不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征
高光谱遥感作为一种快速监测手段已经被广泛应用于农业病虫害监测中，明确不同品种水稻受飞虱为害后的光谱差异，可以为不同稻区飞虱的光谱监测提供指导。本文基于高光谱遥感技术，研究了不同水稻品种受褐飞虱危害后的光谱特征。结果表明，随着褐飞虱虫量和危害时间的增加，各水稻品种的光谱反射率均表现一致的变化规律，即在绿峰区下降，红谷区上升，近红外波段区下降。不同品种水稻的光谱反射率表征虫量水平的能力不同，武运粳品种在各生育期的反射率有较好地表征褐飞虱虫量的能力，扬花期水稻受害后光谱反射率及NDVI指数反映褐飞虱为害的能力相对要强。水稻品种和水稻生育期均会影响光谱反射率表征褐飞虱为害的能力。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 供试水稻及虫源 2
1.2 水稻的接虫处理（各生育期供试水稻的处理与选取）2
1.3 稻株光谱反射率测定2
1.4 数据分析方法 3
2 结果与分析 3
2.1拔节期开始不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征3
2.2孕穗期开始不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征5
2.3扬花期开始不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征6
2.4 不同品种水稻受褐飞虱为害后植被指数NDVI的变化8
3 讨论 10
致谢10
参考文献11
不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征
引言
农作物病虫害是农业生产上的重要生物灾害，是制约高产、优质、高效益农业持续发展的主导因素之一，对病虫害进行监测预警是控制病虫害蔓延和产量损失的有效方法。褐飞虱是危害水稻的主要害虫，常年在长江流域及其以南地区频繁爆发。因此对褐飞虱的为害进行及时有效的监测显得相当重要。
高光谱遥感技术可监测作物在各波长内的反射率，获得一连续的光谱曲线[1]。绿色植物的光谱反射率在各波段上均会表现出相似的特征，如400nm700nm的可见光区由于叶绿素强吸收而反射率较低，在480nm、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
560nm和680nm附近形成“蓝谷”、“绿峰”和“红谷”；700nm1300nm的近红外区由于叶片内部多次散射导致较高的反射率；1300nm以后，由于水分的强吸收反射率再次降低，并在1600nm和2200nm处出现植物所特有的两个反射峰。冠层光谱与叶片光谱类似，但由于受到太阳辐射、种植结构、叶面积、阴影和土壤背景的影响而略有区别[2]。高光谱反射率可表征植物结构与生化物质的变化[35]。 植物受到各种生物或非生物胁迫后，植株的叶片颜色、物理结构、叶绿素含量、光合能力、生理特性等都会发生改变，进而影响作物对光能的吸收，导致受害作物的光谱特性与健康作物的光谱特性的较大差异，从而可以用于探测病虫害对作物的为害。
研究作物受病虫危害后的光谱变化，寻找病虫危害程度与原始光谱、植被指数、导数光谱等变化之间的关系，确定不同作物和病虫害监测的敏感波段和敏感时期，这是有关高光谱遥感用于农作物病虫害监测的研究中涉及较多的方面。Zhang等[6]通过分析冠层高光谱数据得出在马铃薯晚疫病的监测中，近红外区域比可见光区域更有价值。吴曙雯等[7]对4 个感染不同等级稻叶瘟的水稻冠层反射光谱进行测试，并对光谱反射率进行微分处理，研究了绿光区、红光区和近红外区反射光谱的变异特征，结果表明，绿光区、红光区和近红外区的水稻冠层光谱反射率随病情程度的加重分别呈现下降、上升和下降的趋势。王新忠等[8]试验表明近红外光谱技术可以快速、准确地预测水稻褐飞虱虫害。邱白晶等[9]通过水稻白背飞虱虫害的冠层光谱特性与虫量反演建立了检测白背飞虱虫量的5种单变量线性函数模型。程乾等[10]利用光谱特性分析方法对水稻褐飞虱为害后水稻的光谱特性进行了分析,并建立了水稻褐飞虱虫量估计模型,可有效开展水稻褐飞虱虫量的预测。
现有的研究结果表明，水稻光谱特征可以表征水稻受褐飞虱为害程度，但是实际生产过程中，不同地区的水稻品种存在较大差异，而不同品种受飞虱为害后的光谱特征如何，现还没有研究报道。本研究对不同水稻品种受褐飞虱危害后的光谱反射率进行了测定，以期明确不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征，寻找到共同的敏感波段范围及反射率微分后的相关光谱指数，为大田稻飞虱为害的监测提供指导。
