铜胁迫下玉米叶片光谱STFT分析与叶片铜离子浓度反演

作者：孟飞; 崔宇; 付萍杰^*

来源：农业机械学报, 2021, 52(04): 181-189.

• 高光谱
• 玉米叶片
• 重金属胁迫
• 时频分析
• 铜离子浓度
• 反演

采集不同浓度梯度铜离子(Cu~(2+))胁迫下玉米叶片的可见光-近红外光谱及实测玉米叶片Cu~(2+)浓度,采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,STFT)时频分析技术,研究不同浓度Cu~(2+)胁迫下玉米叶片光谱的能量振幅响应,进而提取特征波段的振幅参数,利用偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)方法反演叶片Cu~(2+)浓度。研究发现,玉米叶片光谱的STFT变换所得能量振幅峰值随Cu~(2+)胁迫浓度梯度的增加呈先降低、后升高趋势,且随Cu~(2+)浓度的升高不断向短波方向迁移。选取不同浓度梯度的能量振幅峰值波段为特征波段,利用特征波段上随频域变化的能量幅值,建立玉米叶片Cu~(2+)浓度反演的偏最小二乘回归模型,模型R~2为0.986 3。选取相同培育期的另外2组植株数据为验证数据,进行相同STFT变换,利用建立的偏最小二乘回归模型对两组验证数据进行玉米叶片Cu~(2+)浓度反演,并与验证组实测Cu~(2+)浓度进行相关性分析,Cu~(2+)反演R2分别为0.880 6和0.733 1(P <0.01),RMSE分别为1.563、2.619μg/g。研究表明,光谱的时频分析方法可用于Cu~(2+)胁迫下玉米叶片的快速检测,为农作物的重金属胁迫监测提供了新的思路。

• 单位
  山东建筑大学