稻纵卷叶螟为害下水稻成像高光谱特征分析及受害程度遥感估算

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稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)是水稻生产过程当中为害较重的一种虫害。本文以二龄稻纵卷叶螟幼虫为试验材料,在南京信息工程大学农业气象试验站水稻大田内,设置网罩控制下不同投虫量处理,以无虫量为对照,利用成像光谱仪、便携式地物波谱仪和SPAD-502叶绿素仪测定水稻全生育期叶片成像光谱、冠层非成像光谱以及叶片叶绿素相对含量(Soil and Plant Analyzer Development,SPAD),分析不同初始虫量条件下、不同生育期水稻原始光谱、三边参数和SPAD值、卷叶率的变化规律。在此基础上,将观测光谱中与SPAD值、卷叶率相关性较强的波段分别计算基于成像光谱和非成像光谱数据的植被指数和三边参数,并以这两类指数为自变量,分别建立水稻叶绿素相对含量和卷叶率的回归估算模型。主要研究结果如下:(1)叶片成像光谱与冠层非成像光谱均可反映出不同虫量等级稻纵卷叶螟为害下水稻的显著差异。在可见光波段,叶片成像光谱反射率随着虫量的增加依次上升,冠层非成像光谱变化趋势不显著。在近红外波段,叶片成像光谱反射率和冠层非成像反射率均随着投虫量的增加逐渐下降,4级处理最低。(2)水稻叶片不同受害部分的成像光谱特征不同。在近红外波段对照叶片的反射率最高,未啃食叶片的反射率高于受害叶片。在可见光波段啃食部位的反射率“绿峰红谷”特征消失。这说明即使叶片未被直接啃食,其叶片光谱也能反映虫害情况。通过ENVI软件可以清晰地识别出高光谱图像中叶片被啃食和未啃食部位,且识别精度较高。叶片成像光谱的红边位置和红边面积可以较好地反映不同虫量稻纵卷叶螟的为害情况。(3)水稻叶片SPAD值随投虫量的增加逐渐降低,4级处理最低。卷叶率随着生育期的推进逐渐增大,且随着虫量的增加逐渐增大。原始光谱、一阶导数光谱与SPAD值、卷叶率均表现出较强的相关性。(4)基于叶片成像光谱数据建立的估算模型效果优于基于冠层非成像光谱数据的模型。基于叶片成像光谱数据建立的SPAD估算模型中,基于红边面积的多项式模型效果最优,R2为0.67。基于冠层非成像光谱建立的SPAD估算模型中,最优土壤调节植被指数OSAVI(Optimized Soil Adjusted Vegetation Index)指数模型效果最优,R2为0.64。基于叶片成像光谱数据建立的卷叶率估算模型中,红边面积的指数模型效果最优,R2为0.81。在多元逐步回归模型中红边面积、黄边位置进入模型,R2达到了0.79。
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