中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (9): 1674-1686.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.005
燕雯1,2(), 金秀良2, 李龙2, 徐子涵3, 苏悦1,2, 张跃强3, 景蕊莲2, 毛新国2(), 孙黛珍1()
收稿日期:
2024-01-05
接受日期:
2024-03-11
出版日期:
2024-05-01
发布日期:
2024-05-09
通信作者:
联系方式:
燕雯,E-mail:yanwenzzl@163.com。
基金资助:
YAN Wen1,2(), JIN XiuLiang2, LI Long2, XU ZiHan3, SU Yue1,2, ZHANG YueQiang3, JING RuiLian2, MAO XinGuo2(), SUN DaiZhen1()
Received:
2024-01-05
Accepted:
2024-03-11
Published:
2024-05-01
Online:
2024-05-09
摘要:
【目的】基于无人机多源影像及产量数据评价人工合成小麦种质的抗旱性,优选高通量抗旱性鉴定指标,发掘抗旱人工合成小麦种质资源,为加快拓展小麦抗旱遗传资源、提升旱地小麦育种水平提供技术支撑和种质材料。【方法】以80份人工合成小麦种质及对照小麦品种新春37为试验材料,在田间进行小区播种,设置干旱和灌溉2种水分处理;利用无人机搭载多光谱及热红外相机采集试验材料灌浆期多源影像进行拼接处理,通过阈值分割等方法提取各试验材料的光谱指数;利用相关性分析和主成分分析鉴选抗旱相关光谱指标,结合单指标及综合评价方法鉴定人工合成小麦种质的抗旱性。【结果】基于无人机多源影像数据提取了80份人工合成小麦种质的19种光谱指数。不同光谱指数抗旱系数与小区产量抗旱指数的相关性分析结果表明,OSAVI的抗旱系数与抗旱指数的关联度最高,NDVI、CIre和NDRE的抗旱系数与抗旱指数的关联度较高。部分光谱指数的抗旱系数间相关性较高,存在冗余信息,通过主成分分析,将19个光谱指数的抗旱系数转换为3个相互独立的综合指标,3个综合指标的贡献度分别为59.6%、12.0%和9.6%。利用加权隶属函数法聚合综合指标,通过公式计算获得各人工合成小麦种质的综合抗旱性度量值。基于抗旱指数鉴定出6份强抗旱人工合成小麦种质,基于综合抗旱性度量值鉴定出5份强抗旱种质,其中,SW004和SW009在2种方法的评价结果中均被评为强抗旱种质。基于OSAVI的抗旱系数对80份人工合成小麦种质进行抗旱性分级,分级结果与基于综合抗旱性度量值的分级结果基本一致。根据OSAVI的抗旱系数鉴定出的6份强抗旱种质中,有5份在基于综合抗旱性度量值分级中也被鉴定为强抗旱种质。【结论】基于无人机多源影像提取的光谱指数NDVI、OSAVI、CIre和NDRE,以及基于光谱指数的综合抗旱性度量值均可用于辅助鉴定小麦种质抗旱性。
燕雯, 金秀良, 李龙, 徐子涵, 苏悦, 张跃强, 景蕊莲, 毛新国, 孙黛珍. 基于无人机多源影像数据的灌浆期人工合成小麦抗旱性评价[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1674-1686.
YAN Wen, JIN XiuLiang, LI Long, XU ZiHan, SU Yue, ZHANG YueQiang, JING RuiLian, MAO XinGuo, SUN DaiZhen. Drought Resistance Evaluation of Synthetic Wheat at Grain Filling Using UAV-Based Multi-Source Imagery Data[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(9): 1674-1686.
