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《叶片生化组分浓度对单叶光谱影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第9卷第1期遥 感 学 报Vol.9,No.12005年1月JOURNALOFREMOTESENSINGJan.,2005文章编号:100724619(2005)0120001207叶片生化组分浓度对单叶光谱影响研究———以2100nm吸收特征的碳氮比反演为例1,2,321施润和,牛 铮,庄大方(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101;2.中国科学院遥感应用研究所遥感信息科学重点实验室,北京 100101;3.中国科学院研究生院,北京 100039)摘 要:运用连续统去除法和波深归一化方法对构成植物叶片碳氮比的基本因素—
2、——总碳和总氮浓度进行深入研究,对其组成物质的浓度差异在2030—2220nm区间内光谱响应的物理机制进行深入分析。在对多组典型叶片的对比分析后发现,经连续统去除后的相对反射率光谱中可以明显观察到碳、氮浓度差异造成的影响,而其影响与纤维素、木质素和蛋白质在此范围的吸收特征密切相关。其中,以纤维素和木质素为代表的碳浓度的影响主要体现在2030—2050nm区间,而以蛋白质为代表的氮浓度的影响则体现在2054nm和2172nm附近存在的斜率突变上。另外利用波深归一化方法再次证明了氮浓度对2054nm和2172nm处光谱特征的影响,进一步证实
3、蛋白质双峰特征在光谱上的响应,并通过相关分析和回归分析验证了相对反射率光谱与碳氮比之间的定量关系。关键词: 生化组分;高光谱遥感;碳氮比;连续统去除;波深归一化中图分类号:TP79文献标识码:A统中构成庞大、复杂的碳循环和氮循环体系。植物1 引 言体内部含碳物质和含氮物质的遥感定量研究是国内外植被遥感的一个重要研究方向,许多学者利用高随着高光谱遥感技术的发展,植被遥感的研究光谱数据在干叶、鲜叶和冠层等不同尺度对木质素、领域已经从对植物类型的识别与分类扩展到原子或纤维素、叶绿素、蛋白质等植物生化组分进行定量研[1,2]分子水平的生化组分遥
4、感估测上,其概念也扩究,但这些研究大多使用统计回归的方法,对叶片的[3]大到生态遥感的范畴。植物的光谱特征是由植物大量高光谱数据直接或间接进行线性回归,获得一2体的各种物理结构参数及其体内各种生化组分共同些入选波段和反映回归效果的确定系数(R)并对[11—14]决定的,关于光谱特征与植物体各种理化参数的应其进行评价,鲜有对高光谱数据与生化组分[4—7][15]用研究和模型研究也在广泛开展。遥感手段用数据之间相关性的机制进行分析。实验证明,如于大范围生态研究可以充分利用遥感信息空间覆盖果用纯粹的统计方法对大量高光谱数据进行回归分大的特点,
5、而高光谱遥感技术获得的从可见光到近析往往会得出一些不尽人意或难以解释的结果。首红外上千个纳米级窄波段的反射率信息,能更全面先是回归方程的局限性问题,Martin等提出,一个地[16]地反映生态系统的不同组成,对认识生态系统及其区得出的氮浓度回归方程不适用于其它地区。[8,9]动态变化具有重要意义。利用遥感进行生态测其原因包括不精确的大气纠正、传感器的限制、背景量可以突破传统生态测量费时费力、试验具有破坏植物和土壤背景的影响等。第二是回归方程入选波性以及不适于大范围试验的局限性,并形成遥感生段的不稳定问题,即用于建立回归方程所使用的样[1
6、0]态测量学这个重要的交叉分支。本不同,入选波段也可能会发生变化。其原因有高碳和氮作为有机物的基本组成元素,在生态系光谱数据相邻波段之间的高度相关性、不同生化组收稿日期:2003204215;修订日期:2003207201基金项目:国家自然科学基金资助项目(40271086)和863项目(2003AA131170)。作者简介:施润和(1979— ),男,博士研究生,毕业于华东师范大学,研究方向为定量遥感和地理信息系统。Email:shirunhe@hotmail.com2遥 感 学 报第9卷分由于所含元素或内部结构的相似性造成其反
7、射光50%,其吸收特征位于1220,1480,1930,2100,谱的相关性等。第三是回归结果与已知理论不匹配2280,2340和2480nm附近。而木质素则是另一种问题。此外利用高光谱数据进行生化组分的统计回主要的含碳物质,通常占植物干重的10%—35%,归,常会因为缺少实验数据造成参与回归方程建立其吸收特征分别位于1450,1680,1930,2050—的波段数大于样本数,使回归具有过饱和的风险。2140,2270,2330,2380和2500nm附近。严格地说,鉴于统计方法的种种不足,研究植物生化组分遥感所有有机物都含有碳,但考虑
8、到纤维素和木质素在定量反演的物理机制是十分必要的。植物体中所占比例较大,因此本文以它们的吸收特碳氮比是农业、生态和全球变化领域广泛考虑征来代表碳元素对叶片光谱的影响。的重要因子,可以体现植物的营养利用效率(
