中筋和弱筋小麦籽粒蛋白质中筋和弱筋小麦籽粒蛋白质含量卫星遥感预测探讨含量卫星遥感预测探讨 丁丁 锦锦 峰峰扬州大学农学院扬州大学农学院2010.112010.11目目 录录1234研究目的和意义研究目的和意义研究目的和意义研究目的和意义材料与方法材料与方法材料与方法材料与方法结果与分析结果与分析结果与分析结果与分析小结与讨论小结与讨论小结与讨论小结与讨论一一、研究目的与意义、研究目的与意义卫卫星星遥遥感感监监测测品品质质大范围大范围多时相多时相快捷方便快捷方便 分类收割分类收割分级贮存分级贮存制定合理收购价格制定合理收购价格按质收购按质收购 国国 外外中中 国国发达国家采用近发达国家采用近地面遥感、卫星地面遥感、卫星遥感等手段在小遥感等手段在小麦籽粒品质监测麦籽粒品质监测与预报方面初步与预报方面初步开展了研究与应开展了研究与应用示范用示范我国从我国从20世纪世纪90年代开始小年代开始小麦品质遥感监麦品质遥感监测预报的研究，测预报的研究，但多集中于近但多集中于近地遥感监测方地遥感监测方面面近年来我国近年来我国开始开展利开始开展利用卫星遥感用卫星遥感监测小麦品监测小麦品质研究，得质研究，得出了相关的出了相关的研究结果，研究结果，但相关研究但相关研究多集中于北多集中于北方麦区方麦区利用卫星遥感监测小麦品质研究在我国南方麦区研究与应用尚属空白，而南方是我国中筋和弱筋小麦的主产区，特别是长江中下流域是弱筋小麦的主产带，因此建立长江中下游地区中筋和弱筋小麦籽粒品质的预测模型，可以更好地促进中筋和弱筋小麦的发展。 二、材料与方法二、材料与方法1、样点分布样点分布图图1 卫星遥感试验取样点分布图卫星遥感试验取样点分布图2、取样时期取样时期拔节期拔节期开花期开花期成熟期成熟期仪征仪征泰兴泰兴姜堰姜堰兴化兴化大丰大丰总样总样点数点数20082008年年20202020181820202020989820092009年年151515151515161620208181 3 卫星遥感影像的获取卫星遥感影像的获取利用美国利用美国LANDSAT TMLANDSAT TM卫星影像进行分析卫星影像进行分析一景一景TMTM影像约代表地面影像约代表地面185km185km2 2的范围，的范围，TMTM的时间分辨率的时间分辨率为为1616天，空间分辨率约天，空间分辨率约3030米米表表1 遥感参数的定遥感参数的定义义及及对应对应的运算公式的运算公式注：B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7分别代表TM影像各波段的反射率。4 光谱参数的选择与植被指数的构建光谱参数的选择与植被指数的构建光谱参数缩写描述归一化植被指数NDVINDVI=(B4-B3)/(B4+B3)绿度归一化植被指数GNDVIGNDVI=(B4-B2)/(B4+B2)归一化差异水体指数1NDWI1NDWI1=(B4-B5)/(B4+B5)归一化差异水体指数2NDWI2NDWI2=(B2-B4)/(B2+B4)比值植被指数RVIRVI=B4/B3图图2 2 典型植被光典型植被光谱谱曲曲线线示意示意图图TM1 TM2 TM3TM4TM5 TM75 5 测定内容测定内容小麦地上部分生物量小麦地上部分生物量叶面积指数叶面积指数叶绿素含量叶绿素含量功能叶、植株氮素含量功能叶、植株氮素含量 籽粒蛋白质含量籽粒蛋白质含量三、结果与分析三、结果与分析3.1拔节期和开花期植株性状参数和籽粒蛋白质含量间的关系拔节期和开花期植株性状参数和籽粒蛋白质含量间的关系 表表2 小麦植株性状参数与籽粒蛋白小麦植株性状参数与籽粒蛋白质质含量的相关关系含量的相关关系年份和时期SPAD值地上部生物量LAI叶片含氮率植株含氮率拔节期（2009）0.058-0.069-0.1530.0720.039开花期（2008）0.337*0.1330.201*0.370*0.444*开花期（2009）0.633*-0.1020.1870.514*0.444*3.2 拔节期和开花期卫星遥感参数与籽粒蛋白质含量间的关系拔节期和开花期卫星遥感参数与籽粒蛋白质含量间的关系 