中国农业科学 ›› 2020, Vol. 53 ›› Issue (9): 1795-1805.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.09.008
史丰智1,2,王瑞燕1,2(),李玉环1,2,闫宏3,张晓鑫1
收稿日期:
2019-08-23
接受日期:
2020-03-07
出版日期:
2020-05-01
发布日期:
2020-05-13
通讯作者:
王瑞燕
作者简介:
史丰智,E-mail:1204944751@qq.com。
基金资助:
FengZhi SHI1,2,RuiYan WANG1,2(),YuHuan LI1,2,Hong YAN3,XiaoXin ZHANG1
Received:
2019-08-23
Accepted:
2020-03-07
Online:
2020-05-01
Published:
2020-05-13
Contact:
RuiYan WANG
摘要:
【目的】植被产量能综合直观地反映盐渍土改良效果,冬小麦生长旺盛期的叶面积指数(LAI)是植被产量的常用衡量指标。本研究利用无人机多光谱遥感获取冬小麦生长旺盛期的叶面积指数分布数据,对盐渍土改良效果进行客观准确评价,为人们筛选盐渍土改良技术和产品提供科学指导。【方法】以无棣县渤海粮仓滨海盐渍土改良试验区为研究区,基于无人机多光谱遥感数据,利用线性回归分析、偏最小二乘、随机森林和支持向量机等方法,构建拔节期冬小麦LAI反演模型;并利用因子分析法对盐渍土地区抽样地块进行改良效果评价,建立盐渍土改良效果LAI评价模型,基于该评价模型对整个试验区盐渍土改良效果进行评价。【结果】对冬小麦LAI遥感估测而言,并不是分辨率越高越好,而是5×5均值平滑后的光谱数据与一垄小麦叶面积指数的对应最佳。LAI遥感估测模型中,利用支持向量机建立的模型精度最高。改良效果LAI评价模型的预测结果表明,LAI对盐渍土改良效果的预测精度较高,改良效果最优地块的编号为26、27、28、29、30和31,最优改良方法为引黄淤灌和增施有机肥综合改良措施。【结论】无人机遥感可对盐渍土地区拔节期冬小麦的叶面积指数进行准确反演,基于LAI反演结果的盐渍土改良效果评价能够从众多试验小区中定位出最优的改良效果。与传统方法相比,该方法具有成本低廉、精度高等优势,研究结果有广泛推广前景,可以为盐渍土的改良提供重要技术支持。
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表1
不同滤波窗口处理后的特征波段与LAI相关性"
不同窗口 Different window | 波段名称Band name | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
1×1 | 2×2 | 3×3 | 4×4 | 5×5 | 6×6 | 7×7 | |
绿光GRE | -0.53** | -0.54** | -0.54** | -0.58** | -0.57** | -0.58** | -0.58** |
红光RED | -0.58** | -0.60** | -0.59** | -0.60** | -0.61** | -0.59** | -0.61** |
红边REG | -0.18 | -0.19 | -0.25* | -0.32** | -0.34** | -0.43** | -0.38** |
近红NIR | 0.55** | 0.55** | 0.53** | 0.47** | 0.49** | 0.38** | 0.45** |
表3
不同滤波处理后光谱指数与叶面积指数相关性"
不同窗口 Different window | 植被指数 Vegetation index | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
1×1 | 2×2 | 3×3 | 4×4 | 5×5 | 6×6 | 7×7 | |
NDVI | 0.62** | 0.66** | 0.64** | 0.66** | 0.67** | 0.62** | 0.67** |
RVI | 0.78** | 0.80** | 0.81** | 0.81** | 0.82** | 0.79** | 0.79** |
GNDVI | 0.59** | 0.63** | 0.62** | 0.67** | 0.66** | 0.63** | 0.67** |
GRVI | 0.75** | 0.79** | 0.77** | 0.79** | 0.79** | 0.77** | 0.79** |
(G+R)/NIR | 0.55** | 0.58** | 0.57** | 0.60** | 0.60** | 0.56** | 0.61** |
表4
植被指数与LAI建模与验证"
建模集Modeling set (n=44) | 验证集Validation set (n=19) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
多元线性回归 Multiple linear regression | 偏最小二乘 PLS | 支持向量机 SVM | 随机森林 RF | 多元线性回归 Multiple linear regression | 偏最小二乘 PLS | 支持向量机 SVM | 随机森林 RF | |
R2 | 0.84 | 0.75 | 0.85 | 0.94 | 0.69 | 0.66 | 0.62 | 0.56 |
RMSE | 0.51 | 0.63 | 0.48 | 0.32 | 0.66 | 0.67 | 0.74 | 0.79 |
RPD | 2.30 | 1.70 | 2.40 | 3.50 | 1.40 | 1.50 | 1.30 | 1.20 |
表5
总方差分析"
成分Ingredient | 初始特征值Initial eigenvalue | 提取载荷平方和Extract load sum of squares | 旋转载荷平方和Sum of rotation load squares | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
总计 Total | 方差百分比 Variance percentage | 累积 Accumulation (%) | 总计 Total | 方差百分比 Variance percentage (%) | 累积Accumulation (%) | 总计 Total | 方差百分比 Variance percentage | 累积 Accumulation (%) | |
1 | 2.330 | 58.248 | 58.248 | 2.330 | 58.248 | 58.248 | 2.114 | 52.852 | 52.852 |
2 | 0.959 | 23.987 | 82.235 | 0.959 | 23.987 | 82.235 | 1.175 | 29.383 | 82.235 |
3 | 0.458 | 11.445 | 93.680 | ||||||
4 | 0.253 | 6.320 | 100.000 |
表7
各地块得分情况排名"
地块编号 Parcel number | 得分 Score | LAI | 排名 Ranking | 地块编号 Parcel number | 得分 Score | LAI | 排名 Ranking | 地块编号 Parcel number | 得分 Score | LAI | 排名 Ranking | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
6 | 0.67 | 4.76 | 1 | 9 | 0.42 | 2.35 | 7 | 12 | 0.33 | 1.55 | 12 | ||
1 | 0.59 | 3.84 | 2 | 15 | 0.42 | 2.40 | 6 | 13 | 0.32 | 1.88 | 11 | ||
8 | 0.49 | 2.81 | 4 | 10 | 0.39 | 2.51 | 8 | 16 | 0.22 | 1.70 | 13 | ||
5 | 0.48 | 3.24 | 3 | 18 | 0.34 | 2.19 | 9 | 17 | 0.02 | 1.39 | 14 | ||
11 | 0.46 | 2.66 | 5 | 14 | 0.33 | 1.76 | 10 |
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