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光谱仪在远程监测农作物光合作用中的应用

光合有效辐射吸收系数 (the fraction of absorbed photosynthetically active radiation, fapar) 是一个反映地球表面生物层与大气层进行气体交换程度的重要参数,同样也是分析农作物产量的重要指标。通常,由于fapar与归一化差值植被指数(the normalized difference vegetation index)ndvi为线性关系,因此可用ndvi来反映fapar。(ndvi=(rnirrred)/(rnir+rred),其中,rnir与rred分别为近红外与红色光谱区域的反射率。)然而大量实验表明,fapar与ndvi只能用于测量农作物的成长阶段,一种比较合理的解释为在农作物的繁殖与衰老阶段,尽管其阔叶或华盖仍能阻挡辐射,但其所含的叶绿素减少,从而导致了ndvi值减小。
图1 同一农作物不同时间的反射率曲线
图2 不同试验田中同种农作物的差异
内布拉斯加州大学(university of nebraska)连续多年从事农作物光合作用监测的研究工作,希望能寻找一种更测量fapar的方法。他们以大小相当的三块分别种有玉米与大豆的试验田作为实验对象,使用海洋光学的usb2000光谱仪,配以ls-1卤钨灯光源与反射探头,对玉米与大豆叶子表面进行反射测量,从而分析其叶绿素含量。同时,农业专家们还将一套双通道usb2000光谱仪固定于观测平台上,将一个通道的光纤垂直向上放置而将另一通道垂直对准地面,用于测量整个试验田的农作物上冠400-900nm波长范围的反射率,该系统的采样间隔为0.3nm,光谱分辨率约为1.5nm左右。专家们将测得的叶绿素含量与fapar值进行运算处理,得出fapargreen值,并将该值与其他经过预处理的值(red edge ndvi,green ndvi值)共同作为参考,从而大大提高了fapar的度,并将其应用范围延伸至农作物的繁殖与衰老阶段,帮助农业专家与学者对不同农作物的整个生长阶段进行监控与分析。为了实验的测量效率与准确性,内布拉斯加州大学的专家们还设计了“goliath”和“hercules”两款测量车(见下图)
推荐测试仪器:
remora无线光谱设备/detail.asp?proid=352
紫外/可见光纤光谱仪/search_products.asp?classid=152
nirquest近红外光谱仪 /detail.asp?proid=319
参考文献:
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
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