利用数码相机和成像光谱仪估测棉花叶片叶绿素和氮素含量

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1、作物学报ACTAAGRONOMICASINICA2010,36(11):19811989http://www.chinacrops.org/zwxb/ISSN0496-3490;CODENTSHPA9E-mail:xbzw@chinajournal.net.cnDOI:10.3724/SP.J.1006.2010.01981利用数码相机和成像光谱仪估测棉花叶片叶绿素和氮素含量11,21,2,*11王方永王克如李少昆陈兵陈江鲁12新疆兵团绿洲生态农业重点开放实验室/新疆作物高产研究中心,新疆石河子832003;中国农业科学院作物科学研

2、究所/农业部作物生理生态与栽培重点开放实验室,北京100081摘要:实时、无损监测棉花叶片的叶绿素和氮素含量对诊断棉花生理状况和氮肥精确管理具有重要意义。本研究基于MSI200成像光谱仪和数码相机2种可见光传感器,分析和比较了光谱和颜色参数与叶绿素、氮素浓度和SPAD读数的关系,并且确立了其定量预测模型。结果表明,不同传感器对叶绿素和氮素最敏感的波段分别为R710和R;光谱指数与叶绿素、氮素浓度和SPAD读数的相关性比原始光谱好,而且以蓝光和红光波段组成的差值指数(DI和R–B)的预测能力最佳;DI所建棉花叶片Chla+b、Chla、

3、Chlb、N和SPAD读数的预测模型的预测误差分别为0.0058、0.0050、–120.0018和2.3002mgg和4.9736(分别为均值的18.39%、19.47%、30.33%、11.69%和8.45%),预测精度R分别为20.7965、0.7582、0.6608、0.7019和0.7338;R–B所建模型的预测性比DI差,对Chla+b的预测精度最高(R=0.7400),2而预测Chlb的精度最低(R=0.5653)。基于CIE1976L*a*b*颜色模型的颜色参数b*和HSI颜色模型的S是2种传感器与叶绿素、氮素浓度和叶

4、色关系较好的颜色参数;b*对叶绿素、氮素浓度和SPAD读数的预测能力稍逊于DI,预测误差和精度都与DI的比较接近;而饱和度S值的预测RRMSE最大,整体预测精度小于0.62。因此,可以利用可见光成像传感器的光谱和颜色参数估测棉花叶片叶绿素和氮素含量。关键词:棉花叶片;光谱指数;颜色参数;叶绿素;氮素;SPAD读数EstimationofChlorophyllandNitrogenContentsinCottonLeavesUsingDigitalCameraandImagingSpectrometer11,21,2,*11WANGFa

5、ng-Yong,WANGKe-Ru,LIShao-Kun,CHENBing,andCHENJiang-Lu1KeyLaboratoryofOasisEcologyAgricultureofXinjiangConstructionCrops/TheCenterofCropHigh-yieldResearch,Shihezi832003,China;2InstituteofCropSciences,ChineseAcademyofAgricultureSciences/KeyLaboratoryofCropPhysiologyandPro

6、duction,MinistryofAgriculture,Beijing100081,ChinaAbstract:Leafchlorophyllandnitrogenconcentrationsofcotton(GossypiumhirsutumL.)areimportantindicatorsofplantNstatus.Theycanprovidevaluableinsightsintothephysiologicalperformanceofleaves.Theobjectivesofthisstudyweretode-ter

7、minetherelationshipsbetweenchlorophyll,nitrogen,SPADreadingsandleafspectralandcolorparametersincotton.Spectralandcolorparametersforthenon-destructiveestimationofchlorophyll,nitrogencontentsandSPADreadingswereobtainedbyusingdigitalcamera(OlympusC-5060)andimagingspectrome

8、ter(MSI200)soawiderangeofthemwasestablishedincotton.Thedatasetwasseparatedintotwopartsusingforcalibration(n=10