表表3 不同不同时时期期卫卫星遥感参数与籽粒蛋白星遥感参数与籽粒蛋白质质含量的相关关系含量的相关关系植被指数拔节期开花期2008200920082009B20.000-0.023-0.320*-0.237B3-0.0130.233-0.430*-0.419*B4-0.295*-0.2010.490*0.611*B5-0.1420.0070.427*0.220NDVI-0.185-0.2330.517*0.610*GNDVI-0.261-0.1780.523*0.571*NDWI1-0.165-0.1030.1070.606*NDWI20.2610.178-0.523*-0.571*R（B4,B2）-0.272*-0.1760.526*0.589*RVI-0.199-0.2270.516*0.612*3.3 开花期卫星遥感参数与植株性状参数间关系开花期卫星遥感参数与植株性状参数间关系 表表4 小麦开花期小麦开花期卫卫星遥感参数与植株性状参数的相关系数星遥感参数与植株性状参数的相关系数植被指数年度SPAD值地上部生物量LAI叶片含氮率植株含氮率B22008-0.290*0.0980.031-0.020-0.257*2009-0.393*-0.140-0.093-0.044-0.274B32008-0.483*0.075-0.050-0.376*-0.454*2009-0.456*-0.130-0.131-0.217-0.348*B420080.401*0.0500.1220.304*0.501*20090.475*-0.340*-0.0850.497*0.237B520080.417*-0.019-0.0200.399*0.308*20090.460*-0.1980.0250.1200.475*NDVI20080.516*-0.0210.0740.396*0.563*20090.566*-0.187-0.0010.486*0.314*GNDVI20080.469*-0.0300.0500.266*0.521*20090.555*-0.249-0.0460.468*0.277NDWI120080.0560.0260.0900.0190.19320090.675*-0.129-0.0840.467*0.495*NDWI22008-0.469*0.030-0.050-0.266*-0.521*2009-0.555*0.2490.046-0.468*-0.277R(B4,B2)20080.425*0.0090.0980.267*0.496*20090.514*-0.239-0.0290.410*0.281RVI20080.482*0.0220.1370.407*0.536*20090.506*-0.1780.0190.411*0.2993.4 中、弱筋小麦籽粒蛋白质含量多因子预测模型的建立与评价中、弱筋小麦籽粒蛋白质含量多因子预测模型的建立与评价 表表5 基于开花期遥感参数和植株性状指基于开花期遥感参数和植株性状指标标的籽粒蛋白的籽粒蛋白质质含量含量预测预测模型模型年份入选参量模型相关系数2008NDVIy=10.245+5.309x0.517*NDVI，LAIy=8.427+5.042x1+0.445x20.552*2009NDVIy=10.156+4.277x0.610*NDVI,LAIy=8.729+4.119x1+0.409x20.676*图图2 基于开花期遥感模型籽粒蛋白质含量预测值和实测值的比较基于开花期遥感模型籽粒蛋白质含量预测值和实测值的比较 注：a.2008年基于NDVI模型; b.2008年基于DNVI、LAI模型; c.2009年基于NDVI模型; d.2009年基于DNVI、LAI模型; 10.28%13.82%四、结论与讨论四、结论与讨论4.1中筋和弱筋小麦籽粒蛋白质含量适宜的卫星遥感预测时期中筋和弱筋小麦籽粒蛋白质含量适宜的卫星遥感预测时期 国外国外国内国内多是利用小麦抽穗多是利用小麦抽穗期之后的遥感信息期之后的遥感信息进行的分析，并且进行的分析，并且认为抽穗后的遥感认为抽穗后的遥感信息可以较好的反信息可以较好的反映籽粒品质映籽粒品质 