要 受 冠 层 生 物 量 反 射 高 度 的 影 响, 其 大 小 随 生 物 量 增 大 而 增 加, 对 以 上
第 13 期 冯 伟 等 : 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 高 光 谱 估 测 119 角 度 取 正 切 值, 具 体 表 示 单 位 光 谱 波 段 反 射 率 的 变 化 量 图 4 小 麦 不 同 叶 绿 素 密 度 下 红 边 区 一 阶 微 分 光 谱 的 变 化 Fig.4 Changes in first derivative spectra of wheat under different chlorophyll density 图 5 光 谱 红 边 区 域 角 度 指 数 示 意 图 Fig.5 Sketch map for α and β of angle calculation within red edge part of the spectrum R( λi ) R( λi Δλ) β = arctg Δλ (4) R( λi +Δλ) R( λi) α = arctg Δλ (5) 比 值 角 度 指 数 (ratio angle index), α RAI( αβ, ) = β (6) 归 一 化 角 度 指 数 (normalized difference angle index), α β NDAI( αβ, ) = (7) α + β 其 中,λ i 是 波 段 i 的 波 长 值 R(λ i ) 是 波 长 λ i 的 光 谱 反 射 率,Δλ 是 2 波 长 的 差 值 本 文 光 谱 间 隔 Δλ 为 38 nm, 起 点 波 长 为 680 nm, 终 点 波 长 为 756 nm, 中 心 波 长 为 718 nm 冠 层 叶 绿 素 密 度 为 叶 绿 素 含 量 和 生 物 量 乘 积, 更 能 反 映 冠 层 潜 在 的 光 合 生 产 能 力 通 过 对 叶 绿 素 吸 收 深 度 和 生 物 量 反 射 高 度 反 应 敏 感 的 2 个 角 度 进 行 组 合 计 算, 综 合 试 验 1 和 试 验 2 不 同 生 育 时 期 的 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 与 新 构 建 红 边 角 度 指 数 进 行 相 关 回 归 分 析 (n=183), 其 中, 两 角 度 比 值 (RAI) 和 标 准 化 差 值 (NDAI) 能 很 好 地 表 征 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 变 化 动 态 ( 图 6) 以 NDAI(α,β) 为 变 量 的 指 数 方 程 拟 合 决 定 系 数 为 0.783(P<0.001), 标 准 误 差 为 1.186 kg/hm 2, 以 RAI (α,β) 为 变 量 的 指 数 方 程 拟 合 决 定 系 数 和 标 准 误 差 分 别 为 0.776(P<0.001) 和 1.217 kg/hm 2 这 表 明, 新 构 建 红 边 角 度 指 数 对 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 方 程 拟 合 较 常 见 光 谱 参 数 得 到 较 大 改 善 图 6 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 与 红 边 角 度 指 数 的 关 系 Fig.6 Relationships of canopy chlorophyll density to red edge angle index [ RAI (α,β), NDAI (α,β) ] in wheat 2.6 模 型 测 试 与 检 验 为 了 考 察 白 粉 病 侵 染 后 小 麦 叶 绿 素 密 度 监 测 模 型 的 可 靠 性 和 普 适 性, 利 用 试 验 3 独 立 资 料 (n=48) 对 上 述 优 选 参 数 及 指 数 模 型 进 行 测 试 ( 表
120 农 业 工 程 学 报 2013 年 4) 结 果 表 明,REP IG RVI(810,560) 和 PSSRb 模 型 的 检 验 误 差 较 大 (RE>20%), 其 他 模 型 预 测 误 差 均 在 允 许 范 围 之 内 综 合 比 较, 常 见 光 谱 参 数 VOG3 ZM 和 SDr/SDb 的 指 数 模 型 检 验 结 果 较 好, 检 验 精 度 R 2 为 0.896~0.902,RE 为 18.0%~18.6% 新 建 红 边 角 度 指 数 较 常 见 光 谱 参 数 进 一 步 改 善 了 模 型 预 测 效 果 ( 图 7),NDAI(α,β) 模 型 的 检 验 精 度 R 2 为 0.916,RE 为 16.8%,RAI(α,β) 模 型 的 R 2 为 0.907,RE 为 17.5%, 表 明 模 拟 值 与 实 测 值 间 存 在 较 小 误 差 这 些 结 果 显 示, 利 用 关 键 的 光 谱 特 征 参 数, 尤 其 红 边 角 度 指 数 可 以 对 小 麦 白 粉 病 胁 迫 后 冠 层 叶 