二向反射和方向半球反射光谱差异及其对小麦叶片叶绿素含量反演的影响

作者：王雪; 王文辉; 李栋; 姚霞; 朱艳; 曹卫星; 程涛^*

来源：作物学报, 2023, 49(02): 485-496.

• 小麦
• 二向反射
• 方向半球反射
• 叶片叶绿素含量
• 植被指数
• 小波系数

二向反射率因子(bidirectionalreflectancefactor,BRF)和方向半球反射率因子(directional-hemisphericalreflectancefactor,DHRF)是反射光谱的两种形式,但在生化参数监测过程中,多数研究忽略了BRF和DHRF光谱的差异及其对叶片叶绿素含量(leaf chlorophyll content, LCC)反演的影响。本研究以不同品种、密度及氮素处理的小麦田间小区试验为基础,在叶片尺度获取了BRF和DHRF光谱,并计算相应的植被指数和小波系数,建立了基于植被指数和小波系数的LCC监测模型,定量分析BRF和DHRF光谱、植被指数和小波系数的差异及其对LCC反演的影响。结果表明, 1) BRF和DHRF随LCC变化趋势一致,但两种光谱存在显著差异,且BRF光谱值高于DHRF光谱值; 2)在一定程度上,应用植被指数和小波系数均可消除BRF和DHRF光谱差异的影响,其中归一化红边植被指数(normalizeddifferentialrededgevegetationindex,NDRE)和红边叶绿素指数(rededgechlorophyllindex,CIred-edge)可以消除BRF和DHRF光谱差异的影响(R2=0.930),但小波系数的性能要优于植被指数(R2=0.995); 3)基于DHRF光谱的植被指数和小波系数对LCC的估测能力优于BRF光谱,所有植被指数中NDRE反演效果最好(DHRF:R2=0.957; BRF:R2=0.938; All:R2=0.892),第4尺度765 nm处的小波系数WF (4, 675)反演LCC的效果优于NDRE (DHRF:R2=0.985;BRF:R2=0.971; All:R2=0.973),且WF (4, 675)消除BRF和DHRF光谱差异对LCC反演的影响能力强于NDRE (WF(4,675):R2=0.973;NDRE:R2=0.892)。综上所述,BRF和DHRF光谱存在差异,且这种差异不能直接忽略。研究明确了BRF和DHRF光谱的差异,为构建基于BRF和DHRF光谱的统一模型及提升冠层尺度LCC精确反演提供理论基础。

• 单位
  南京农业大学