草坪近地面光谱特征探究进展

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1、草坪近地面光谱特征探究进展摘要：论述了草坪光谱反射特征的研究近况。国内外利用光谱分析技术在草坪领域开展了较为深入的研究，发现了高羊茅、多年生黑麦草、草地早熟禾的部分品种之间存在明显的"同色异谱”现象；筛选出与草坪外观质量指标显著相关的敏感波段和植被指数，建立了草坪色泽、密度、盖度及冠层叶绿素水平的光谱反演模型；氮肥水平能够明显改变草坪在可见光和近红外区的光谱反射率；在水分胁迫和病害胁迫条件下，草坪冠层反射光谱特征发生明显变化，植物生理学指标与光谱特征参数之间存在显著的相关性。对草坪在各种环境胁迫条件下的光谱响应机理的研究应加以重视。

2、关键词：草坪外观质量；反射光谱；植被指数；环境胁迫中图分类号：S688.4文献标识码：A文章编号：1009-5500(2011)05-0091-0620世纪90年代，美国率先将光谱分析技术应用于高尔夫球场的研究及管理领域。近年来，研究草坪反射光谱特征逐渐成为草坪科学中非常活跃的领域。国内外学者在草坪外观质量评价、环境胁迫条件下草坪反射光谱特征等方面开展了许多研究工作，也取得了一系列开拓性的研究成果。光谱分析技术已成为草坪领域的主要研究手段之一，并逐步显示出十分广阔的应用前景。1草坪外观质量的光谱特征评价利用草坪冠层的光谱特征参数和植

3、被指数，在草坪色泽方面开展了一系列研究，并初步建立了草坪色泽的光谱估测模型。研究表明，草坪草颜色的深浅与草坪对入射光的反射特征有关［1-3］,而草坪草颜色的深浅与草坪草的叶绿素水平密切有关［4-8］oBell等⑼对高羊茅(Festucaarundinacea)^匍匐翦股颖(Agrostisstolonifera)冠层的近红外波段反射率研究发现，归一化植被指数(NDVI)与草坪冠层颜色呈极显著相关关系，决定系数分别达到0.75和0.41,实践证明，运用光谱分析技术评价草坪色泽是可行的。张文等［10,11］报道了多年生黑麦草(Loliu

4、mperenne)、高羊茅、匍匐翦股颖3种草坪草在叶绿素水平、色泽目测评分值、反射光谱方面的差异性。结果表明，3种草坪在“绿峰”和“红谷”区域的反射率存在明显差异；利用植被指数GNDVI建立的模型对草坪色泽进行反演，反演结果与目测评分值之间存在极显著相关性。陈功等［12］选用高羊茅、多年生黑麦草、匍匐翦股颖、狗牙根(Cynodondactylon)的11个品种为试验材料，将草坪色泽目测值、叶绿素水平分别与400〜900nm内各波段反射率进行相关分析。结果表明，绿光区域的最佳波段为554nm、557nm和559nm,近红外区域的最佳波

5、段为747nm和763nm；植被指数NDVI.GNDVI与草坪色泽目测值之间存在显著的相关关系；借助光谱分析技术，选用绿峰和近红外区域特定波段反演草坪色泽是可行的。徐弛等［13］选用高羊茅、多年生黑麦草、草地早熟禾(Poapratensis)、狗牙根、匍匐翦股颖5种草坪草24个品种为试验对象，同步测定反射率、叶绿素水平和色泽目测值。结果表明，部分草种的目测评分值、叶绿素水平存在显著性差异，但同一个草种的不同品种之间无显著差异；在“绿峰”附近以及近红外区域，不同草种之间的光谱反射率存在显著差异；高羊茅8个品种之间、多年生黑麦草8个品种

6、之间的光谱反射特征也出现了显著性差异；草坪色泽的光谱模型预测值与目测评分值之间存在极显著相关性；同一草种的部分品种之间存在明显的“同色异谱”现象，这种现象已在高羊茅、多年生黑麦草、草地早熟禾3个草种上得到证实，其他草坪草种是否存在类似现象，有待于进一步探讨；徐弛等［14］研究表明，选择绿峰反射率(Rg)和800nm处反射率(R800),可以构建一种新型的草坪色泽评价指标一绿度光谱指数(Greenspectralindex,GSI)o与传统目测法和叶绿素测定法相比较，光谱分析技术具有更强的分辨能力，操作便捷，测定结果客观且可重复性强。

7、利用近红外光谱技术，可以从多方面对草坪的颜色、密度、均一性以及盖度等外观评价指标进行测定，从而对草坪外观质量进行一个量化指标评价［15］。Thomas［16］采用近红外光谱技术获取草坪光学数据，同期测定叶绿素含量，然后在两者之间建立关联关系，从而试图构建一种自动化草坪质量评价体系。Keskin等［17］选用杂交狗牙根(Cynodonmagenissii)和粗茎早熟禾(Poatrivialis),分析了外观质量评分值与单波段反射率、多种植被指数之间的相关性。结果表明，680nm和780nm附近是对草坪外观质量最为敏感的2个波段范围；使

8、用多元线性回归模型和偏最小二乘回归模型，都可以进行草坪质量外观评价；利用在某一个时期测定的数据建立校正模型，用来估测另一个时期的相应数据，测定结果是可重复的；利用杂交狗牙根试验数据建立的校正模型，能够应用于粗茎早熟禾；两种传感器高度(