表1
光谱指数计算公式"
光谱指数Spectral index | 公式Formulaa | 参考文献Reference |
---|---|---|
蓝色归一化植被指数BNDVI | (RNIR-RBlue)/(RNIR+RBlue) | [ |
绿边叶绿素指数CIgreen | RNIR/RGreen-1 | [ |
红边叶绿素指数CIre | RNIR/RRe-1 | [ |
差值植被指数DVI | RNIR-RRed | [ |
蓝-绿归一化植被指数GBNDVI | [RNIR-(RGreen+RBlue)]/[RNIR+(RGreen+RBlue)] | [ |
绿色色度坐标GCC | RGreen/(RRed+RBlue+RGreen) | [ |
绿色归一化植被指数GNDVI | (RNIR-RGreen)/(RNIR+RGreen) | [ |
修正叶绿素调节植被指数MCARI | [(RRe-Rred)-0.2×(RRe-RGreen)](RRe/RRed) | [ |
修正蓝光归一化植被指数mNDblue | (RBlue-RRed)/(RBlue+RNIR) | [ |
MERIS陆地叶绿素指数MTCI | (RNIR-RRe)/(RRe-RRed) | [ |
标准化差分红边指数NDRE | (RNIR-RRe)/(RNIR+RRe) | [ |
归一化植被指数NDVI | (RNIR-RRed)/(RNIR+RRed) | [ |
归一化绿蓝差异指数NGBDI | (RGreen-RBlue)/(RGreen+RBlue) | [ |
归一化叶绿素比值指数NPCI | (RRed-RBlue)/(RRed+RBlue) | [ |
归一化相对冠层温度NRCT | (CTi-CTmin)/(CTmax-CTmin) | [ |
优化土壤调整植被指数OSAVI | (RNIR-RRed)/(RNIR+RRed+0.16) | [ |
结构不敏感色素指数SIPI | (RNIR-RBlue)/(RNIR-RRed) | [ |
简单比值植被指数SR | RNIR/RRed | [ |
三角形植被指数TVI | 0.5×[120×(RNIR-RGreen)-200×(RRed-RGreen)] | [ |
表2
强抗旱人工合成小麦种质产量差异"
人工合成小麦 Synthetic wheat | 2022 | 2023 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
对照WW | 干旱DS | 差值Difference | 对照WW | 干旱DS | 差值Difference | |
SW004 | 5875.5 | 6346.5 | -471.0 | 7420.5 | 7378.5 | 42.0 |
SW009 | 6148.5 | 6258.0 | -109.5 | 6961.5 | 7066.5 | -105.0 |
SW019 | 6342.0 | 6280.5 | 61.5 | 7587.0 | 7378.5 | 208.5 |
SW034 | 6540.0 | 6946.5 | -406.5 | 8754.0 | 6336.0 | 2418.0 |
SW037 | 5512.5 | 6663.0 | -1151.5 | 8463.0 | 5586.0 | 2877.0 |
SW051 | 6687.0 | 6780.0 | -93.0 | 8587.5 | 6177.0 | 2410.5 |
表3
光谱指数抗旱系数主成分分析"
性状 Trait | 主成分Principle factor | ||
---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | |
BNDVI-DC | 0.84 | 0.31 | 0.4 |
CIgreen-DC | 0.87 | 0.4 | 0.11 |
CIre-DC | 0.94 | 0.23 | -0.17 |
DVI-DC | 0.78 | -0.45 | 0.14 |
GBNDVI-DC | 0.22 | 0.28 | 0.6 |
GCC-DC | 0.88 | -0.12 | -0.22 |
GNDVI-DC | 0.86 | 0.36 | 0.25 |
MCARI-DC | 0.79 | -0.51 | 0.15 |
mNDblue-DC | -0.73 | -0.16 | 0.64 |
MTCI-DC | 0.37 | 0.83 | -0.25 |
NDRE-DC | 0.95 | 0.19 | -0.1 |
NDVI-DC | 0.95 | -0.14 | 0.02 |
NGBDI-DC | 0.68 | 0.19 | 0.47 |
NPCI-DC | -0.58 | 0.06 | 0.61 |
NRCT-DC | 0.01 | 0.19 | -0.15 |
OSAVI-DC | 0.95 | -0.26 | 0.04 |
SIPI-DC | -0.83 | 0.35 | 0.06 |
SR-DC | 0.82 | 0.02 | -0.06 |
TVI-DC | 0.81 | -0.49 | 0.1 |
特征值Eigen value | 11.31 | 2.28 | 1.81 |
贡献率Contribution rate (%) | 59.55 | 12.00 | 9.55 |
累积贡献率Cumulative contribution (%) | 59.55 | 71.55 | 81.10 |
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