曹中盛, 李艳大, 黄俊宝, 孙滨峰, 叶春, 舒时富, 吴罗发, 田永超
为推动光谱遥感在快速无损监测花生生长中的应用,明确监测花生叶面积指数(leaf area index,LAI)和地上部生物量(aboveground biomass,AGB)的最优植被指数及适宜的核心波段带宽。设置2个花生品种、4个施氮水平的花生田间试验,在不同生育时期(苗期、开花下针期、结荚期、成熟期)用Analytical Spectral Devices(ASD)公司生产的FieldSpec HandHeld 2型野外高光谱辐射仪,采集325~1075 nm范围冠层反射光谱,筛选敏感植被指数,并研究核心波段带宽对其监测叶面积指数(LAI)和地上部生物量(AGB)时精度的影响。结果显示,对花生LAI和AGB敏感的植被指数均为归一化红边指数(normalized difference red edge),即NDRE(λ_(790),λ_(720))。进一步分析这一指数的监测精度随波段带宽的变化,发现监测LAI时,核心波段带宽(bandwidth,b)在(λ_(790):1~33 nm,λ_(720):41~59 nm)范围内时能使NDRE(λ_(790),λ_(720))保持较高监测精度,其中带宽组合(λ_(790):33 nm,λ_(720):53 nm)的带宽和值最大,对核心波段带宽的要求最低,利用其构建监测模型时决定系数(determination coefficient,R~2)为0.7482,利用独立试验数据检验模型时相对均方根误差(relative root mean square difference,RRMSE)为13.88%。监测花生AGB时,核心波段带宽在(λ_(790):1~101 nm,λ_(720):19~101 nm)范围内时能使NDRE(λ_(790),λ_(720))保持较高的监测精度,其中带宽和值最大的核心波段带宽组合为(λ_(790):89 nm,λ_(720):89 nm),其建模R~2为0.7103,检验RRMSE为20.42%。综上,在花生整个生长进程中,可用上述两个具有不同核心波段带宽的植被指数NDRE(λ_(790)-b_(33),λ_(720)-b_(53))和NDRE(λ_(790)-b_(89),λ_(720)-b_(89))分别对LAI和AGB进行监测,监测模型为LAI=0.0296×exp~((14.365×NDRE))和AGB=0.6240×exp~((20.222×NDRE))。在核心波段适宜带宽上的研究结果,可以为花生长势光谱监测设备研发及评估提供参考。