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基于高光谱参数建立苗期高温条件下草莓叶片叶绿素含量估算模型

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中国农业气象 2022年第10期43卷 832-845页

作者：罗靖杨再强杨立袁昌洪张丰寅李岩宸李春影南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044 江苏省泰州市气象局泰州225300 皖西学院六安237012

以“红颜”草莓(Fragaria×ananassa Duch“Benihope”)为试材,于2021年9-11月在人工气候室进行苗期(9~12片真叶,叶长≥5cm)动态高温环境控制实验,日最高温度以32℃为起点,设置日最高气温/日最低气温分别为32℃/22℃、35℃/25℃、38℃/2... 详细信息

以“红颜”草莓(Fragaria×ananassa Duch“Benihope”)为试材,于2021年9-11月在人工气候室进行苗期(9~12片真叶,叶长≥5cm)动态高温环境控制实验,日最高温度以32℃为起点,设置日最高气温/日最低气温分别为32℃/22℃、35℃/25℃、38℃/28℃和41℃/31℃共4个水平,持续时间分别为2d、5d、8d和11d,以28℃/18℃为对照(CK)。试验期间空气相对湿度60%~70%,光周期12h/12h(6:00-18:00),光照强度800μmol·m^(-2)·s^(-1)。测定不同处理下叶片叶绿素含量及高光谱反射率,对原始光谱进行变换,从而细化光谱特征信息。在相关分析的基础上,建立原始和一阶敏感波段植被指数,进而筛选出表征叶绿素含量的光谱特征参数,以期构建叶绿素含量最佳估算模型。结果表明:(1)随着温度的升高和高温持续时间的延长,草莓叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素(a+b)含量呈下降趋势。(2)草莓叶片原始光谱在可见光区域均存在绿峰和红谷,除绿峰和红谷外各处理间差异不明显,高温条件下的近红外区域反射率与CK相比出现不同程度的上升。与原始光谱相比,一阶导数光谱曲线震荡更剧烈,且能够显著突出红边参数特征,各处理的红边位置λ_(r)稳定在716nm,红边幅值D_(r)与红边面积S_(r)差异显著;而在连续统去除光谱中各处理的绿峰(550nm附近)和红谷(675nm附近)被完全突显出来。(3)在光谱反射率与叶绿素含量相关性分析的基础上,选取原始光谱与一阶导数光谱在可见光和近红外波段相关性最强的R_(747)、R_(800)和R’_(716)、R’_(906)为敏感波段组合,构建植被指数。(4)PVI、MSAVI、TSAVI、TSAVI’、DVI’、MSAVI’、PVI’、SAVI’、D_(r)和S_(r)指数与叶绿素含量相关性达极显著水平,可作为表征设施草莓叶片叶绿素含量对苗期高温胁迫响应的高光谱特征参数。其中以TSAVI、DVI’和PVI’植被指数建立的逐步回归模型为叶绿素含量最佳估算模型,其决定系数(R^(2))为0.843,均方根误差(RMSE)为0.379,相对误差(RE)为12.65%。

关键词：草莓高温胁迫高光谱参数叶绿素含量估算模型

施氮对关中地区冬小麦农田土壤呼吸的影响及基于植被指数的估算模型

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干旱地区农业研究 2023年第6期41卷 97-106,156页

作者：王锐蔡焕杰王晓云赵政鑫田雅洁彭青西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区农业节水研究院陕西杨凌712100

为探寻不同施氮量对农田土壤呼吸(RS)的影响并快速准确估算RS,以关中地区冬小麦为研究对象,观测了5种施氮量下冬小麦农田RS的变化,研究了环境因子(土壤温度、土壤湿度)及作物因素(叶面积指数、地上部生物量、SPAD值)对于RS的影响,建立... 详细信息

为探寻不同施氮量对农田土壤呼吸(RS)的影响并快速准确估算RS,以关中地区冬小麦为研究对象,观测了5种施氮量下冬小麦农田RS的变化,研究了环境因子(土壤温度、土壤湿度)及作物因素(叶面积指数、地上部生物量、SPAD值)对于RS的影响,建立了适用于关中地区土壤温度与植被指数下的农田土壤呼吸估算模型。设置秸秆还田下的5种施氮量处理,分别为传统施氮量SN200(200 kg·hm^(-2))、优化施氮量SN150(150 kg·hm^(-2))、60%优化施氮量SN120(120 kg·hm^(-2))、50%优化施氮量SN100(100 kg·hm^(-2))以及不施氮肥SN0(0 kg·hm^(-2))。结果表明:不同施氮量下RS随生育期推进均表现为先升高再降低的趋势,同时添加氮肥促进了RS排放。各处理观测期内RS的均值为:SN200(3.68μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN150(3.40μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN120(3.06μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN100(2.70μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN0(2.21μmol·m^(-2)·s^(-1))。不同施氮量下冬小麦冠层近红外波段反射率在拔节期和抽穗期差异明显,反射率从高到低依次为SN200>SN150>SN120>SN100>SN0,而在灌浆期和成熟期差异不大。土壤温度显著影响了RS(P0.05)。叶面积指数、地上部生物量、SPAD值和植被指数均与RS呈显著相关关系(P模型评估,建立基于植被指数和土壤温度的最佳农田土壤呼吸估算模型,显著高于基于土壤温度的单因子模型,模型精度可达到0.6以上(n=120)。

