二向反射和方向半球反射光谱差异及其对小麦叶片叶绿素含量反演的影响

• Published in: 作物学报 Vol. 49; no. 2; pp. 485 - 496
• Main Authors: 王雪, 王文辉, 李栋, 姚霞, 朱艳, 曹卫星, 程涛
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 南京农业大学国家信息农业工程技术中心/江苏省信息农业重点实验室/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/智慧农业教育部工程研究中心/现代作物生产省部共建协同创新中心,江苏南京 210095 12.02.2023
• Subjects: 植被指数; 小波系数; 小麦; 叶片叶绿素含量; 二向反射; 方向半球反射
• ISSN: 0496-3490
• DOI: 10.3724/SP.J.1006.2023.21005

二向反射率因子(bidirectional reflectance factor,BRF)和方向半球反射率因子(directional-hemispherical re-flectance factor,DHRF)是反射光谱的两种形式,但在生化参数监测过程中,多数研究忽略了BRF和DHRF光谱的差异及其对叶片叶绿素含量(leaf chlorophyll content,LCC)反演的影响.本研究以不同品种、密度及氮素处理的小麦田间小区试验为基础,在叶片尺度获取了BRF和DHRF光谱,并计算相应的植被指数和小波系数,建立了基于植被指数和小波系数的LCC监测模型,定量分析BRF和DHRF光谱、植被指数和小波系数的差异及其对LCC反演的影响.结果表明,1)BRF和DHRF随LCC变化趋势一致,但两种光谱存在显著差异,且BRF光谱值高于DHRF光谱值;2)在一定程度上,应用植被指数和小波系数均可消除BRF和DHRF光谱差异的影响,其中归一化红边植被指数(normalized differential red edge vegetation index,NDRE)和红边叶绿素指数(red edge chlorophyll index,CIred-edge)可以消除BRF和DHRF光谱差异的影响(R2=0.930),但小波系数的性能要优于植被指数(R2=0.995);3)基于DHRF光谱的植被指数和小波系数对LCC的估测能力优于BRF光谱,所有植被指数中NDRE反演效果最好(DHRF:R2=0.957;BRF:R2=0.938;All:R2=0.892),第4尺度765 nm处的小波系数WF(4,675)反演LCC的效果优于NDRE(DHRF:R2=0.985;BRF:R2=0.971;All:R2=0.973),且WF(4,675)消除BRF和DHRF光谱差异对LCC反演的影响能力强于NDRE(WF(4,675):R2=0.973;NDRE:R2=0.892).综上所述,BRF和DHRF光谱存在差异,且这种差异不能直接忽略.研究明确了BRF和DHRF光谱的差异,为构建基于BRF和DHRF光谱的统一模型及提升冠层尺度LCC精确反演提供理论基础.