葉綠素密度遙感反演與冬小麥單產(chǎn)估算研究.pdf

1、作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)可以為一個(gè)國(guó)家或者地區(qū)制定合適的農(nóng)業(yè)政策、進(jìn)行市場(chǎng)宏觀調(diào)控以及商品交易估價(jià)提供重要的情報(bào)，具有重要的價(jià)值和意義。葉綠素是作物進(jìn)行光合作用將光能轉(zhuǎn)換成干物質(zhì)的重要媒介，作物的葉綠素含量影響作物進(jìn)行光合作用的速率，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量。對(duì)葉綠素含量的監(jiān)測(cè)，可以為作物長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供依據(jù)。植被光譜指數(shù)與葉綠素密度具有良好的相關(guān)性，為定量反演作物的葉綠素密度奠定了基礎(chǔ)。
　　針對(duì)葉綠素含量反演，目前國(guó)內(nèi)外研究中，反演葉綠素的量綱

2、大多是葉綠素濃度(mg/g)單位，模型適用性和物理機(jī)制較弱。葉綠素密度(μg/cm2)量綱與遙感光譜特征聯(lián)系更直接，也是農(nóng)作物產(chǎn)量形成過(guò)程的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，但葉綠素密度遙感模型在不同生育期、不同作物種類間的普適性檢驗(yàn)還鮮有報(bào)道。針對(duì)農(nóng)作物遙感估產(chǎn)，大多研究是圍繞葉面積指數(shù)和生物量來(lái)估產(chǎn)的，基于葉綠素含量來(lái)估產(chǎn)的研究鮮有報(bào)道。
　　論文基于植被光譜指數(shù)，分析比較了各植被指數(shù)與葉綠素密度的相關(guān)性，建立了葉綠素密度的光譜指數(shù)統(tǒng)計(jì)回歸模型，

3、并利用不同生育期和不同作物種類的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各模型進(jìn)行驗(yàn)證，篩選出反演葉綠素密度的最優(yōu)植被指數(shù)MTCI，并得到葉綠素密度最優(yōu)反演模型。以此為基礎(chǔ)，論文繼續(xù)探討葉綠素敏感植被指數(shù)MTCI和葉面積指數(shù)敏感植被指數(shù)NDVI在不同生育期和生育期累積兩個(gè)方面的單產(chǎn)估算精度和普適性。
　　本文的主要工作和結(jié)論有：
　　（1）研究了植被光譜輻射傳輸機(jī)理，分析葉綠素敏感的光譜波段和光譜指數(shù)，篩選出SRⅠ、RVIⅡ、VIopt、RVIⅡ、SR

4、705、R-M、MSR705以及MTCI這8個(gè)對(duì)葉綠素敏感的植被指數(shù)，并建立葉綠素密度遙感反演模型。
　?。?）利用不同生育期和不同作物種類的實(shí)測(cè)葉綠素含量數(shù)據(jù)和光譜數(shù)據(jù)，開(kāi)展小區(qū)尺度的葉綠素密度遙感模型的驗(yàn)證研究，分析了模型精度和普適性，發(fā)現(xiàn)基于MTCI來(lái)反演葉綠素密度在精度和普適性上都優(yōu)于其他植被指數(shù)，并得到最優(yōu)葉綠素密度反演模型。
　?。?）通過(guò)論文前部分研究以及調(diào)研文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)MTCI是葉綠素敏感植被指數(shù)，而NDVI是

5、葉面積指數(shù)敏感植被指數(shù)。本論文利用MERIS反射率產(chǎn)品（MER_RR_2P數(shù)據(jù)），通過(guò)定量化處理并進(jìn)行按15天最大值合成，得到2003年-2011年間河南省各縣MTCI產(chǎn)品和 NDVI產(chǎn)品。利用該產(chǎn)品首先研究了不同生育期的葉綠素密度敏感植被指數(shù)MTCI和葉面積敏感植被指數(shù)NDVI在冬小麥?zhǔn)斋@產(chǎn)量預(yù)測(cè)精度和潛力，發(fā)現(xiàn)：（a）MTCI與產(chǎn)量的相關(guān)性在各個(gè)生育期都要優(yōu)于NDVI；（b）利用MTCI來(lái)對(duì)冬小麥單產(chǎn)估算的最優(yōu)生育期為抽穗期，要比利

6、用NDVI來(lái)對(duì)冬小麥單產(chǎn)估算的最優(yōu)生育期—乳熟期早約30天。然后，研究了累計(jì)生育期MTCI指數(shù)和NDVI指數(shù)與農(nóng)作物收獲產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)特性，發(fā)現(xiàn)：（a）基于累積生育期MTCI建立的單產(chǎn)估算模型決定系數(shù)R2達(dá)0.892，基于累積生育期NDVI建立的單產(chǎn)估算模型決定系數(shù)R2達(dá)0.629；（b）利用驗(yàn)證數(shù)據(jù)對(duì)兩個(gè)單產(chǎn)估算模型進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)，基于累積生育期MTCI所建立的單產(chǎn)估算模型的單產(chǎn)估算誤差是基于累積生育期NDVI所建立的單產(chǎn)估算模型的一半。