高光谱遥感在作物生长监测中的应用

作物的长势情况通过其生理特征体现，而生理特征又决定了作物对光吸收、透射和反射的变化，由此可以根据光谱的差异监测作物的生长状况。植株水分、矿物质含量、叶绿素浓度和叶面积指数等这些反映作物生长状况的主要生理生化参数，在作物不同的生长阶段均有差异。绿色植物对光谱的反射特征，可见光波段受叶绿素等各种色素影响，有强的吸收带;近红外波段由叶片水分状况起作用，有强的反射峰。利用遥感可以估算作物的覆盖度和叶面积指数，而植被指数与作物分布密度呈线性相关关系，其大小由作物的覆盖度和叶面积指数等参数决定，因而高光谱遥感可以利用植被指数进行作物长势监测分析。

金秀良等建立了棉花生物量和叶面积指数光谱估算模型，选取的所有植被指数与棉花叶面积指数和生物量相关性均达到极显著水平，利用光谱特征参数实现了对棉花整个生育期的长势变化有效监测。李卫国等利用卫星影像信息结合地面试验数据，分析了小麦拔节期叶面积指数、生物量以及植株氮素含量3个群体质量指标与植被指数之间的关系，建立了基于归一化植被指数、比值植被指数的小麦群体质量指标监测模型，结果显示模型具有较好的监测性和通用性，于是研发了叶面积测定仪。

高光谱遥感技术对植被叶绿素含量的监测从叶片级别发展到冠层级别，光谱植被指数需要进行修正。建立反射特征光谱与叶绿素含量间的关系，将有助于便携式光谱仪的研发及其性能的改进，并为卫星遥感监测植被叶绿素含量的变化提供依据。李欢通过实验室测量与田间观测试验，用手持式野外地物光谱仪获得了柑桔在新梢萌发生长期、开花坐果期、果实膨大成熟期和花芽分化期等物候期的冠层反射光谱特征，对光谱反射率、微分光谱与叶绿素含量进行了相关分析。张金恒等对水稻叶片 吸收、透射和反射光谱曲线及一阶导数光谱曲线进行了比较，利用回归分析发现了估测叶绿素a和叶绿素b含量的光谱透射率线性模型实际发生波段位置。

氮肥对于提高作物生物总量和经济产量、改善农产品营养价值起着重要的作用。叶绿素是植物光合作用必须的物质，酶是植物体内各种物质转化的催化剂，而氮是叶绿素和许多酶的组成成分，受氮肥胁迫时，作物生长会受到影响，所以针对作物氮素营养诊断的无损检测技术是高光谱遥感应用的重点研究领域。朱西存等利用美国ASD公司研制的 FieldSpec 3 地物光谱仪，测定了120个盛花期苹果花样品的高光谱反射率，并化验了其氮素含量，在对苹果花原始光谱和一阶导数光谱特征分析的基础上，建立了氮素含量预测模型，为苹果的实时营养诊断和信息化管理提供了理论依据，研发了叶绿素测定仪。王植等对桃树叶片的光谱反射率和叶片全氮含量进行了测定，并分析了氮素含量、叶片光谱反射率及其多种变式数据的相关性，为进一步利用高光谱遥感探测叶片化学组分提供了参考意义。

除了用于农作物生长监测外，高光谱遥感在土地资源调查等方面也有很重要的应用。在湿地研究中，高光谱遥感技术用于植被群落精细分类、湿地水体信息提取、湖泊边界划分等。在地质找矿和矿山废弃物监测方面，一方面可以根据不同矿物电磁反射光谱特征的不同，来分辨不同的矿物和岩性，指导区域性找矿工作; 另一方面，高光谱遥感影像可以快速准确地显示地质环境的变化，如泥石流、崩塌、滑坡等，为矿山资源综合调查和环境监测评价提供科学依据。