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第29卷,第4期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析2009年4月　　　　　　　　　　　　SpectroscopyandSpectralAnalysis

Vol.29,No.4,pp1064-1068

April,2009　

水稻叶片叶绿素、类胡萝卜素含量估算的归一化色素指数研究

王福民1,黄敬峰1＊,王秀珍2

1.浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所,浙江杭州　3100292.浙江省气象研究所,浙江杭州　310029

摘　要　测定了水稻叶片的高光谱反射率,以及相应的叶绿素、类胡萝卜素含量,采用一种将350～2500

nm范围内所有光谱波段两两组合的方法,构建所有可能的归一化比值色素指数,并建立这些指数与叶绿素、类胡萝卜素含量的统计模型,然后将构成最佳模型的指数确定为最适合相应色素估算的指数,并进行验证以及与已知归一化色素指数进行了比较。结果表明,本研究所给出基于叶片水平的色素指数(R1729-R707)/(R1729+R707),(R1554-R572)/(R1554+R572),(R1729-R706)/(R1729+R706),(R1536-R707)/(R1536+R707)可以较好地估算叶绿素、类胡萝卜素含量。构成这些色素指数的指数波段主要位于700nm附近,其次为绿光长波区域;构成指数的参照波段主要位于短波红外区域。这说明短波红外区域在色素指数的构建中也有重要作用。这些色素指数对叶绿素、类胡萝卜素含量的估算效果一般要好于各已知的归一化比值色素指数,或者与最好的已知色素指数估算效果相当。关键词　水稻;叶绿素;类胡萝卜素;归一化比值色素指数

中图分类号:S127　　文献标识码:A　　DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2009)04-1064-05

叶绿素含量进行估算(如表1)。这些归一化比值叶绿素指数

一般都是针对某一种或几种植被叶片类型或是冠层类型发展的,并且一般为经验性使用某两个波段构成的,但这两个波

　　叶绿素含量是描述植被状态的一个重要指标,其变化可用于评价植被的光合能力、净第一生产力,指示植被生长发育阶段、营养和环境胁迫以及病虫害等[1],因为叶片中大量的氮包含在叶绿素分子之中,因此叶绿素含量又与氮含量密切相[2],通过叶绿素含量可以间接估算叶片中的氮含量[3]。

高光谱遥感提供了一种高效、无损的叶绿素、类胡萝卜素含量估算方法[4],已经被应用到各种植被包括水稻叶绿素等色素含量的监测中[5-8]。在各种色素中,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素是主要的光合色素。由于这些色素某些吸收波段重叠,仅仅使用单一波段很难准确估算各种色素含量。因此,一些研究者开始使用比值指数来进行色素含量的估算,以来解决不同色素吸收区域重叠问题,以及叶片、冠层结构等的影响[9],由于这些因素的变化一般在近红外和短波红外区域有比较明显的反映,所以虽然叶绿素的吸收波段只局限于可见光波段,但是各种比值指数中不仅包括可见光波段,还有近红外波段。

大量的研究表明比值叶绿素指数可以较为准确地估算叶绿素、类胡萝卜素含量,许多研究者使用归一化比值指数对　收稿日期:2007-11-22,修订日期:2008-02-26

　基金项目:国家自然科学基金项目(40571115),国家“863”课题项目(2006AA10Z203)和国家科技支撑课题项目(2006BAD10A01)资助　,1978,通讯联系人　　e-m:zju.edu.引　言

段未必是最合适的组合,因为光谱波段有上千个可供选择。

此外,构成各种现存的色素指数的波段一般位于可见光和近红外光谱区域,很少有涉及短波红外区域。正是基于以上分析,本研究将所有波段两两组合构建所有可能的归一化比值色素指数,以来确定适合水稻叶片叶绿素含量估算的归一化比值色素指数,并与已知色素指数进行分析、比较。

1　材料和方法

1.1　试验设计

(1)试验地点设置在浙江大学试验场,东经120°10′,北纬30°14′。试验设计为4.76m×4.68m的小区,行株距为17cm×13cm。设置4个重复,试验小区完全随机排列。(2)试验水稻品种为秀水110和协优9307,其中秀水110株型紧凑;协优9307叶型具有随着生长发育由披散转为直立的特点。6月25日为移栽日期,秀水110于9月2日开始抽穗;协优9307于8月30日开始抽穗。

(3)设3个氮素水平:0,120,240kg·hm-2。另外,施