高光譜遙感技術憑借其可以快速、實時、準確、無損地獲取水稻生長信息的優(yōu)勢，已經成為監(jiān)測水稻生長狀況的重要手段。為了滿足實時、快速、準確、無損地獲取作物長勢信息的需求，高光譜遙感作為一種新技術，憑借其光譜信息量大、光譜分辨率高、波段連續(xù)性強的優(yōu)點，在農業(yè)領域獲得了快速的發(fā)展，高光譜遙感技術在“精細農業(yè)”中正發(fā)揮著重要的作用。

水稻養(yǎng)分高光譜診斷

1.1水稻氮素高光譜研究

氮是水稻體內多種重要有機化合物的組分，例如氨基酸、蛋白質、核酸、葉綠素和酶等都含有氮素。缺氮直接影響水稻氨基酸、蛋白質、葉綠素等的生物合成，使其光合作用能力降低，從而導致產量與品質的降低。而由于氨的揮發(fā)及硝酸鹽的淋洗、徑流作用，施氮過多不僅造成氮肥利用率過低，而且容易加劇酸雨的形成、溫室氣體的排放以及地下水、地表水污染，因此，對氮肥的精準管理是提高產量及減少環(huán)境污染的重要措施。受氮肥脅迫后生長狀態(tài)受到影響，作物葉片和群體的反射光譜會發(fā)生變化，所以利用遙感技術無損檢測作物氮素含量一直是作物生長遙感監(jiān)測研究領域的重點。

在水稻氮素營養(yǎng)光譜研究中，王人潮等人研究表明，診斷水稻葉片氮素營養(yǎng)的冠層敏感光譜波段為530～560 nm、630～660 nm和760～900 nm。作物因含氮量不同而引起光譜特征的差異，不同氮肥用量水平的水稻冠層光譜反射曲線特征不同。

圖1 不同氮素水平冠層的光譜反射特性(1989,晚稻大田栽培,分蘗盛期,平均值)

圖2不同氮素水平冠層的光譜反射特性(1989,晚稻盆栽,分蘗盛期,平均值)

1.2水稻磷素高光譜研究

與氮素一樣，磷素是水稻生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素之一，是許多重要化合物的組分。我國南方水稻土缺磷情況十分嚴重，在很大程度上影響了水稻的產量，因此實時監(jiān)測水稻磷素營養(yǎng)，合理施用磷肥是提高產量的關鍵。當前，水稻磷素含量測定主要是在實驗室采用釩鉬黃比色法進行化學測定，費時費力，而且難以進行大面積的監(jiān)測。水稻磷素的豐缺會影響葉片葉色、結構和水分狀況，從而影響水稻的光譜信息，因此高光譜技術有望發(fā)展成為水稻磷素診斷的新方法和新技術。

目前，作物磷素營養(yǎng)的光譜特性研究較少，針對水稻的就更少。主要原因是植物缺磷時，體內碳水化合物代謝受阻，有糖分積累易產生花青素，另外植物缺磷時，體內葉綠素濃度有可能提高，因為植物在磷素營養(yǎng)脅迫的狀態(tài)下葉片細胞伸長受到抑制，且受影響程度超過其葉綠素，因此植物單位面積的葉綠素含量較高，葉片顏色較正常植物深。缺磷的植物光譜反射率受花青素和葉綠素含量的雙重影響，因此，影響缺磷植物光譜反射率曲線的變化因素較為復雜，并且光譜分析只有在作物嚴重缺磷時才能用于磷營養(yǎng)診斷。

程一松等研究了磷素養(yǎng)分脅迫條件下玉米的光譜特征，提出在可見光波段，玉米葉片光譜反射率隨磷肥施用量的增加而增加，而在近紅外波段葉片光譜反射率隨施磷量的增加而提高，即在全波段范圍內，葉片光譜反射率隨施磷量的增加而提高，其紅邊位置相對于氮素光譜特征更靠近可見光波段，而在近紅外區(qū)域光譜特征曲線的差異不如氮素脅迫明顯，這是主要是因為作物輕度缺磷時葉綠素濃度較高。

圖3 夏玉米不同磷素水平下 反射率光譜曲線

1.3水稻鉀素高光譜研究

同氮素和磷素一樣，鉀是水稻的三大必需營養(yǎng)元素之一，在水稻體內的含量僅次于氮，對水稻的產量和品質起著十分重要的作用。鉀的豐缺與植物生長狀況密切相關，其結果必然會影響其水稻葉片與群體的可見一近紅外波段的光譜信息。

王珂等分別研究了不同鉀素營養(yǎng)水平的水稻冠層和葉片反射光譜特征，發(fā)現缺鉀水稻的冠層光 譜反射特征與缺氮冠層反射光譜特征十分相似，敏感波段也大致相同，所以給利用冠層光譜分析水稻缺 鉀診斷帶來困難，而葉片尺度下缺鉀和缺氮時的反射光譜特征有所差異，在可見光波段基本相似，但在近紅外波段卻不同，缺鉀時水稻葉片的反射率比正常葉片高，而缺氮時反射率比正常葉片低，說明可以 利用近紅外波段的葉片光譜區(qū)別水稻缺鉀與缺氮。

2、結論

農業(yè)定量遙感正在向著無損傷、高空間分辨率和高時間分辨率的作物長勢、養(yǎng)分精確診斷等方向發(fā)展。

近年來，高光譜遙感技術發(fā)展很快，在農業(yè)領域的應用已經取得了一些重要的成果，但是走向成熟還存在一些問題和不足，需進一步的探索。

審核編輯 黃昊宇