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地物光谱仪应用——干旱胁迫下的水稻反射率表现

文章附图

水资源短缺是目前制约农业生产的一个全球性问题,近年来,全球水资源供需矛盾更加突出。对于中国而言,有43%的面积为干旱和半干旱地区,并且中国的水量分布在时间和空间上也存在非常巨大的不均衡性,这使得中国的水资源供需矛盾更加尖锐,是中国农业生产面临的最大危机之一。


自21世纪以来,中国每年都会发生大强度的干旱,受灾面积往往波及数个省,如2010年西南地区发生的大旱灾,有将近5000000hm2的农作物受害,造成190多亿元的经济损失。水稻作为中国第一大粮食作物,研究不同干旱胁迫对水稻的影响以及研发出抗干旱品种对农业发展尤为重要。


在遥感领域中,为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱,需要适用于野外测量的光谱仪器。地物光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源,利用响应度定标数据,可测量并获得地物目标的光谱辐亮度;利用漫反射参考板对比测量,可获得目标的反射率光谱信息。


实验过程及结果

本实验旨在理解不同干旱胁迫下水稻基本型的表现,测量了10种在不同干旱威胁水平下导致相对含水量(RWC)不同的水稻的光谱数据,如图1所示。


图1

该实验显示了不同干旱胁迫下水稻的反射率模式。

1) 在水稻含水量(RWC)降低时,由于1400nm1900nm这两处水吸收特征峰减弱,导致近红外区域反射率增加。

2) 对于350-700nm波长区域也有着类似的变化,在叶绿素a和叶绿素b的吸收范围中,反射率随着RWC降低而升高。

3) 其次,随着RWC的降低,1400-1925nm波长向较短波长移动,且反射率增加。

4) 在810-1350nm的海绵状叶肉中的散射也反映出反射率随RWC降低而增加的相同趋势。

5) 最后,在1100-2500nm波段位置的吸收也是一个强烈的吸收区域,随着RWC降低,叶片枯萎主要通过新鲜叶片中的水,其次是通过如蛋白质、木质素和纤维素的干物质而变得更加明显。


结论

这项实验的结果表明不同干旱威胁下的水稻的光谱反射率具有明显且规律的特征。因而可根据特征位置的差异建立预测模型,在精准的模型分析下定量的分析出水稻含水量乃至干旱威胁程度,最终用于开发抗旱水稻品种的研究,为我国的农业生产作出巨大的贡献。



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