四种水稻品种受褐飞虱危害后的反射率特征
摘要：本研究利用手持式光谱仪在室内测定了4种水稻品种（武运粳23、南粳9108、丰两优6号、Y两优689）在分蘗期和孕穗期受褐飞虱为害后稻株总叶片的光谱反射，筛选了对褐飞虱危害敏感的光谱指数，并建立了预测模型。研究结果表明，人工接种褐飞虱危害后，在分蘗期、孕穗期两个生育期，4个水稻品种光谱反射率有相似变化，且各波长下光谱反射率、光谱指数与褐飞虱虫量间存在共同的显著的相关性。通过筛选，4水稻品种共同对BPH为害虫量敏感的光谱波段范围是：在分蘖期为400-491nm、608-696nm和728-1000nm，在孕穗期为658-680nm 和717-1000nm。利用线性回归的方法，建立了基于900nm和680nm处反射率比值指数的不同水稻品种在不同生育期的褐飞虱虫量光谱监测初步模型，这些模型对不同品种水稻上褐飞虱的为害虫量的表征效果尚可。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法3
1.1 供试水稻及虫源3
1.2水稻的接虫处理3
1.3稻株光谱反射率测定3
1.4数据分析方法3
2 结果与分析4
2.1 各品种水稻在不同生育期下反射率以其一阶导数特征4
2.2.各品种水稻在不同虫量下反射率以其一阶导数特征变化5
2.2.1 分蘖期反射率特征变化5
2.2.2 孕穗期反射率特征变化6
2.2.3 分蘖期反射率的一阶导数变化7
2.2.4 孕穗期反射率的一阶导数变化8
2.3 各水稻品种两生育期反射率与虫量的相关性分析9
2.3.1 分蘖期各水稻品种反射率与虫量的相关性分析9
2.3.2 孕穗期各水稻品种反射率与虫量的相关性分析11
2.4 虫量监测模型组建11
3 讨论13
致谢15
参考文献15
四种水稻品种受褐飞虱危害后的反射率特征
引言
自20世纪
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
90年代以来，作为基于信息高科技的集约化农业“精细农业”成为农业可持续发展的热门研究领域，其中高光谱技术的发展为精细农业的实现提供了新的技术支持。近年来，遥感技术由于其具有使用方便、测定快捷、监测结果及时而准确的特点，而受到了广泛的研究和应用。
高光谱遥感的多波段(几十、上百个)、高分辨率 (3nm~20nm)特点，使其可探测植被的精细光谱信息(特别是植被各种生化组分的吸收光谱信息)，反演各组分含量，监测植被的生长状况。植物病虫害的高光谱监测是通过测定作物叶片的生物化学成分来进行的。虫害会导致植株叶肉细胞结构发生变化，使得叶片的光谱反射率也发生变化。利用遥感信息进行作物估产就是利用某种植被指数与产量间的关系来实现的。
植物光谱吸收特征与植物体内有机组分有关(Pearson and Miller, 1972)。光谱反射率高低主要取决于植物色素含量、水分、冠层结构等因素。由于害虫危害作物后，作物叶片的物理结构、含水量、色素、营养成分等会发生变化，而这些变化在叶绿素含量上会发生相应变化。因此，可利用作物的叶绿素含量的变化来反演作物受害的水平。根据虫害导致的色素变化采用遥感影像可以监测虫害发生面积及发生程度。Haboudan等(2002)运用航空遥感影像和测量地面叶绿素含量，发现转换型叶绿素吸收率指数(TCARI)和选择性土壤校正植被指数(OSAVI)的比值能敏感地反映出植物叶绿素含量的变化。可根据害虫危害导致的作物色素的变化，通过影像对色素变化解译而反演出虫情的变化(Zhang et al.,2008)。例如，蚱蜢危害高梁，主要影响高梁的叶绿素含量，对被虫危害区域航空遥感影像进行色素梯度解译，可得到不同程度色素梯度图，从而进行虫量预测( Singh et al.,2011)。另外，有研究表明褐飞虱的为害在水稻叶片和冠层光谱上均会有明显表现(孙启花和刘向东,2010；Yang and Cheng,2001)。
可见光区波段范围在400730nm处的反射率是植物色素的敏感区域，作物受虫害后，该波段光谱反射率会发生明显的变化(Carter, 1994)。红边参数在反演植物生长状况中非常重要，是虫害检测中的重要光谱波段(Zhao et al., 2002)。不同的虫害以及危害程度的差异会导致叶片反射率特征不同，在特定的波段上会呈现不同的变化规律，进而可以用来监测虫害发生情况，较准确地预测各类蚜虫、螨类、螟虫、飞虱等害虫对作物的危害情况(Sankaran，2010)。利用褐飞虱为害后的水稻苗，测定小苗的光谱反射率发现，不同虫量、不同龄期的褐飞虱若虫和褐飞虱的产卵行为等均在稻株光谱反射率上有所表现，近红外波段的反射率与虫害水平相关显著，同时以稻株的R550、R760、Dλred和Sred四个指标建立模型，准确率最高达100%(孙启花, 2010)。