小麦抽穗后冠层小麦抽穗后冠层高光谱遥感光谱高光谱遥感光谱指数与籽粒蛋白指数与籽粒蛋白质和淀粉积累量质和淀粉积累量呈极显著指数关呈极显著指数关系系 ；花后；花后14d叶叶片含氮量相关性片含氮量相关性较好的高光谱遥较好的高光谱遥感植被指数进行感植被指数进行预测小麦籽粒蛋预测小麦籽粒蛋白质含量白质含量 本试验本试验开花期是中筋开花期是中筋和弱筋小麦进和弱筋小麦进行籽粒蛋白质行籽粒蛋白质含量卫星遥感含量卫星遥感预测的适宜时预测的适宜时期期 ；拔节期卫；拔节期卫星遥感可以预星遥感可以预测植株生长态测植株生长态势，指导小麦势，指导小麦生产过程中的生产过程中的措施应用措施应用 4.2 监测中筋和弱筋小麦植株性状适宜的植被指数监测中筋和弱筋小麦植株性状适宜的植被指数 高光谱高光谱本试验本试验叶片含氮率叶片含氮率 红波段（红波段（660nm）蓝波段（蓝波段（460nm） 叶绿素含量叶绿素含量 冠层光谱冠层光谱3501060nm 叶干重和叶干重和LAI 红光波段红光波段（590710nm）近红外光波段近红外光波段（7451060nm）两者组合参数两者组合参数 叶片叶片SPAD值值叶片氮素含量叶片氮素含量植株氮素含量植株氮素含量 绿波段绿波段红波段红波段近红外波段反射率近红外波段反射率三者组成的植被指数三者组成的植被指数 卫星遥感信息不能较好地反演卫星遥感信息不能较好地反演LAI，与前人结果有所差异与前人结果有所差异 4.3 中筋和弱筋小麦籽粒蛋白质含量卫星遥感多因子预测模型中筋和弱筋小麦籽粒蛋白质含量卫星遥感多因子预测模型 提高预测精度提高预测精度 遥感遥感影像影像地区及品种地区及品种生育期生育期参数参数蛋白质蛋白质含量模型含量模型R2R2TMTM北京北京 京东京东8 8（中筋）（中筋）京京9428(9428(强筋强筋) )中油（强筋）中油（强筋）开开花花期期B5B5y=0.4708x+8.2458y=0.4708x+8.24580.4950.495*(n=21)(n=21)灌灌浆浆期期B5B5y=0.4413x+8.4614y=0.4413x+8.46140.3650.365*(n=21)(n=21)ASTERASTER北京北京中、强筋中、强筋灌灌浆浆期期B2B2（630-630-690nm690nm）y=228.44x-6.9907y=228.44x-6.99070.63870.6387*(n=11)(n=11)北方基于中、强筋小麦建立的卫星遥感模型北方基于中、强筋小麦建立的卫星遥感模型多因子模型多因子模型多因子模型多因子模型RMSERMSE较单因子模型提高了较单因子模型提高了较单因子模型提高了较单因子模型提高了10%10%以上以上以上以上有效地提高了籽粒蛋白质含量的预测精度有效地提高了籽粒蛋白质含量的预测精度有效地提高了籽粒蛋白质含量的预测精度有效地提高了籽粒蛋白质含量的预测精度 北方模型对于南方中、弱筋小麦预测的不适应北方模型对于南方中、弱筋小麦预测的不适应北方模型对于南方中、弱筋小麦预测的不适应北方模型对于南方中、弱筋小麦预测的不适应 4.4 中筋和弱筋小麦卫星遥感精度的进一步提高中筋和弱筋小麦卫星遥感精度的进一步提高卫卫星星影影像像 TM影像分辨率偏低，时效性较差，影像分辨率偏低，时效性较差，会出现会出现“异物同谱异物同谱”、“同谱异物同谱异物”长江中下游麦区四、五月份阴雨天气较多，长江中下游麦区四、五月份阴雨天气较多，影响清晰影像的获取影响清晰影像的获取 品品种种与与环环境境小麦品质受品种影响小麦品质受品种影响品质受播种时间、土壤肥力、管理措施等多方面因素制约品质受播种时间、土壤肥力、管理措施等多方面因素制约中、弱筋小麦中后期易受病虫害、倒伏、高温影响中、弱筋小麦中后期易受病虫害、倒伏、高温影响 模型中代入更多的品质影响因子模型中代入更多的品质影响因子模型中代入更多的品质影响因子模型中代入更多的品质影响因子 综合多源、多时相的遥感数据综合多源、多时相的遥感数据综合多源、多时相的遥感数据综合多源、多时相的遥感数据