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基于红光波段SIF的高寒草甸GPP遥感监测方法
1
作者 竞霞 张二妮 +2 位作者 段维纳 陈思媛 张震华 《农业机械学报》 北大核心 2026年第3期284-293,共10页
高寒草甸生态系统具有强大的碳汇能力,准确估计其总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)对掌握全球碳循环具有重要意义。日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,红... 高寒草甸生态系统具有强大的碳汇能力,准确估计其总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)对掌握全球碳循环具有重要意义。日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,红光波段SIF(Red SIF,RSIF)包含了更多的PSⅡ信息。为了探究RSIF对高寒草甸生态系统GPP的响应特性,本文综合RSIF、环境变量以及冠层结构参数,分别基于随机森林回归(Random forest regression,RFR)、多元线性回归(Multiple linear regression,MLR)和简单线性回归(Simple linear regression,SLR)方法构建了高寒草甸GPP预测模型,并将其与远红光波段SIF(Far-red SIF,FRSIF)的预测结果进行对比分析。结果表明:冠层RSIF和FRSIF均与GPP呈显著正相关关系,RSIF与GPP的相关系数较FRSIF提高23.53%,在高寒草甸GPP预测中较FRSIF具有更大的优势。在训练数据集中,综合RSIF、环境变量以及冠层结构参数构建的RFR和MLR模型预测GPP与实测GPP间的平均R2较FRSIF分别提高5.79%和12.69%,平均RMSE分别降低16.37%和30.56%,以单一RSIF为自变量构建的SLR模型预测GPP与实测GPP间的平均R2较FRSIF提高31.02%,平均RMSE降低34.28%。在验证数据集中以RSIF、环境变量以及冠层结构参数为自变量构建的RFR模型预测GPP和实测GPP之间的平均R2较MLR提高1.86%、较单一以RSIF为自变量的SLR模型提高6.62%,其对应平均RMSE分别降低1.04%和17.13%。RSIF比FRSIF在高寒草甸生态系统GPP监测方面具有更大的潜力,研究结果亦对其它生态系统GPP遥感监测具有重要参考价值。 展开更多
关键词 高寒草甸 总初级生产力 红光波段sif 塔基sif 模型精度
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基于红光波段日光诱导叶绿素荧光逃逸率的小麦条锈病遥感监测
2
作者 竞霞 张震华 +3 位作者 叶启星 张二妮 赵佳琪 陈兵 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期179-187,共9页
小麦条锈病是影响小麦产量的主要病害之一,及时探测到病害信息对小麦条锈病的防控具有重要意义。红光波段日光诱导叶绿素荧光(red solar-induced chlorophyll fluorescence,RSIF)能够敏感反映植物光合生理状态,SIF逃逸率与冠层几何结构... 小麦条锈病是影响小麦产量的主要病害之一,及时探测到病害信息对小麦条锈病的防控具有重要意义。红光波段日光诱导叶绿素荧光(red solar-induced chlorophyll fluorescence,RSIF)能够敏感反映植物光合生理状态,SIF逃逸率与冠层几何结构、叶片光学特性和植被光能利用率密切相关。为实现小麦条锈病及时准确的探测,该研究基于SIF逃逸率函数计算方式,利用野外实测数据计算不同尺度SIF(冠层尺度SIFCanopy、光系统尺度SIFPS)及其逃逸率(εCP),分析了RSIF逃逸率(RεCP)监测小麦条锈病的生理基础,探讨了条锈病胁迫下RεCP的响应特性,并将其与SIF及其衍生参数(荧光产率ФF、表观SIF产量SIFy)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、MERIS陆地叶绿素指数(MERIS terrestrial chlorophyll index,MTCI)、简单比值植被指数(simple ratio vegetation index,SR)进行比较。结果表明:RεCP与氮平衡指数(nitrogen balance index,NBI)、叶绿素(chlorophyll,Chl)、类黄酮(flavonoid,Flav)和花青素(anthocyanin,Anth)4个生理参数的相关性均达到了极显著性水平,且优于光系统尺度RSIF和远红光波段SIF(far-red solar-induced chlorophyll fluorescence,FRSIF),与叶面积指数(leaf area index,LAI)的相关性则优于冠层尺度FRSIF,RεCP能够更好地反映病害胁迫引起的作物生理和冠层结构的变化。在冠层尺度FRSIF(FRSIFCanopy)、光系统尺度FRSIF(FRSIFPS)和RSIF(RSIFPS)、红光波段表观SIF产量(RSIFy)及其荧光产率(RФF)、NDVI、MTCI、SR等特征变量中,RεCP与病情严重度(severity level,DSL)的相关性最高。低叶绿素含量(Chl≤30)和中高叶绿素含量(Chl>30)下,RεCP对小麦条锈病胁迫的响应均最为敏感,其与DSL的相关性均优于达到极显著性水平的SIF及其衍生参数和植被指数。RεCP是小麦条锈病遥感监测的适宜因子,研究结果对提高小麦条锈病的遥感监测精度具有重要意义,同时亦对其他作物胁迫的遥感监测具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 植被 指数 日光诱导叶绿素荧光 红光波段 逃逸率 光合生理 小麦条锈病
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