基于波段优化光谱指数的马铃薯叶水势估测
高凯1
杨海波1
尹航1
王伟2
孙宇1
赵亮1
李斐1
1.内蒙古农业大学 资源与环境学院,呼和浩特 010011;内蒙古农业大学 内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室/农业生态安全与绿色发展自治区高等学校重点实验室,呼和浩特 0100112.乌兰察布市农林科学研究所,内蒙古 乌兰察布 012000
摘要：[目的]通过优化光谱指数与叶水势(Leaf Water Potential,LWP)之间的关系,寻找不同生育时期的最佳敏感波段,提高作物水分状况的估测精度.[方法]利用布置在内蒙古武川县和察哈尔右翼前旗的多品种不同水分梯度的田间试验,基于不同生育时期采集的叶片光谱反射率和LWP,分析水分敏感波段与生育时期的关系,并探究350～2 500 nm波段范围内差值、比值和归一化差异光谱指数的最佳波段组合.[结果]生育时期对光谱指数最佳敏感波段的选择对研究结果具有显著影响.单一生育时期的最佳敏感波段主要分布在红边和近红外波段,而不同生育时期合并后的最佳敏感波段则主要位于近红外波段.优化光谱指数与LWP之间呈高度线性相关性,其中优化归一化差异光谱指数(NDSI)是估测单一生育时期马铃薯 LWP 的最佳优化光谱指数.随着生育时期的推进,光谱指数与LWP之间的线性关系逐渐增强,在淀粉积累期估测效果最佳且具有更强的鲁棒性,训练数据的决定系数(R2)达到0.90,RMSE为 0.07 MPa,MRE为 6.70%,而验证数据的R2为 0.87,RMSE为 0.08 MPa,MRE为 7.41%.生育时期合并后,优化光谱指数对块茎形成期和块茎膨大期的合并生育时期的马铃薯LWP估测表现出更好的效果.训练数据和验证数据的R2分别为 0.64和 0.53,RMSE分别为 0.14 MPa和 0.16 MPa,MRE分别为 10.39%和 12.40%.相比于现有的水分敏感光谱指数,优化光谱指数明显提高了合并生育时期估测LWP的准确性和稳定性.[结论]马铃薯生育时期对现有水分敏感光谱指数估测LWP有显著影响,基于波段优化构建的新光谱指数能够改善现有光谱指数在估测时指数敏感性低和数据离散问题,显著提高了马铃薯LWP模型估测稳定性,为优化光谱指数在马铃薯水分状况监测和精准灌溉管理提供科学指导.
关键词：马铃薯叶水势水分指数波段优化高光谱生育时期
分类号：S127(农业物理学)
资助基金：国家自然科学基金(32160757)内蒙古自治区自然科学基金项目(2024QN03012)内蒙古自治区农牧业青年创新基金(2021QNJJN09)
论文发表日期：2025-03-27
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 1-11 )
英文信息