绿 素 密 度 进 行 有 效 的 定 量 监 测 与 评 价 表 4 小 麦 叶 片 叶 绿 素 密 度 估 算 模 型 的 预 测 能 力 Table 4 Performance of the estimation models for predicting canopy chlorophyll density in wheat 光 谱 参 数 Spectral parameter 决 定 系 数 R 2 均 方 根 误 差 RMSE val 相 对 误 差 RE RVI(810,560) 0.878 1.073 0.202 GM1 0.892 1.003 0.190 PSSRb 0.875 1.089 0.210 VOG3 0.899 0.975 0.186 msr705 0.891 1.013 0.194 ZM 0.896 0.973 0.185 SDr/SDb 0.902 0.911 0.180 REP IG 0.893 1.851 0.256 RAI (α,β) 0.907 0.897 0.175 NDAI (α,β) 0.916 0.887 0.168 a. NDAI (α,β): 归 一 化 角 度 指 数 b. RAI (α,β): 比 值 角 度 指 数 a. Normalized difference angle index b. Ratio angle index 图 7 基 于 红 边 角 度 指 数 的 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 实 测 值 与 预 测 值 的 比 较 Fig.7 Comparison of observed with predicted canopy chlorophyll density in wheat based on red edge angle index 3 讨 论 作 物 冠 层 叶 绿 素 密 度 包 含 植 株 叶 绿 素 含 量 和 群 体 绿 叶 重 信 息,Blackburn [10] 认 为 叶 绿 素 密 度 更 能 反 映 冠 层 潜 在 的 光 合 能 力 目 前, 应 用 遥 感 技 术 构 造 植 被 指 数 对 冠 层 叶 绿 素 密 度 进 行 反 演, 快 速 评 价 生 物 胁 迫 对 植 被 冠 层 潜 在 光 合 能 力 的 影 响 是 目 前 植 被 遥 感 领 域 研 究 的 热 点 内 容 之 一 尽 管 生 物 胁 迫 与 非 生 物 胁 迫 在 对 植 被 叶 绿 素 含 量 降 低 方 面 具 有 相 同 点, 非 生 物 胁 迫 主 要 抑 制 叶 绿 素 合 成, 而 生 物 胁 迫 的 白 粉 病 不 仅 加 速 了 叶 绿 素 降 解 和 冠 层 结 构 破 坏, 并 形 成 较 多 霉 层 病 斑 和 凋 谢 物, 随 之 反 映 在 冠 层 光 谱 上 也 就 存 在 差 异 [3,14] 前 人 在 非 生 物 胁 迫 下 构 建 的 典 型 植 被 指 数 必 然 不 能 满 足 病 害 胁 迫 下 叶 绿 素 状 况 的 反 演, 如 何 提 高 病 害 胁 迫 下 植 被 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 反 演 精 度 则 是 遥 感 监 测 的 难 点 我 们 前 期 的 氮 肥 胁 迫 试 验 发 现, 小 麦 叶 绿 素 密 度 与 冠 层 光 谱 间 相 关 性 在 波 段 间 存 在 差 异, 可 见 光 波 段 整 体 相 关 性 较 低 (r> 0.7), 而 近 红 外 波 段 较 高 (r>0.8) [23] ; 本 文 的 白 粉 病 胁 迫 结 果 表 明, 可 见 光 波 段 两 者 间 相 关 性 较 高 (r< 0.65 ** ), 而 在 近 红 外 波 段 相 关 系 数 较 小 (r<0.4 ** ) 因 此, 引 起 作 物 冠 层 叶 绿 素 含 量 下 降 的 原 因 可 能 很 多, 如 虫 害 干 旱 和 缺 素 等 胁 迫, 在 光 谱 特 征 上 有 相 似 变 化, 但 也 有 各 自 特 点, 这 将 是 今 后 遥 感 监 测 作 物 胁 迫 程 度 的 重 要 研 究 内 容 前 人 关 于 植 被 冠 层 色 素 含 量 的 遥 感 监 测 多 基 于 非 生 物 胁 迫 ( 干 旱 和 缺 氮 等 ), 依 据 叶 绿 素 吸 收 特 征 波 段 不 断 提 出 和 发 展 特 征 光 谱 参 数, 如 不 同 算 法 的 红 边 位 置 [8-9,24] PSSR [10] PSND [11] GM1 [21] msr705 [21] CCII [25] RI [22] 1dB VOG2 [21] 和 归 一 化 [26] 导 数 指 数 等 生 物 胁 迫 对 叶 绿 素 含 量 的 影 响 不 同 于 非 生 物 胁 迫, 病 害 胁 迫 下 植 被 叶 绿 素 状 况 的 遥 感 [27] 评 价 相 对 较 少, 徐 华 潮 等 利 用 红 边 位 置 和 红 边 斜 率 监 测 松 材 线 虫 侵 染 松 树 后 叶 绿 素 含 量 的 变 化 陈 [28] 兵 等 构 建 了 植 被 指 数 NDVE(702,758) 实 现 了 对 黄 萎 病 胁 迫 下 棉 花 叶 片 色 素 含 量 的 估 算, 但 稳 定 性 低 [3] 于 传 统 光 谱 指 数 曹 学 仁 等 利 用 绿 光 和 红 光 波 段 的 反 射 率 估 计 叶 绿 素 含 量, 但 数 据 仅 为 一 个 品 种 类 型, 且 只 包 括 旗 叶 和 顶 二 叶, 难 以 准 确 评 价 生 物 胁
