一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法，包括：根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)；對葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，得到修正后的葉面積指數(shù)，修正模型為：LAI＝0.84*LAIAccuPAR+0.0879，LAI為修正后的葉面積指數(shù)，LAIAccuPAR為修正之前計(jì)算得到的葉面積指數(shù)。以間接測量法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的具有破壞性的直接測量法，并對根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算得到的葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，反演計(jì)算出田間棉花群體真實(shí)的葉面積指數(shù)，該方法可以快速、無損、有效的估測大田棉花群體葉面積指數(shù)真實(shí)值，用于棉花群體長勢估測和判斷，以及采取相應(yīng)的栽培措施進(jìn)行田間管理。
【專利說明】一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]葉片是棉花進(jìn)行光合作用、合成有機(jī)物的重要器官，葉面積指數(shù)(Leaf AreaIndex，簡稱LAI)是判斷大田棉花生長發(fā)育狀況的重要指標(biāo)，還在一定程度上直接影響棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)。葉面積指數(shù)還是表征棉花冠層結(jié)構(gòu)和判斷棉花長勢的重要參數(shù)，同時(shí)又是決定棉花生物量和最終產(chǎn)量的關(guān)鍵因子。葉面積指數(shù)是無量綱參數(shù)，其大小能夠決定棉花冠層上下的小氣候形態(tài)，可以很好的描述棉花冠層系統(tǒng)的光合作用、蒸騰作用、水?dāng)r截、光譜輻射等生理過程，是重要的生理學(xué)參數(shù)；還可以用來監(jiān)測棉花的病蟲害狀況，預(yù)測棉花產(chǎn)量，是田間栽培管理的重要參考指標(biāo)。因此建立方便、快速、準(zhǔn)確的葉面積測定方法，對于指導(dǎo)大田棉花生產(chǎn)實(shí)踐活動，制定高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的栽培技術(shù)管理措施具有積極的意義。
[0003]目前，葉面積指數(shù)的測定方法主要分為兩大類:直接測量法和間接測量法。
[0004]直接測量法:葉面積是指每株棉花所有葉子的單面面積，葉面積指數(shù)則是指單位土地面積上所有葉子的單面面積，即葉面積指數(shù)等于葉面積與土地面積的比值。因此，可以通過測定單位土地面積以及棉花葉面積直接計(jì)算葉面積指數(shù)。直接測量法包括手工摘采葉片測量法、儀器測定法、線性參數(shù)法和生物量法等。其中手工摘采葉片測量法是一種傳統(tǒng)的測定方法，主要包括方格法和掃描稱重法等。方格法是在葉片下方放置一塊方格紙，用鉛筆描出葉片輪廓，然后統(tǒng)計(jì)葉片所占方格數(shù)來確定葉面積指數(shù)。掃描稱重法是在一種特定的坐標(biāo)紙上，用鉛筆將待測葉片的輪廓描出并依葉形剪下坐標(biāo)紙，稱取葉形坐標(biāo)紙的重量，按公式計(jì)算葉面積；儀器測定法是通過圖像掃描和圖像分析自動測定葉面積指數(shù)，葉面積測定儀可以分兩種類型，即掃描型和圖像處理型。掃描型葉面積測定儀主要由掃描器、數(shù)據(jù)處理平臺和數(shù)據(jù)處理軟件等組成，可以獲得葉片的面積、長度、寬度、周長、葉片長度比和形狀因子以及累積葉面積等數(shù)據(jù)；圖像處理型葉面積測定儀由數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)處理器、處理分析軟件和計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)等組成，可以獲取葉面積、形狀等數(shù)據(jù)。線性參數(shù)法主要是通過對棉花葉面較規(guī)則的幾何形狀進(jìn)行歸類，通過測定葉片長度(從葉基到葉尖的長度，不含葉柄)和寬度(葉片上與主脈垂直方向上的最寬處)進(jìn)行乘積，再乘以一個(gè)校正系數(shù)得到葉面積。不同形狀葉片的校正系數(shù)不同，一般在0.5到1.0之間，該方法高效且簡單易行；生物量法是通過具有代表性的小樣本的生物量與葉面積的比值，去推算已知生物量大樣本的葉面積，比值可以由小樣本測量求得。一個(gè)具有代表性的小樣本至少包括幾株棉花的全部葉子(包括新老葉和不同形狀的葉片)，大樣本的生物量通過收集全部葉片測量得到，該比值的大小受棉花基因型、生長期和生態(tài)環(huán)境的影響而變化。
[0005]間接測量法包括基于數(shù)字圖像、冠層反射光譜的高光譜模型等技術(shù)測定葉面積指數(shù)的方法，還可以是適用于基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)大范圍研究葉面積指數(shù)的衛(wèi)星遙感方法。目前衛(wèi)星遙感方法主要有兩種:一種是統(tǒng)計(jì)模型法，將遙感圖像數(shù)據(jù)如歸一化植被指數(shù)、比值植被指數(shù)和垂直植被指數(shù)與實(shí)際測量的葉面積指數(shù)建立擬合模型，該方法輸入?yún)?shù)單一，不需要復(fù)雜的計(jì)算，也是遙感估算葉面積指數(shù)的常用方法。另一種是光學(xué)模型法，基于棉花的雙向反射率分布函數(shù)是一種建立在福射傳輸模型基礎(chǔ)上的模型，把葉面積指數(shù)作為輸入變量，采用迭代的方法來推算葉面積指數(shù)。
[0006]但是現(xiàn)有葉面積指數(shù)測定方法中存在如下缺陷:
