1 Experimentaler Hintergrund

Chlorophyl-Konzentration ist oft ein guter Indikator für pflanzliche Ernährungszwang, Fotosynthese-Fähigkeit und Entwicklungsalterung in allen Phasen, Geospektrospektrale Technologie und Fernerkundungstechnik zur Erkennung von Chlorophyl-Konzentration in Forschungsrichtungen wie Landwirtschaft und natürliche Pflanzengemeinschaften sind oft sehr aufmerksam. Die meisten Studien konzentrierten sich auf den Zusammenhang zwischen spektraler Reflexivität und Chlorophyl a oder Gesamtkonzentration, einige untersuchten das Verhältnis von Chlorophyl b oder Chlorophyl a zu Chlorophyl b, während andere sich hauptsächlich auf die Konzentration von Carotinoiden oder das Verhältnis von Carotinoiden zu Chlorophyl konzentrierten.

Viele Studien zeigen, dass die Vegetationsspektrum "rote Kante" empfindlich für die Vegetation Wachstumszustand reflektiert, Vegetation rote Kante Wendepunkt ist ein großer Steigung Punkt in der Pflanze reflektiert Spektrum Kurve, zwischen der Wellenlänge 690 ~ 720 nm, Laborexperimente haben bestätigt, dass die Wellenlänge Position der roten Kante Wendepunkt und die Chlorophyl-Konzentration der Blattprobe positiv korreliert.

Durch die Messung und Berechnung der Reflexivität von Reisblättern mit unterschiedlichen Chlorophyllkonzentrationen und der roten Kante der Reflexivitätsdifferenzalkurve der ersten Ordnung untersucht dieser Artikel die Korrelation zwischen der Reflexivität von Reisblättern und ihrer Chlorophyllkonzentration sowie die Beziehung zwischen der spektralen Position der roten Kante der Reisblätter und ihrer Chlorophyllkonzentration.

2 Grundprinzipien des Spektrometers

Darüber hinaus sind Geospektrometre weit verbreitet, einschließlich der Identifizierung von Mineralien und der Ressourcenschätzung bei der Mineralforschung sowie der Klassifizierung von Oberflächen und der Katastrophenüberwachung bei Fernerkundungsanwendungen. Beispielsweise haben verschiedene Mineralien bei der Mineralforschung einzigartige spektrale Eigenschaften, die durch spektrale Analysen die Art und Verteilung der Mineralien identifizieren können. In Fernerkundungsanwendungen wird die Klassifizierung von Oberflächen durch Satelliten- oder Drohnenspektrometer durchgeführt, um Oberflächen wie Wälder, Landwirtschaftsflächen, Städte usw. zu klassifizieren und zu überwachen. Die Katastrophenüberwachung ermöglicht eine schnelle Bewertung des Umfangs und des Ausmaßes von Naturkatastrophen durch spektrale Analysen.

3 Labordesign

Vorbereitung

Dieses Experiment wählte die Sorte als Hybrid-Reis Normal-1 (Normal-99-1) als Untersuchungsobjekt aus, und die neun Regionen, in denen dieser Reis angebaut wurde, wurden an verschiedenen Stellen gedüngt, deren Wachstumszustand deutlich unterschiedlich war.

10 repräsentative funktionelle Blätter für neun verschiedene Düngebehandlungsgebiete wurden ausgewählt, die Chlorophyllkonzentration jedes Blätters mit einem Chlorophyllmesser gemessen, jedes Blätter misst die Chlorophyllkonzentration viermal an verschiedenen Blätterpositionen, dann werden die Blätter abgenommen und die 10 Blätter in jeder Region in einer Reihe mit dem ATP9100F Handheld Geography Spectrometer zur spektralen Reflexionsmessung unter Sonnenlicht verwendet. 10 Klingen in unterschiedlicher Reihenfolge oben und unten überlagert, mit 25 ° Sichtfeldsonde von der Klingenhöhe von etwa 5 cm auf jedem Kling schnell spektrale Messungen durchgeführt, deren spektraler Messbereich von 300 bis 1100 nm, die spektrale Auflösung ist innerhalb von 2 nm.

Datenanalyse und -verarbeitung

Zwischen 400 ~ 500nm und 600 ~ 700nm, aufgrund der vollständigen Absorption von Chlorophyll in den blauen und roten Lichtbanden zur Bildung von zwei unteren Reflexionszonen, mit einem niedrigeren Reflexionsverhältnis, in der Regel weniger als 10%; Die Absorption von Blättern ab 500 nm ist in der Regel bei 550 nm niedrig, dh der grüne Bandteil, hier bildet sich ein kleiner Reflexionsspitze mit einer Reflexionsrate von etwa 20%, was auch der Grund ist, warum die Blätter grün sind; Dann steigt die Reflexivität plötzlich bei 700 nm, die Kurve nach dem Eintritt in das nahe Infrarotband verlangsamt sich und wird zu einer hochreflektierenden Plattformzone, die in der Regel 50% ~ 60% erreicht, einige sind höher. Hier ist die Reflexivität von der niedrigen Veränderung der Absorptionszone des roten Bandes des Chlorophylls zum nahen Infrarot aufgrund der Blattstreuung und der hohe Reflexivität des Übergangsbereichs bekannt als die "rote Kante" Zone, die sich in der Regel zwischen der Wellenlänge 690 ~ 720 nm befindet, "rote Kante" in der Reflexivitätskurve der ersten Ordnung ist wichtig, einige Forscher haben die Beziehung zwischen der Blattrote Kante und der Chlorophyllkonzentration bestätigt; Und die "rote Kante" ist der Punkt mit einer großen Neigung in der Reflexionsspektrkurve der Pflanze in der "roten Kante", d. h. der Punkt, an dem sich die Reflexionsrate schnell ändert.