第 13 期 冯 伟 等 : 白 粉 病 胁 迫 下 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 高 光 谱 估 测 121 迫 对 小 麦 冠 层 潜 在 光 合 能 力 的 影 响 本 文 利 用 对 白 粉 病 表 现 高 感 和 中 感 的 2 个 类 型 品 种, 涉 及 2 种 试 验 系 统, 利 用 传 统 植 被 指 数 SDr/SDb 和 VOG3 可 以 对 病 害 胁 迫 下 叶 绿 素 密 度 进 行 估 算, 这 与 非 生 物 胁 迫 下 叶 绿 素 含 量 的 评 价 是 一 致 的 [6,21] 由 于 生 物 胁 迫 的 光 谱 特 征 与 非 生 物 胁 迫 不 同, 还 需 进 一 步 探 讨 针 对 性 更 强 精 度 更 高 和 适 用 性 更 广 的 植 被 指 数 本 试 验 表 明,750 nm 两 侧 的 波 段 对 叶 绿 素 含 量 的 变 化 表 现 异 质 性, 通 过 微 分 技 术 发 现 红 边 区 域 内 718 nm 附 近 的 波 段 对 叶 绿 素 变 化 不 敏 感, 而 其 两 侧 的 波 段 表 现 异 向 反 应,680 和 756 nm 为 红 边 起 点 和 终 点, 据 此, 利 用 680 718 和 750 nm 波 段 构 建 角 度 植 被 指 数, 与 传 统 植 被 指 数 SDr/SDb 和 VOG3 相 比, 其 对 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 估 算 精 度 更 高, 检 验 误 差 更 小, 可 作 为 白 粉 病 害 小 麦 叶 绿 素 密 度 的 最 佳 估 算 模 型 尽 管 本 试 验 为 2 a 数 据, 涉 及 不 同 感 病 类 型 品 种 和 2 种 生 产 试 验 环 境, 其 结 果 仍 需 在 不 同 的 大 田 环 境 下 加 以 验 证 和 完 善 今 后 的 工 作 要 探 讨 其 他 病 害 胁 迫 下 红 边 角 度 指 数 的 响 应, 分 析 其 他 因 素 对 利 用 红 边 角 度 指 数 估 算 冠 层 叶 绿 素 密 度 的 影 响, 以 期 建 立 精 度 高 适 用 广 和 实 用 程 度 好 的 光 谱 监 测 模 型, 为 作 物 长 势 监 测 生 产 力 评 价 和 精 准 农 业 管 理 提 供 信 息 支 持 4 结 论 1) 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 对 群 体 反 射 率 的 影 响 主 要 发 生 在 可 见 光 波 段, 叶 绿 素 密 度 与 群 体 反 射 率 在 红 光 600~630 nm 及 红 边 690~718 nm 区 域 处 具 有 极 显 著 相 关 性, 受 病 害 破 坏 冠 层 结 构 的 影 响, 在 近 红 外 波 段 相 关 性 显 著 降 低 2) 与 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 相 关 性 显 著 且 检 验 结 果 较 好 的 特 征 光 谱 参 数, 单 波 段 较 差, 其 次 双 波 段, 多 波 段 光 谱 参 数 最 好, 监 测 模 型 以 指 数 方 程 最 佳 反 应 敏 感 的 光 谱 指 数 波 段 多 处 于 红 边 区 域 (680~760 nm), 且 位 列 于 718 nm 附 近 两 侧, 这 为 构 建 红 边 角 度 指 数 提 供 了 选 择 波 段 的 思 路 3) 在 传 统 植 被 指 数 中, 以 SDr/SDb 和 VOG3 为 变 量 的 叶 绿 素 密 度 估 测 模 型 拟 合 精 度 较 高, 决 定 系 数 均 高 于 0.72(P<0.001), 检 验 误 差 较 小 (18.0%~ 18.6%) 4) 基 于 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 与 原 始 光 谱 及 一 阶 微 分 的 关 系 分 析, 结 合 与 叶 绿 素 密 度 相 关 系 数 较 大 的 传 统 植 被 指 数 的 入 选 波 段, 新 构 建 了 红 边 角 度 指 数, 建 立 了 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度 估 算 模 型 新 建 角 度 指 数 较 传 统 植 被 指 数 回 归 模 型 拟 合 精 度 更 高, 检 验 误 差 更 小,NDAI (α,β) 模 型 的 相 对 误 差 RE 为 16.8%, 说 明 NDAI (α,β) 能 准 确 估 算 病 害 小 麦 冠 层 叶 绿 素 密 度, 实 时 评 价 冠 层 光 合 潜 力 [ 参 考 文 献 ] [1] Merzlyak M N, Gitelson A A, Chivkunova O B, et al. Nondestructive optical detection of pigment changes during leaf senescence and fruit ripening[j]. Physiologia Plantarum, 1999, 106(1): 135-141. [2] Peñuelas J, Filella I. Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status[j]. Trends in Plant Science, 1998, 3(4): 151-156. [3] 曹 学 仁, 周 益 林, 段 霞 瑜, 等. 白 粉 菌 侵 染 后 田 间 小 麦 叶 绿 素 含 量 与 冠 层 光 谱 反 射 率 的 关 系 [J]. 植 物 病 理 学 报,2009,39(3):290-296. Cao Xueren, Zhou Yilin, Duan Xiayu, et al. Relationships between canopy reflectance and chlorophyll contents of wheat infected with powdery mildew in fields[j]. Acta Phytopathologica Sinica, 2009, 39(3): 290-296. (in Chinese with English abstract) [4] 牛 立 元, 王 鸿 升, 石 明 旺. 小 麦 叶 片 SOD POD 活 性 与 白 粉 病 抗 性 关 系 [J]. 河 南 职 业 技 术 师 范 学 院 学 报, 2004b,32(4):5-8. Niu Liyuan, Wang Hongsheng, Shi Mingwang. Changes of SOD and POD activities in wheat leaves infected by wheat powdery mildew and their relations to resistance[j]. Journal of Henan Vocation-Technical Teachers College, 2004, 32(4): 5-8. (in Chinese with English abstract) [5] Curran P J, Dungan J L, Macler B A, et al. The effect of a red leaf pigment on the relationship between red edge and chlorophyll concentration[j]. Remote Sensing of Environment, 1991, 35(1): 69-76. [6] Feng W, Yao X, TianY C, et al. Monitoring leaf pigment status with hyperspectral remote sensing in wheat[j]. Australian Journal of Agricultural Research, 2008(8), 59: 748-760. [7] Horler D N H, Dockray M, Barber J, et al. Red edge measurements for remotely sensing plant chlorophyll content[j]. Advance in Space Research, 1983, 3(2): 273-277. [8] Miller J R, Hare E W, Wu J. Quantitative characterization of the vegetation red edge reflectance model[j]. International Journal of Remote Sensing, 1990, 11(10): 1755-1773. [9] Cho M A, Skidmore A K. A new technique for extracting the red edge position from hyperspectral data: The linear extrapolation method[j]. Remote Sensing of Environment, 2006, 101(2): 181-193. [10] Blackburn G A. Quantifying chlorophylls and caroteniods at leaf and canopy scales: An evaluation of some hyperspectral approaches[j]. Remote Sensing of Environment, 1998, 66(3): 273-285.
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