稻飞虱是水稻主要的虫害之一，当水稻受到褐飞虱的危害后，叶面逐渐黄枯、凋零，从而导致光谱反射特征变化，通过对光谱收集后分析可以获得虫害程度、虫害面积和产量损失，解决了传统检测和监测方法耗时、费力的缺点, 而且缩短了从调查到预报的时间, 较好地满足现代农业的精准生产要求，从而能够指导病虫害防治等过程中实施精确定位、按需投入，节约农药，使作物生产成本降低。
但是水稻品种对光谱反射率有影响。不同品种水稻由于其对虫害的耐害性不同，水稻受褐飞虱危害后， 其外部叶片形态和内部生理会发生不同程度的变化(陈建平, 2003），从而引起某些特征波段的值发生变化。实际生产过程中，不同地区的水稻品种存在较大差异，而不同品种受褐飞虱为害后的反射率特征如何，现还没有研究报道。本研究以褐飞虱为研究对象，通过室内试验，测定单株水稻总叶片高光谱反射率，获取水稻受褐飞虱为害前后的光谱，以筛选不同水稻品种对褐飞虱危害的共同敏感的光谱波段，建立褐飞虱危害的预测模型，为大田褐飞虱种群数量监测提供支持和指导。
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：丰两优6号、Y两优689，粳稻：武运粳23、南粳9108。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分蘗期和孕穗期。
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
在四个品种水稻的分蘖、孕穗时期，分别选取同一批次、长势一致的标准稻苗作为供试水稻。利用吸虫器分别吸取0、10、20、30、40头褐飞虱三龄若虫，接于选好的稻株上，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。以不接试虫的稻株为对照，每个处理做10次重复。接虫后，每隔3天测定一次稻叶光谱反射率，同时检查虫口存活量，如果发现有试虫死亡，则补充与笼内虫同龄的试虫。
1．3 稻株光谱反射率测定
在暗室内对各处理稻株和稻叶进行光谱反射率的测定，测量仪器为美国ASD公司的便携式光谱仪及其特制光源。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°。每次测定前，用三角架将光谱仪探头固定，并使探头垂直向下正对待测叶片,将反射率近似为零的黑布平铺在其正下方。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°,避免光谱仪或者光源的角度造成实验误差。关闭室内光源使周围处于黑暗环境下。将待测的水稻叶片平铺在黑布上，按叶片长度在各1/3处测值。光谱仪开机预热20min后，连接数据记录装置，光谱测定前先将光谱仪探头对准标准白板进行校正，每运行数次后需重新校正。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。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法3
1.1 供试水稻及虫源3
1.2水稻的接虫处理3
1.3稻株光谱反射率测定3
1.4数据分析方法3
2 结果与分析4
2.1 各品种水稻在不同生育期下反射率以其一阶导数特征4
2.2.各品种水稻在不同虫量下反射率以其一阶导数特征变化5
2.2.1 分蘖期反射率特征变化5
2.2.2 孕穗期反射率特征变化6
2.2.3 分蘖期反射率的一阶导数变化7
2.2.4 孕穗期反射率的一阶导数变化8
2.3 各水稻品种两生育期反射率与虫量的相关性分析9
2.3.1 分蘖期各水稻品种反射率与虫量的相关性分析9
2.3.2 孕穗期各水稻品种反射率与虫量的相关性分析11
2.4 虫量监测模型组建11
3 讨论13
致谢15
参考文献15
四种水稻品种受褐飞虱危害后的反射率特征
引言
自20世纪
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
90年代以来，作为基于信息高科技的集约化农业“精细农业”成为农业可持续发展的热门研究领域，其中高光谱技术的发展为精细农业的实现提供了新的技术支持。近年来，遥感技术由于其具有使用方便、测定快捷、监测结果及时而准确的特点，而受到了广泛的研究和应用。
高光谱遥感的多波段(几十、上百个)、高分辨率 (3nm~20nm)特点，使其可探测植被的精细光谱信息(特别是植被各种生化组分的吸收光谱信息)，反演各组分含量，监测植被的生长状况。植物病虫害的高光谱监测是通过测定作物叶片的生物化学成分来进行的。虫害会导致植株叶肉细胞结构发生变化，使得叶片的光谱反射率也发生变化。利用遥感信息进行作物估产就是利用某种植被指数与产量间的关系来实现的。