Single-Band-Analyse

Die spektrale Reflexivität und ihre Chlorophyl-Konzentration in den verschiedenen Wellenlängen der Blätter von Reis (9 Proben) mit unterschiedlichen Stickstoffmengen wurden einzeln korreliert. Abbildung 5 zeigt eine Korrelation zwischen beiden, wie sich aus Abbildung 5 deutlich zeigt:

① Von 420nm bis 720nm zeigen beide eine negative Korrelation, mit der Erhöhung der Wellenlänge erhöht sich der negative Korrelation-Koeffizient stark, bis zu 460nm erreicht der Korrelation-Koeffizient -0,6, bis 560nm erreicht der Korrelation-Koeffizient -0,8, danach bis zu 686nm erreicht der Korrelation-Koeffizient bis zu -0,95;

2. Von 686nm bis 726nm werden beide Werte vergeblich von negativ korrelierten Werten auf Null verwandelt und dann weiter auf 745nm positiv korrelierten Wert erhöht, der Korrelationskoeffizient beträgt etwa 0,92;

Von 726nm bis 1000nm, außer dem leichten Rückgang des Korrelationskoeffizienten in der Nähe von 940nm, haben die beiden Korrelationskoeffizienten eine gute positive Korrelationsbeziehung erhalten, der Korrelationskoeffizient ist bis zu etwa 0,9.

Die oben genannten Veränderungen in der Korrelation zwischen den beiden sind hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass das Reflexionsspektrum der Pflanzen im sichtbaren Lichtbereich stark von Chlorophyl beeinflusst wird, während das Wachstum von Reisblättern mit dem Wachstum des Chlorophylgehalts die Anzahl der Blätterzellen erhöht, was zu einer verringerten Reflexivität des sichtbaren Lichts führt, während der nahe Infrarot-Reflexivität erhöht ist, was zu einer starken negativen Korrelation im sichtbaren Lichtbereich führt und eine starke positive Korrelation im nahen Infrarot-Bereich. Zwischen 686nm und 745nm werden beide von einem negativen Korrelationswert zu einem positiven Korrelationswert verwandelt, und der Korrelationskoeffizient bei 726nm liegt nahe an Null, hauptsächlich weil das Chlorophyl der Reisblatter den großen Einfluss auf die sichtbare Spektralreflexivität hat, während die Reisblatterstruktur den großen Einfluss auf das nahe Infrarotspektrum hat.

Position der roten Wendepunktwellenlänge der Reisblatter

Beziehung zu ihrer Chlorophyllkonzentration

Da das Handgeospektrometer ATP9100F diskrete Daten erfasst, können die spektralen Daten in etwa nach Formel (1) berechnet werden.

von R(λ)_ifür die Wellenlänge i (λ)_iDifferenzielles Reflexionsspektrum der ersten Ordnung, λ_i+1, λ_iλ_i-1 ist die benachbarte Wellenlänge.

Unter Verwendung der Formel (1) werden die Reflexionsspektra der Reisblatter in neun Gebieten ausgewählt, um die Wellenlängenposition ihres roten Wendepunkts zu erhalten.

Mit der Chlorophyl-Konzentration als Eigenvariable x, die Position der roten Wendepunktwellenlänge der Reisblatter als Faktor der Variable y, zur linearen Regressionsanalyse

Reisblatt reflektiert eine gute Korrelation zwischen dem roten Wendepunkt und der Chlorophyllkonzentration, Multikorrelationskoeffizient (R²Erreichen von 0,88, was mit der Theorie übereinstimmt, dass Laborversuche bestätigt haben, dass die Wellenlängenposition der roten Rand-Wendepunkte und die Chlorophyllkonzentration der Blattprobe positiv korreliert sind, so dass die quantitative Schätzung und Analyse der Chlorophyllkonzentration von Reisblättern mit Hilfe von Wildlife-Spektrometerdaten durchführbar ist.

4 Schlussfolgerungen

Dieses Experiment wurde auf der Grundlage der Analyse der reflektierenden spektralen Eigenschaften von Reisblättern durch die Untersuchung und Analyse der Korrelation zwischen ihrer spektralen Reflexivität und ihrer reflektierenden Position des roten Randes und der Chlorophyllkonzentration der Blätter durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen:

(1) die Korrelation zwischen Reisblatt Reflexivität und Chlorophyl-Konzentration hat eine enge Beziehung zu Wellenlängenspektrum, die eine negative Korrelation zwischen 420 ~ 726nm und eine positive Korrelation zwischen 726 ~ 1000nm darstellt; Beide haben eine hohe Korrelation zwischen 450 bis 686nm und 750 bis 770nm, und bei 686nm erreichen beide eine hohe Korrelation mit einem Korrelation-Koeffizienten größer als 0,95, während die Korrelation bei 726nm 0 ist. Die Ergebnisse dieses Experiments zeigen daher die Nachweisbarkeit der Chlorophyllkonzentration von Reis und die Notwendigkeit der optimalen Bandauswahl durch Geotopische Hochspektraltechniken.

(2) Es gibt eine gute lineare Korrelation zwischen dem Chlorophyl-Gehalt der Reisblatter und der Position des roten Randes des Reflexionsspektrums, was eine technische Methode und einen Weg zur quantitativen Schätzung der Chlorophyl-Konzentration der Reisblatter mit hohem Spektrum bietet.