关键词：冬小麦土壤呼吸施氮量估算模型植被指数关中地区

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草地地上生物量估算模型研究进展

草地学报 2022年第4期30卷 850-858页

作者：张雨欣黄健熙金云翔王洁赵圆圆冯权泷马钦中国农业大学土地科学与技术学院北京100083 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北京100081 中国农业大学草业科学与技术学院北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

草地地上生物量监测是合理利用草地资源,掌握草原生态演替过程的重要依据。但是,实时观测草地地上生物量信息需要耗费大量的人力物力,亟需借助遥感、数学等工具进行间接观测。本文系统阐述了国内外主流的草地地上生物量估算方法,包括遥... 详细信息

草地地上生物量监测是合理利用草地资源,掌握草原生态演替过程的重要依据。但是,实时观测草地地上生物量信息需要耗费大量的人力物力,亟需借助遥感、数学等工具进行间接观测。本文系统阐述了国内外主流的草地地上生物量估算方法,包括遥感统计模型、草地生长模型、作物生长模型、光能利用率模型和生态过程模型等模型,以及遥感与机理模型耦合模型,概述了当前主流模型的特点及其适用条件,总结了相关的研究策略。结合草地估产的现实需求,梳理了现有的农业遥感数据同化研究进展,展望了基于遥感数据同化方法的草地地上生物量估算思路,为草地生长模拟的大区域、高精度研究提供了新的思路。

关键词：草地地上生物量估算模型数据同化遥感

内蒙古不同气候区域参考作物腾发量估算模型适用性分析

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干旱地区农业研究 2022年第2期40卷 222-231页

作者：高晓瑜张莎屈忠义汤鹏程霍再林内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古呼和浩特010018 中国水利水电科学研究院牧区水利科学研究所内蒙古呼和浩特010020 中国农业水问题研究中心北京100083

本研究基于内蒙古自治区50个站点1951—2013年的气象资料,对文献中已有的33个参考作物腾发量(ET0)模型进行详细的统计分析,采用10个统计指标对ET_(0)估算模型的性能进行评价,并引入全球绩效指标(GPI)来对模型进行排名。结果表明,在特干... 详细信息

本研究基于内蒙古自治区50个站点1951—2013年的气象资料,对文献中已有的33个参考作物腾发量(ET0)模型进行详细的统计分析,采用10个统计指标对ET_(0)估算模型的性能进行评价,并引入全球绩效指标(GPI)来对模型进行排名。结果表明,在特干旱和干旱地区,基于质量转换(Mass transfer-based,MTB)、基于温度(Temperature-based,TB)和简化彭曼(Simplified FAO-56 PM,SPM)模型的GPI接近于1,体现了较好的模拟效果,而基于辐射(Radiation-based,RB)的模型模拟效果最差。在干旱-半湿润和湿润-半湿润地区,SPM和RB模型GPI值较高,模拟效果较好,比如湿润-半湿润地区M1(RB)模型GPI达到1.0。考虑到模型的便捷性,基于温度(Temperature-based,TB)的模型在相对干旱地区最为适用,而基于辐射的模型在相对湿润地区更为准确。

关键词：参考作物腾发量(ET_(0)) 估算模型 GPI 气候区域内蒙古自治区

稻纵卷叶螟危害下水稻叶片光谱特征及产量估测

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中国农业气象 2023年第2期44卷 154-164页

作者：黄璐包云轩郭铭淇朱凤杨荣明南京信息工程大学气象灾害预报和评估协同创新中心/南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室/气象灾害教育部重点实验室/南京信息工程大学气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 江苏省植物保护站南京210013

2020年在南京市浦口区桥林街道对稻纵卷叶螟[Cnaphalocrocis medinalis Güenée(C. medinalis)]自然发生的水稻农田进行高光谱观测试验,以探明不同稻纵卷叶螟危害程度下水稻叶片光谱特征与产量的关系,并对水稻产量进行预测。试验共选... 详细信息

