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光譜儀在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)農(nóng)作物光合作用中的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：286 發(fā)布時(shí)間：2014-11-2
光合有效輻射吸收系數(shù) （The fraction of absorbed photosynthetically active radiation, fAPAR） 是一個(gè)反映地球表面生物層與大氣層進(jìn)行氣體交換程度的重要參數(shù)，同樣也是分析農(nóng)作物產(chǎn)量的重要指標(biāo)。通常，由于fAPAR與歸一化差值植被指數(shù)（The Normalized Difference Vegetation Index）NDVI為線性關(guān)系，因此可用NDVI來(lái)反映fAPAR。（NDVI=（RNIRRred）/（RNIR+Rred），其中，RNIR與Rred分別為近紅外與紅色光譜區(qū)域的反射率。）然而大量實(shí)驗(yàn)表明，fAPAR與NDVI只能用于測(cè)量農(nóng)作物的成長(zhǎng)階段，一種比較合理的解釋為在農(nóng)作物的繁殖與衰老階段，盡管其闊葉或華蓋仍能阻擋輻射，但其所含的葉綠素減少，從而導(dǎo)致了NDVI值減小。
圖1 同一農(nóng)作物不同時(shí)間的反射率曲線
圖2 不同試驗(yàn)田中同種農(nóng)作物的差異 內(nèi)布拉斯加州大學(xué)（University of Nebraska）連續(xù)多年從事農(nóng)作物光合作用監(jiān)測(cè)的研究工作，希望能尋找一種更測(cè)量fAPAR的方法。他們以大小相當(dāng)?shù)娜龎K分別種有玉米與大豆的試驗(yàn)田作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用海洋光學(xué)的USB2000光譜儀，配以LS-1鹵鎢燈光源與反射探頭，對(duì)玉米與大豆葉子表面進(jìn)行反射測(cè)量，從而分析其葉綠素含量。同時(shí)，農(nóng)業(yè)專家們還將一套雙通道USB2000光譜儀固定于觀測(cè)平臺(tái)上，將一個(gè)通道的光纖垂直向上放置而將另一通道垂直對(duì)準(zhǔn)地面，用于測(cè)量整個(gè)試驗(yàn)田的農(nóng)作物上冠400-900nm波長(zhǎng)范圍的反射率，該系統(tǒng)的采樣間隔為0.3nm，光譜分辨率約為1.5nm左右。專家們將測(cè)得的葉綠素含量與fAPAR值進(jìn)行運(yùn)算處理，得出fAPARGREEN值，并將該值與其他經(jīng)過(guò)預(yù)處理的值（Red edge NDVI，Green NDVI值）共同作為參考，從而大大提高了fAPAR的度，并將其應(yīng)用范圍延伸至農(nóng)作物的繁殖與衰老階段，幫助農(nóng)業(yè)專家與學(xué)者對(duì)不同農(nóng)作物的整個(gè)生長(zhǎng)階段進(jìn)行監(jiān)控與分析。為了實(shí)驗(yàn)的測(cè)量效率與準(zhǔn)確性，內(nèi)布拉斯加州大學(xué)的專家們還設(shè)計(jì)了“Goliath”和“Hercules”兩款測(cè)量車（見(jiàn)下圖）
推薦測(cè)試儀器： Remora無(wú)線光譜設(shè)備/Detail.asp?ProID=352 紫外/可見(jiàn)光纖光譜儀/Search_Products.asp?ClassID=152 NIRQUEST近紅外光譜儀 /Detail.asp?ProID=319 參考文獻(xiàn)： Andres Vina, Anatoly A. Gison, “New developments in the remote estimation of the fraction of absorbed photosynthetically active radiation in crops”, GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 32, L17403