1 材料与方法
1．1 供试水稻及虫源
供试水稻品种为江苏省省内种植量较大的4个水稻品种，籼稻：天丰优084、内2优6号，粳稻：苏香粳3号及武运粳29。苗期水稻在室内条件下用营养土进行培养，后移植于装满营养土的500ml一次性塑料杯中，在室外自然条件下培养至拔节气，孕穗期。
供试虫源褐飞虱于2008年5月采自广西南宁，采回后在室内光照培养箱用稻苗进行饲养多代备用，饲养条件为27℃, L14:D10, 70–85% r h。
1．2 水稻的接虫处理
选取水稻的三个生育期，拔节期、孕穗期和扬花期分别接入不同数量的褐飞虱，以造面水稻不同程度的受害。在拔节期、孕穗期和扬花期接褐飞虱3龄若虫，每株水稻接虫量依次为0、5、10、15、20头，接虫后稻株用高20cm、直径10㎝的透明塑料罩笼罩好，笼罩上部用透气海绵封口罩严，以防飞虱逃逸和其它害虫进入。每个水稻品种的每种接虫量重复10次。接虫每隔3天测定一次稻叶光谱反射率，并检查所接虫是否存活，并予以及时补充。
1．3 稻株光谱反射率测定
采用美国ASD公司的便携式光谱仪及其室内测定的特制光源，在暗室内对各处理稻株和稻叶进行光谱反射率的测定。该光谱仪可测定光谱的波段范围为3501050nm，光谱分辨率为3nm，采样间隔为1.41nm，视场角为25°。实验前，将光谱仪和光源分别固定在暗室内，光谱仪开机预热20min后连接计算机，光谱测定前先将光谱仪探头对准标准白板进行校正，整个实验进行期间，光谱仪和光源的位置保持固定，以减小测量误差。将各样品总叶平展置于黑布上，使探头垂直向下正对待测叶片，探头距被测叶片表面的垂直距离为0.10m，光源与叶片表面的夹角为45°[11]。每个叶片样本按叶片长度在各1/3处分别测3次，每次重复测定5次，以每总叶15次的平均值作为观测总叶片的光谱反射率值，每次测量前利用标准白板进行反射率校正。
1．4 数据分析方法
光谱仪测定的光谱数据，由光谱仪经光谱分析软件（View Spec Pro）传入计算机，用光谱分析软件分析获得各波段稻株的光谱反射率，下面提取了几个主要波段的光谱反射率, 将接虫5，10，15，20头稻株的光谱反射率除以接0头虫的相应指标，成为“敏感性”值，然后以“敏感性”值做图表，并基于敏感波段处的光谱反射率按公式计算差值植被指数NDVI =(R760R670)/(R760+R670) [12]。采用Duncan氏新复极差比较法，进行不同处理间稻株反射率及各光谱指数间的差异显著性比较。数据分析在EXCEL和SPSS19.0软件中进行。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 供试水稻及虫源 2
1.2 水稻的接虫处理（各生育期供试水稻的处理与选取）2
1.3 稻株光谱反射率测定2
1.4 数据分析方法 3
2 结果与分析 3
2.1拔节期开始不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征3
2.2孕穗期开始不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征5
2.3扬花期开始不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征6
2.4 不同品种水稻受褐飞虱为害后植被指数NDVI的变化8
3 讨论 10
致谢10
参考文献11
不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征
引言
农作物病虫害是农业生产上的重要生物灾害，是制约高产、优质、高效益农业持续发展的主导因素之一，对病虫害进行监测预警是控制病虫害蔓延和产量损失的有效方法。褐飞虱是危害水稻的主要害虫，常年在长江流域及其以南地区频繁爆发。因此对褐飞虱的为害进行及时有效的监测显得相当重要。
高光谱遥感技术可监测作物在各波长内的反射率，获得一连续的光谱曲线[1]。绿色植物的光谱反射率在各波段上均会表现出相似的特征，如400nm700nm的可见光区由于叶绿素强吸收而反射率较低，在480nm、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