2020年在南京市浦口区桥林街道对稻纵卷叶螟[Cnaphalocrocis medinalis Güenée(C. medinalis)]自然发生的水稻农田进行高光谱观测试验,以探明不同稻纵卷叶螟危害程度下水稻叶片光谱特征与产量的关系,并对水稻产量进行预测。试验共选取80个样点,各样点虫害等级根据稻株的受害叶片数量占叶片总数的比例进行划分,利用SOC710VP便携式高光谱成像仪,采集水稻主要生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期和成熟期)各样点水稻叶片的高光谱数据,调查收获后各样点的水稻产量数据,分析不同虫害等级下水稻叶片原始光谱、一阶导数光谱特征和产量参数的变化规律,并利用观测光谱与产量相关性较强的特征波段计算植被指数,建立基于植被指数的水稻产量估算模型。结果表明:(1)同一生育期内,水稻叶片近红外波段和红边波段的反射率随着虫害等级的升高而降低,而红光波段则相反。(2)同一生育期内,一阶导数光谱的峰值、红边幅值和红边面积随着虫害等级的增大而降低,红边位置的“蓝移”现象加重。(3)水稻的有效穗数、千粒重、结实率以及产量总体上随着虫害等级的上升而降低;但虫害等级较低时,有效穗数、千粒重以及结实率均出现“回升”现象。(4)利用各生育期DVI、RVI和CARI构建水稻产量估测模型,其中RVI的二项式模型模拟效果最佳。研究表明利用水稻叶片成像光谱特征可对稻纵卷叶螟危害进行长期、动态的监测,由其敏感波段构建的植被指数能够有效估测稻纵卷叶螟为害下的水稻产量。

关键词：稻纵卷叶螟高光谱遥感水稻产量植被指数估算模型

不同风化程度下灰岩抗剪强度特性及估算模型研究

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水文地质工程地质 2022年第4期49卷 71-80页

作者：邓涛廖军王陈宾唐刚钱小龙龚洪苇成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059 自贡市城市建设投资开发集团有限公司四川自贡643000

工程上常见的灰岩在不同风化程度下的抗剪强度特性鲜有研究,也没有快速评估灰岩抗剪强度的数学模型,不能满足大量灰岩工程灾害防治的需要。为探究风化程度对灰岩抗剪强度特性的影响规律,试验选取现场新鲜灰岩试样,通过开展室内风化模拟... 详细信息

工程上常见的灰岩在不同风化程度下的抗剪强度特性鲜有研究,也没有快速评估灰岩抗剪强度的数学模型,不能满足大量灰岩工程灾害防治的需要。为探究风化程度对灰岩抗剪强度特性的影响规律,试验选取现场新鲜灰岩试样,通过开展室内风化模拟试验制备不同风化程度的岩样,进行室内岩石强度剪切试验,探究灰岩剪切应力-剪切位移关系曲线的变化规律和抗剪强度的劣化规律。通过建立风化程度下灰岩抗剪强度估算模型,揭示风化程度与抗剪强度的定量化关系。试验结果表明:随着风化程度的增加,灰岩抗剪强度和残余抗剪强度均呈现减小的趋势,但残余抗剪强度比抗剪强度劣化更严重,且劣化速度更快;灰岩随着风化程度的增加,其黏聚力c及内摩擦角φ均越来越小,两者劣化趋势相似;利用波速比量化风化程度,建立起风化作用下灰岩抗剪强度估算模型,通过简单测量计算岩石的波速比,即可快速评估岩石的抗剪强度特性。研究结果可为灰岩工程抗剪强度特性的评估提供更加简便易行的方法。

关键词：灰岩风化程度抗剪强度估算模型

不同日照情况下太阳日辐射估算方法研究——以江苏为例

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中国生态农业学报（中英文） 2022年第2期30卷 314-324页

作者：张佩高苹谢小萍拉巴江旭陈诗瑶吴洪颜江苏省气象局南京210008 拉萨市气象局拉萨850000 美国塔夫茨大学波士顿02155 福建省烟草公司龙岩市公司龙岩364000

太阳辐射是影响农田生态系统碳交换和能量收支等的关键因子。为了准确估算不同日照情况下的太阳日辐射量,更好地开展农田生态系统的相关研究,本文以江苏省为例,利用淮安、吕泗和南京3个辐射观测站2005—2020年逐日气象资料和辐射资料,... 详细信息

