明确作物施氮量与光谱及生化参数含量的关系,是利用高光谱技术进行作物营养监测的基础。本研究以地面光谱技术为支撑,围绕氮肥、生化参数及光谱三者的关系进行研究分析,尝试确定秋冬季节室内种植油菜的最佳施肥量及收获期,建立生化参数的光谱估算模型。这样,借助遥感技术可快速便捷、无损有效、准确的监测作物营养指标,指导施肥、动态调控,为蔬菜食用安全提供科学鉴定技术和无公害蔬菜生产提供理论依据。为获取氮胁迫下油菜生化参数及叶片光谱数据集,在实验室开展4个月的油菜盆栽实验。实验分别设置4个施氮梯度实验组和1个空白对照组。以20天为一个生育期采集6个生育期的生化参数(氮含量、叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖、硝酸盐、VC、干物质和含水量)及叶片光谱数据。通过分析油菜整个生育期的生化参数发现随着生育期的延后和施氮量的增加,叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖、干物质和含水量均在不同程度上呈先增后减的变化趋势。硝酸盐则与施氮量呈正相关关系,随着叶片生长膨大,其含量略微下降。VC含量随生育期的延后呈先减后增趋势,其含量快速生长期最低,随后有所上升但仍未超过幼苗期。总之,不同生化参数含量的最佳表现多在N2实验组成熟期。因此,考虑到经济效益与时间成本,初步确定低肥土壤秋冬季节室内种植油菜的最佳施肥量是0.2g/kg,建议最佳收获期为成熟期,即出苗81~100天间,追肥期为快速生长初期。针对同一时期不同施氮量叶片光谱研究表明,可见光波段反射率随着施氮量的增加而减小,而近红外则随施氮量的增加呈小幅不稳定增加趋势。比较增幅值可知,可见光波段对施氮量的变化较为敏感,近红外增幅变化则不显著。说明氮肥主要通过改变叶片色素含量影响光谱反射率曲线,对叶片结构影响不大。原始光谱和光谱一阶导数与生化参数的相关性分析表明,在全波段范围内两者存在一定的相关性,相关系数呈明显的峰谷特征。不同生化参数与光谱参量的相关性不同。叶绿素、蛋白质、可溶性糖和干物质与原始光谱的可见光及短波红外波段反射率均呈显著负相关,近红外波段呈不显著正相关。VC含量与原始光谱反射率在可见光和近红外波段的相关性不显著,在短波红外1530~1858nm和2144~2301nm处达到极显著正相关。硝酸盐与原始光谱在可见光范围呈显著负相关,近红外波段达极显著正相关,短波红外范围多呈负相关。含水量在可见光波段呈不显著正相关,近红外和短波红外范围内呈负相关。由此可见,不同施氮量对叶片生化参数及光谱反射率产生不同程度的影响,生化参数与光谱反射率具有一定的相关性,为进一步定量分析光谱反射率与生化参数的关系提供丰富的数据支撑。不同生化参数的敏感光谱参量不同。通过相关性分析,选取相关系数大于0.6的光谱参量用于建模,包括曲线统计模型、逐步多元回归模型、偏最小二乘(PLS)回归模型、随机森林算法及PROSPECT共5种模型。结果表明,5种模型的估算能力差异较大,曲线统计模型表现最差,该模型建模精度普遍较低,不能准确估测叶片各参数含量。基于逐步多元回归的建模精度提升到0.642~0.802之间,但该模型具有很大的不稳定性,验证精度低。PLS模型对于各生化参数的验证精度相对稳定。但对干物质、硝酸盐的估算能力欠佳。基于随机森林算法的估测模型对于所有参数的估测效果均有显著提升,建模精度在均0.88以上,验证精度均在0.91以上,RE在0.047%~2.429%之间,RRMSE在0.150%~7.115%。这表明随机森林算法在生化参数估算上优于以上所有模型。同时,通过基于实测数据构建PROSPECT模型,模拟了最佳N值下光谱反射率曲线,并利用代价函数反演叶绿素含量。结合实测叶绿素与叶片氮含量、蛋白质含量及可溶性糖含量的线性关系间接估算了三个生化参数的含量。由此,初步建立了光谱-叶绿素-氮含量/蛋白质/可溶性糖三者之间的定量关系。