镉胁迫下菊苣叶片原位高光谱响应特征与定量监测研究

• 作者: 李亚蓉 李岚涛 柳海涛 樊婕 申凤敏 马文连
• 来源期刊: 农业机械学报
• 学科: 农学
• 关键词: 菊苣 镉胁迫 叶片原位高光谱 有效波段 监测模型
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: 农业信息化工程
• 页码范围: 146-155
• 页数: 10页
• 分类号: S548|S24
• 字数: 10119字
• 语种: 中文
• DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2020.03.017

摘要

探究镉胁迫下菊苣叶片高光谱响应特征,以实现基于叶片原位高光谱技术的作物镉胁迫快捷、精准监测.采用室内水培实验,供试品种为“欧洲菊苣”、“美洲菊苣”和“黔育一号”,设置0、5、10、25、50、100、200μmol/L共7个镉胁迫梯度,于菊苣苗期测试叶片镉质量比及其原位高光谱反射率.分别利用逐步回归(SWR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLS)的统计分析方法对叶片原始光谱(R)及一阶微分光谱(FDR)进行镉质量比预测,确定最佳光谱监测方式和有效波段,提高镉胁迫估测的时效性.此外,为进一步检验上述模型的稳定性,再次布置9个独立菊苣品种镉胁迫光谱验证实验(镉浓度为50 μmol/L).结果 表明,镉胁迫显著影响菊苣叶片镉质量比及高光谱反射率变化特征;随镉梯度增加,3个品种菊苣镉含量均显著提升,叶片高光谱反射率在可见光-近红外区(400～1 300 nm)逐步降低,中红外区(1 300～2 400 nm)则未表现出一致性变化规律.全波段光谱分析模型间,以基于FDR光谱的PLS监测模型(FDR-PLS)表现最优,其独立验证集决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.92、181.3 mg/kg和2.96.根据FDR-PLS模型中各波段无量纲评价指标:变量重要性投影值(VIP),确定菊苣叶片镉质量比有效波长分别为659、725、907、1 026、1 112、1 255、1 630 nm,实现了光谱降维和便捷分析的目的.此后,再次构建基于上述有效波段的菊苣叶片镉质量比FDR-PLS监测模型,其独立验证集R2、RMSE和RPD分别为0.834、222.4 mg/kg和2.41,9个供试品种验证集R2、RMSE和RPD分别为0.817、13.0 mg/kg和1.77,预测效果较为理想,能够满足无损和精准监测需求.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	申凤敏	河南农业大学资源与环境学院	14	18	2.0	3.0
2	李岚涛	河南农业大学资源与环境学院	12	1	1.0	1.0
3	柳海涛	河南农业大学资源与环境学院	4	1	1.0	1.0
4	马文连	河南农业大学资源与环境学院	2	5	1.0	2.0
5	樊婕	河南农业大学资源与环境学院	1	0	0.0	0.0
6	李亚蓉	河南农业大学资源与环境学院	1	0	0.0	0.0