植物光谱吸收特征与植物体内有机组分有关(Pearson and Miller, 1972)。光谱反射率高低主要取决于植物色素含量、水分、冠层结构等因素。由于害虫危害作物后，作物叶片的物理结构、含水量、色素、营养成分等会发生变化，而这些变化在叶绿素含量上会发生相应变化。因此，可利用作物的叶绿素含量的变化来反演作物受害的水平。根据虫害导致的色素变化采用遥感影像可以监测虫害发生面积及发生程度。Haboudan等(2002)运用航空遥感影像和测量地面叶绿素含量，发现转换型叶绿素吸收率指数(TCARI)和选择性土壤校正植被指数(OSAVI)的比值能敏感地反映出植物叶绿素含量的变化。可根据害虫危害导致的作物色素的变化，通过影像对色素变化解译而反演出虫情的变化(Zhang et al.,2008)。例如，蚱蜢危害高梁，主要影响高梁的叶绿素含量，对被虫危害区域航空遥感影像进行色素梯度解译，可得到不同程度色素梯度图，从而进行虫量预测( Singh et al.,2011)。另外，有研究表明褐飞虱的为害在水稻叶片和冠层光谱上均会有明显表现(孙启花和刘向东,2010；Yang and Cheng,2001)。
可见光区波段范围在400730nm处的反射率是植物色素的敏感区域，作物受虫害后，该波段光谱反射率会发生明显的变化(Carter, 1994)。红边参数在反演植物生长状况中非常重要，是虫害检测中的重要光谱波段(Zhao et al., 2002)。不同的虫害以及危害程度的差异会导致叶片反射率特征不同，在特定的波段上会呈现不同的变化规律，进而可以用来监测虫害发生情况，较准确地预测各类蚜虫、螨类、螟虫、飞虱等害虫对作物的危害情况(Sankaran，2010)。利用褐飞虱为害后的水稻苗，测定小苗的光谱反射率发现，不同虫量、不同龄期的褐飞虱若虫和褐飞虱的产卵行为等均在稻株光谱反射率上有所表现，近红外波段的反射率与虫害水平相关显著，同时以稻株的R550、R760、Dλred和Sred四个指标建立模型，准确率最高达100%(孙启花, 2010)。
稻飞虱是水稻主要的虫害之一，当水稻受到褐飞虱的危害后，叶面逐渐黄枯、凋零，从而导致光谱反射特征变化，通过对光谱收集后分析可以获得虫害程度、虫害面积和产量损失，解决了传统检测和监测方法耗时、费力的缺点, 而且缩短了从调查到预报的时间, 较好地满足现代农业的精准生产要求，从而能够指导病虫害防治等过程中实施精确定位、按需投入，节约农药，使作物生产成本降低。
但是水稻品种对光谱反射率有影响。不同品种水稻由于其对虫害的耐害性不同，水稻受褐飞虱危害后， 其外部叶片形态和内部生理会发生不同程度的变化(陈建平, 2003），从而引起某些特征波段的值发生变化。实际生产过程中，不同地区的水稻品种存在较大差异，而不同品种受褐飞虱为害后的反射率特征如何，现还没有研究报道。本研究以褐飞虱为研究对象，通过室内试验，测定单株水稻总叶片高光谱反射率，获取水稻受褐飞虱为害前后的光谱，以筛选不同水稻品种对褐飞虱危害的共同敏感的光谱波段，建立褐飞虱危害的预测模型，为大田褐飞虱种群数量监测提供支持和指导。
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：丰两优6号、Y两优689，粳稻：武运粳23、南粳9108。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分蘗期和孕穗期。
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
在四个品种水稻的分蘖、孕穗时期，分别选取同一批次、长势一致的标准稻苗作为供试水稻。利用吸虫器分别吸取0、10、20、30、40头褐飞虱三龄若虫，接于选好的稻株上，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。以不接试虫的稻株为对照，每个处理做10次重复。接虫后，每隔3天测定一次稻叶光谱反射率，同时检查虫口存活量，如果发现有试虫死亡，则补充与笼内虫同龄的试虫。
1．3 稻株光谱反射率测定
在暗室内对各处理稻株和稻叶进行光谱反射率的测定，测量仪器为美国ASD公司的便携式光谱仪及其特制光源。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°。每次测定前，用三角架将光谱仪探头固定，并使探头垂直向下正对待测叶片,将反射率近似为零的黑布平铺在其正下方。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°,避免光谱仪或者光源的角度造成实验误差。关闭室内光源使周围处于黑暗环境下。将待测的水稻叶片平铺在黑布上，按叶片长度在各1/3处测值。光谱仪开机预热20min后，连接数据记录装置，光谱测定前先将光谱仪探头对准标准白板进行校正，每运行数次后需重新校正。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。
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