太阳辐射是影响农田生态系统碳交换和能量收支等的关键因子。为了准确估算不同日照情况下的太阳日辐射量,更好地开展农田生态系统的相关研究,本文以江苏省为例,利用淮安、吕泗和南京3个辐射观测站2005—2020年逐日气象资料和辐射资料,以逐日日照时数是否为0,将研究样本划分为无日照和有日照两类,梳理了可观测得到的24个气象因子、3个地理因子,通过相关分析确定了不同日照情况下太阳日辐射的高度相关因子;选取3个站2005—2016年奇数年份的逐日资料样本作为建模集,采用基于最小二乘法的逐步回归方式,分别以太阳日辐射(GR)和日大气透明系数(太阳日辐射与天空辐射的比值,GR/SR)作为因变量建立了不同日照情况下的太阳日辐射估算模型;选取3个站2005—2016年偶数年份的逐日资料样本为组间验证集、2017—2020年的逐日资料样本为组外验证集。通过比较模型的拟合效果及其对建模集、组间验证集和组外验证集太阳日辐射的估算效果,最终确定太阳日辐射估算的最佳模型。结果表明:1)无论是在无日照情况还是有日照情况下,太阳日辐射都与各气象因子普遍呈现极显著相关(P估算模型,模型的决定系数R;为0.650,对太阳日辐射的估算准确度接近75%;在有日照情况下选择以日大气透明系数为因变量、以日日照百分率和日日照时数为自变量集的估算模型,模型的决定系数R;可达0.769,对太阳日辐射的估算准确度平均为87.60%。基于该分段估算模型,江苏地区不同日照情况下的太阳日辐射估算准确度平均可达84.71%,异常点占比为2.04%。引入准确的太阳辐射量将利于更好地开展作物生长和产量模拟、土壤水分蒸散估算等研究,最终为农田生态系统的相关研究提供基础。

关键词：太阳日辐射日照时数逐步回归日照情况估算模型

臭氧胁迫冬小麦叶片高光谱特征和叶绿素含量估算

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生态学报 2023年第8期43卷 3213-3223页

作者：杨熙来朱榴骏冯兆忠南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京信息工程大学应用气象学院南京210044 河海大学长江保护与绿色发展研究院南京210024

为无损、快速监测臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量,建立叶绿素含量与光谱指标的定量关系,基于自由式臭氧浓度增加系统平台观测了臭氧浓度升高下拔节期、开花期及灌浆期冬小麦叶片的叶绿素含量和光谱特征。通过线性回归、人工神经网络(A... 详细信息

为无损、快速监测臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量,建立叶绿素含量与光谱指标的定量关系,基于自由式臭氧浓度增加系统平台观测了臭氧浓度升高下拔节期、开花期及灌浆期冬小麦叶片的叶绿素含量和光谱特征。通过线性回归、人工神经网络(ANN)以及偏最小二乘回归(PLSR)模型对臭氧胁迫下叶片高光谱特征进行了叶绿素含量的估算。结果表明:臭氧胁迫冬小麦叶片的光谱曲线特征出现绿峰“红移”和红边位置“蓝移”现象。相比于拔节期和开花期,小麦叶片在灌浆期受到臭氧的影响更大。臭氧胁迫下叶绿素含量与部分光谱特征参数及遥感植被指数存在显著相关关系,所有模型均取得了较高的估算精度(R^(2)>0.8),其中以光谱特征参数为建模参量的偏最小二乘回归模型精度最高。该方法可用于臭氧胁迫下冬小麦叶片叶绿素含量的估测,动态监测作物的臭氧胁迫。

关键词：高光谱遥感估算模型臭氧胁迫叶绿素植被指数光谱特征参数冬小麦

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冀西北间山盆地区切沟体积估算模型

中国水土保持科学 2023年第2期21卷 39-46页

作者：吴可李镇齐志国李炜冯甜秦占飞河北地质大学土地科学与空间规划学院石家庄050031 河北省国际科技合作基地:河北地质大学河北省农业干旱遥感监测国际联合研究中心石家庄050031

切沟体积是表征切沟侵蚀量、输水输沙能力的重要参数。笔者以冀西北山盆地区典型流域切沟为研究对象,使用Riegl三维激光扫描仪获取切沟点云数据,构建高分辨率DEM,提取切沟形态参数,分析切沟断面特征,构建并验证适宜的切沟体积估算模型... 详细信息

切沟体积是表征切沟侵蚀量、输水输沙能力的重要参数。笔者以冀西北山盆地区典型流域切沟为研究对象,使用Riegl三维激光扫描仪获取切沟点云数据,构建高分辨率DEM,提取切沟形态参数,分析切沟断面特征,构建并验证适宜的切沟体积估算模型。结果表明:1)切沟间的发育不均衡,不同切沟沟长、面积和体积相差较大,但同一参数在各个断面位置的参数值差别较小;2)面积、沟长和沟深与体积呈显著的正相关,相关系数较高,分别为0.949、0.870和0.814;3)基于V-L关系、V-A关系和V(A,D)关系建立对应的线性回归方程,其决定系数R 2分别为0.7706、0.9159和0.9748,模型验证结果显示,V(A,D)关系模型V=0.04653 A 1.499+24.08 D 1.916-44.26在预测冀西北山盆地区切沟体积上更有优势。研究结果可为大空间尺度切沟侵蚀定量模拟及制图提供理论和技术支持,为水土保持工程提供科学理论依据。

关键词：切沟形态特征估算模型误差冀西北间山盆地区