水稻高光譜與葉綠素含量研究葉綠素是植物光合作用中捕獲和傳遞能量最重要的色素，能夠反映植物光合速率的強弱?氮利用。
葉綠素是植物光合作用中捕獲和傳遞能量最重要的色素，能夠反映植物光合速率的強弱?氮利用效率?生理脅迫狀況和生長發育等。植物葉綠素含量測定通常采用傳統的化學方法，雖然測定結果穩定可靠，但提取速度較慢，操作步驟繁瑣，并且易損傷植株，影響生長。高光譜數據具有波段多?光譜分辨率高，波段間連續性和相關性強?相關系數大等特點，能獲取高精細的光譜信息。利用高光譜技術快速監測葉綠素含量，對評估作物光合作用強弱?生長發育狀況和動態特征具有重要意義。
01數據處理與分析
1.1光譜數據采集
采用地物光譜儀，其測試波段為350-2500nm。每品種采集具有代表性?無病蟲危害的植株，每株重復測量3次，取測量值的平均值為該株的冠層光譜反射率測量值。測量時，傳感器的探頭是垂直向下，視場角為25°，距冠層頂的垂直高度約為1m。
1.2 SPAD值測定
采用葉綠素儀，在水稻苗期和抽穗期各選取10株，分別選取倒二葉和劍葉測定葉片SPAD值，每片葉測量葉基?葉中?葉尖等三個部位，每個部位重復測定3次，測量時避開葉脈，各時期取平均值作為葉片SPAD值。SPAD值測定與冠層光譜測定同步進行。
1.3 S數據分析
采用葉綠對水稻冠層光譜反射率與葉綠素含量進行相關分析，選擇與葉綠素含量具有顯著性相關的光譜參數，且通過分析回歸方程的方法，確定水稻的光譜參數，建立監測模型。
(1)一階微分光譜對冠層反射光譜數據進行一階微分處理，公式如下:
（2）不同葉色下水稻葉綠素含量(SAPD值)的比較
從圖1可知，分別在苗期和抽穗期對黃1S和P88S進行葉綠素含量的SAPD值測定，結果表明:黃1S苗期和抽穗期的葉綠素含量比P88S分別降低60.33%和28.24%，均達極顯著水平，表明黃1S葉綠素含量的降低是造成與P88S葉色差異的主要原因。從不同生育時期比較發現，黃1S抽穗期比苗期的葉綠素含量增加59.94%，而P88S抽穗期比苗期的葉綠素含量增加27.53%，這可能與抽穗期營養物質轉移有關。
圖1不同葉色的水稻葉片葉綠素相對含量(SAPD值)
02水稻冠層
2.1水稻冠層反射光譜特性
由圖2可知，品種間苗期和抽穗期的冠層反射率變化曲線基本一致，且反射曲線具有明顯的變化規律。在350-650nm范圍內，反射率平穩上升，達到一個峰值后隨即下降，數值相對于其它波段較低，該波段吸收的紫外光和藍紫光較多，則反射和透射較少，但葉綠素出現綠色強反射，產生峰值，是由“藍邊”和“黃邊”組成;而750950nm范圍是“紅邊”區域，反射率隨波長增加而迅速上升，曲線較陡相當于直線，反射率在800nm處達到值，出現急劇下降，可能是受葉肉組織細胞結構多次反射和植株冠層結構控制，因此該波段相對較高。苗期由于葉色差異較大，則兩者的冠層反射率相差甚遠;抽穗期隨著葉片物質的積累，葉色變化差異逐漸減小，所以冠層反射率基本相符。
圖2不同葉色下水稻苗期冠層光譜反射率
2.2水稻冠層導數光譜特征分析
水稻冠層反射光譜受到葉片內部細胞結構?土壤背景?調落物和氣象條件等因素的影響，通過微分處理，可得到導數光譜，消除或減少土壤等背景信號，有利于更好地反映內在特性。從圖3可看出，在650-750nm之間有個小波峰，此波段范圍內屬于“紅邊”，說明水稻內部組織結構細胞發生明顯的變化。
圖3水稻抽穗期冠層一階微分光譜
03水稻葉綠素含量與冠層光譜反射率的相關分析
由圖4可知，P88S和黃1S的葉綠素含量與冠層光譜反射率的相關系數基本走勢一致，相關系數都呈先降低后增加的趨勢，呈正相關關系。在740-1425nm范圍內兩個品種的相關系數相差較大，兩者的相關系數都不顯著。在小于740nm的可見光波長范圍內，P88S和黃1S的葉綠素含量與冠層光譜反射率呈極顯著性，相關系數大于0.6。在波長為1425-1750nm之間，P88S的葉綠素含量與冠層光譜反射率呈極顯著性，相關系數大于0.5，黃1S的葉綠素含量與冠層光譜反射率呈顯著性，相關系數在0.40.5之間。由此可知，P88S的敏感波長為363nm和675nm，黃1S的敏感波長為374nm和625nm，均為可見光波段，說明可見光波段屬于水稻葉綠素光譜反應的敏感波段。以P88S和黃1S敏感波段建立相關參數，得到冠層反射率的相關系數(表1)。
表1 水稻光譜參數與葉片葉綠素含量之間的相關性分析
圖4 水稻抽穗期冠層光譜與葉綠素的相關關系
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