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第4期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析用过磷酸钙533.3kg·hm-2作基肥,氯化钾300kg·hm-2作穗肥。采用多品种、多氮素水平的目的是为了造成更广泛的差别,从而使研究结果具有相对普适性。1.2　数据获取

1.2.1　光谱数据获取

(1)获取水稻叶片光谱反射率使用是ASDFieldSpeProFRTM光谱仪,波段范围为350～2500nm,其中350～1000nm光谱采样间隔为1.4nm,光谱分辨率为3nm;1000～2500nm光谱采样间隔为2nm,光谱分辨率为10nm。

(2)分别在分蘖期、拔节期、孕穗期和抽穗期开始后每隔数天采样测叶片光谱及叶片、穗的叶绿素和类胡萝卜素。光谱测量时,用三角架固定光谱仪探头,并使光谱仪探头垂直向下正对待测叶片正中部,光谱仪视场角为8°,距样品表面距离0.10m,光源用光谱仪所带的50W卤素灯,距样品表面距离0.45m,与水平面成70°角。1.2.2　叶绿素、类胡萝卜素测量

本试验采用混合液(丙酮∶无水乙醇∶蒸馏水=4.5∶4.5∶1)(φ)提取法测定水稻叶片和稻穗的叶绿素含量,用分光光度计比色,测定并计算得到叶绿素、类胡萝卜素含量。　　叶绿素以及类胡萝卜素含量的统计情况如表1,本研究中使用202个样本进行建模,使用50个样本进行验证,建模数据集与验证数据的选取是随机的。

1.3　归一化比值指数的构建

本研究采用一种严密的经验方法构建水稻色素含量估算的归一化比值色素指数,即将从350～2500nm范围内所有波段反射率进行两两组合,构建一个包含所有可能组合的归一化比值指数。归一化比值指数的一般公式形式为

Table2　Statisticalanalysisofchlorophyllandcarotenoidcontents

样本数252

色素叶绿素a叶绿素b总叶绿素类胡萝卜素

最大值3.75811.13194.89011.3021

最小0.76580.24381.00950.3518

平均值2.31630.75333.06970.8334

方差0.27890.02530.46550.0252

标准差0.52810.15920.68230.1589

1065

NDRPI(ref,

=

R-RRref+Rindex

(1)

index)

其中,NDPI(为由参照波段(ref)和指数波段(index)构ref,index)

建的一个归一化色素指数;Rref和Rindex分别为参照波长反射率、和指数波长反射率。

Table1　Publishedratiobasednormalized

differencepigmentindices

色素指数Pigmentindex(R800-R680)/(R800+R680)(R800-R635)/(R800+R635)(R750-R705)/(R750+R705)(R780-R550)/(R780+R550)(R680-R430)/(R680+R430)(R415-R435)/(R415+R435)(R550-R531)/(R550+R531)(R570-R531)/(R570+R531)(R774-R677)/(R774+R677)

出处Reference

[10]BlackBurn(1998)[11]Gitelson等(1994)[12]Gitelson等(1996)[13]Pěnuelas等(1994)[14]Marie等(2004)[15]Gamon等(1992)[16]Zarco-Tejad等(2001)

　　在350～2500nm范围内包含着2151个光谱波段,所以可以构建2151×2151=4626801个归一化比值色素指数。因此,表2给出的各种归一化形式的叶绿素指数只是所有可能指数中的一种,但未必是最合适的选择。所以,本研究将所有波段组合构成的归一化色素指数与叶绿素、类胡萝卜素含量分别建模,在所有这些模型中选择出最佳模型,然后进行验证,从而确定适合水稻叶片叶绿素、类胡萝卜素含量估算的最合适色素指数形式。

变异系数/%

22.8021.1322.2319.06

2　结果与分析

2.1　绘制决定系数R2分布图

将350～2500nm范围内的所有光谱波段两两组合构建

归一化形式的色素指数,然后分别建立叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、类胡萝卜素含量与这些指数之间的一元线性方程,获取拟合方程的决定系数R2,这些由两两波段对应的R2就构成了一个R2矩阵。

为了清晰的显示出拟合方程R2随着波段组合变化而变化的情况,将R2三角矩阵用图形分级表示(归一化指数形式是对称的,只用一个三角矩阵就可以表示)。由于水吸收可能影响拟合效果的稳定性,所以将1350～1480nm,1780～1990nm,2400～2500nm几个水吸收光谱区域去除(图1)。在图中,R2的大小。R2越大,使用

Fig.1　R2distributionofthelinearfittedequationsbetween

chlorophylla,chlorophyllbcontentsinleavesofrice