560nm和680nm附近形成“蓝谷”、“绿峰”和“红谷”；700nm1300nm的近红外区由于叶片内部多次散射导致较高的反射率；1300nm以后，由于水分的强吸收反射率再次降低，并在1600nm和2200nm处出现植物所特有的两个反射峰。冠层光谱与叶片光谱类似，但由于受到太阳辐射、种植结构、叶面积、阴影和土壤背景的影响而略有区别[2]。高光谱反射率可表征植物结构与生化物质的变化[35]。 植物受到各种生物或非生物胁迫后，植株的叶片颜色、物理结构、叶绿素含量、光合能力、生理特性等都会发生改变，进而影响作物对光能的吸收，导致受害作物的光谱特性与健康作物的光谱特性的较大差异，从而可以用于探测病虫害对作物的为害。
研究作物受病虫危害后的光谱变化，寻找病虫危害程度与原始光谱、植被指数、导数光谱等变化之间的关系，确定不同作物和病虫害监测的敏感波段和敏感时期，这是有关高光谱遥感用于农作物病虫害监测的研究中涉及较多的方面。Zhang等[6]通过分析冠层高光谱数据得出在马铃薯晚疫病的监测中，近红外区域比可见光区域更有价值。吴曙雯等[7]对4 个感染不同等级稻叶瘟的水稻冠层反射光谱进行测试，并对光谱反射率进行微分处理，研究了绿光区、红光区和近红外区反射光谱的变异特征，结果表明，绿光区、红光区和近红外区的水稻冠层光谱反射率随病情程度的加重分别呈现下降、上升和下降的趋势。王新忠等[8]试验表明近红外光谱技术可以快速、准确地预测水稻褐飞虱虫害。邱白晶等[9]通过水稻白背飞虱虫害的冠层光谱特性与虫量反演建立了检测白背飞虱虫量的5种单变量线性函数模型。程乾等[10]利用光谱特性分析方法对水稻褐飞虱为害后水稻的光谱特性进行了分析,并建立了水稻褐飞虱虫量估计模型,可有效开展水稻褐飞虱虫量的预测。
现有的研究结果表明，水稻光谱特征可以表征水稻受褐飞虱为害程度，但是实际生产过程中，不同地区的水稻品种存在较大差异，而不同品种受飞虱为害后的光谱特征如何，现还没有研究报道。本研究对不同水稻品种受褐飞虱危害后的光谱反射率进行了测定，以期明确不同品种水稻受褐飞虱为害后的光谱特征，寻找到共同的敏感波段范围及反射率微分后的相关光谱指数，为大田稻飞虱为害的监测提供指导。
1 材料与方法
1．1 供试水稻及虫源
供试水稻品种为江苏省省内种植量较大的4个水稻品种，籼稻：天丰优084、内2优6号，粳稻：苏香粳3号及武运粳29。苗期水稻在室内条件下用营养土进行培养，后移植于装满营养土的500ml一次性塑料杯中，在室外自然条件下培养至拔节气，孕穗期。
供试虫源褐飞虱于2008年5月采自广西南宁，采回后在室内光照培养箱用稻苗进行饲养多代备用，饲养条件为27℃, L14:D10, 70–85% r h。
1．2 水稻的接虫处理
选取水稻的三个生育期，拔节期、孕穗期和扬花期分别接入不同数量的褐飞虱，以造面水稻不同程度的受害。在拔节期、孕穗期和扬花期接褐飞虱3龄若虫，每株水稻接虫量依次为0、5、10、15、20头，接虫后稻株用高20cm、直径10㎝的透明塑料罩笼罩好，笼罩上部用透气海绵封口罩严，以防飞虱逃逸和其它害虫进入。每个水稻品种的每种接虫量重复10次。接虫每隔3天测定一次稻叶光谱反射率，并检查所接虫是否存活，并予以及时补充。
1．3 稻株光谱反射率测定
采用美国ASD公司的便携式光谱仪及其室内测定的特制光源，在暗室内对各处理稻株和稻叶进行光谱反射率的测定。该光谱仪可测定光谱的波段范围为3501050nm，光谱分辨率为3nm，采样间隔为1.41nm，视场角为25°。实验前，将光谱仪和光源分别固定在暗室内，光谱仪开机预热20min后连接计算机，光谱测定前先将光谱仪探头对准标准白板进行校正，整个实验进行期间，光谱仪和光源的位置保持固定，以减小测量误差。将各样品总叶平展置于黑布上，使探头垂直向下正对待测叶片，探头距被测叶片表面的垂直距离为0.10m，光源与叶片表面的夹角为45°[11]。每个叶片样本按叶片长度在各1/3处分别测3次，每次重复测定5次，以每总叶15次的平均值作为观测总叶片的光谱反射率值，每次测量前利用标准白板进行反射率校正。
1．4 数据分析方法
光谱仪测定的光谱数据，由光谱仪经光谱分析软件（View Spec Pro）传入计算机，用光谱分析软件分析获得各波段稻株的光谱反射率，下面提取了几个主要波段的光谱反射率, 将接虫5，10，15，20头稻株的光谱反射率除以接0头虫的相应指标，成为“敏感性”值，然后以“敏感性”值做图表，并基于敏感波段处的光谱反射率按公式计算差值植被指数NDVI =(R760R670)/(R760+R670) [12]。采用Duncan氏新复极差比较法，进行不同处理间稻株反射率及各光谱指数间的差异显著性比较。数据分析在EXCEL和SPSS19.0软件中进行。
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