[0007]直接測量法具有測量精度低、測量范圍小、儀器設(shè)備昂貴、操作煩瑣的缺點(diǎn)，其測定難易程度受葉片類型影響很大。測定時(shí)需要從棉花上采集大量的功能葉片，進(jìn)行破毀性測量，會對棉花造成了一定程度的傷害，同時(shí)部分測量方法還會受到耕作方式、生長期和生長環(huán)境等因素的影響，進(jìn)而會影響到農(nóng)學(xué)試驗(yàn)的連續(xù)性和有效性。而屬于間接測量法的衛(wèi)星遙感方法中統(tǒng)計(jì)模型法容易受到土壤、大氣、地形等多種非植被因素的影響，由于沒有通用的統(tǒng)計(jì)分析模型，很難應(yīng)用于包括多種植被類型的大尺度遙感影像分析；而光學(xué)模型法雖不受植被類型的影響，但是由于模型過于復(fù)雜，反演耗時(shí)較長，且反演估算葉面積指數(shù)過程中有些函數(shù)并不總是收斂的，實(shí)際應(yīng)用存在較大的阻礙?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)中直接測量法每次測量棉花都要被破壞，間接測量法實(shí)際應(yīng)用較為困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有葉面積指數(shù)測定方法無法滿足快速無損要求的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法，包括:
[0009]根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)；
[0010]對所述葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，得到修正后的葉面積指數(shù)，所述修正模型為:
[0011]LAI = 0.84*LAIAccuPAR+0.0879
[0012]其中LAI為修正后的葉面積指數(shù)，LAIaccupae為修正之前計(jì)算得到的葉面積指數(shù)。
[0013]可選的，步驟S2中的所述修正模型是根據(jù)棉花在不同生長時(shí)期的測量結(jié)果進(jìn)行線性擬合分析得到，其中的不同生長時(shí)期是指花蕾期到吐絮期。
[0014]可選的，所述測量結(jié)果為利用AccuPAR LP-80植物冠層分析儀測量得到的數(shù)據(jù)。
[0015]可選的，測量前，還包括:
[0016]將所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層底部貼近地面，在相應(yīng)的垂直于和平行于棉花行的方向放置所述AccuPARLP-80植物冠層分析儀，并分別測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值作為冠層底部光合有效輻射；
[0017]將所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層上部，在相應(yīng)的垂直于和平行于棉花行的方向放置所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀，并分別測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值作為冠層上部光合有效輻射。
[0018]可選的，測量前，還包括:
[0019]預(yù)先設(shè)定測量的日期、時(shí)間以及測量點(diǎn)所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，并且所述AccuPARLP-80植物冠層分析儀利用預(yù)先設(shè)定測量的日期、時(shí)間以及測量點(diǎn)所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)值自動計(jì)算太陽天頂角。
[0020]可選的，所述根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)的計(jì)算公式為:「一[O-士 )./,)-1] Inr
[0021], Λ,2 K_
Acc"l>AI< A(1-0.47./0)
[0022]其中K為消光系數(shù)，表示在設(shè)定的太陽高度角和冠層葉傾角下的光合有效輻射的吸收；fb為瞬時(shí)太陽有效輻射的比例，等于太陽輻射和來自環(huán)境輻射的比例；τ為冠層下部光合有效輻射與冠層上部光合有效輻射比值；Α為吸收率因子。
[0023]可選的，所述消光系數(shù)K的計(jì)算公式為:
Τ,(/: + Ian(92)''
[0024]K =---TT^r-

ζ +1.744(^ + 1.182) 0 01
[0025]其中X為葉片角度分布參數(shù)，表示棉花冠層內(nèi)葉片角度的分布，等于葉片水平長度與垂直長度的比例；Θ為太陽天頂角，表示天陽偏離頂點(diǎn)的角度，范圍從0°到90°。
[0026]可選的，所述光合有效輻射比值τ的計(jì)算公式為:
[0027]τ = TPAR/PAR
[0028]其中TPAR表示透過冠層底部光合有效輻射量；PAR表示入射光合有效輻射量。
[0029]可選的，所述吸收率因子A的計(jì)算公式為:
[0030]A = 0.283+0.785a_0.159a2
[0031]其中a為在太陽有效輻射波段棉花葉片的吸收率。
[0032]可選的，在太陽有效輻射波段棉花葉片的吸收率a為0.9。
[0033]本發(fā)明提供的測定方法，在選擇我國黃河流域棉區(qū)有代表性的不同基因型棉花栽培品種，在本流域通用棉花栽培模式下，以間接測量法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的具有破壞性的直接測量法，并對根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算得到的葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，反演計(jì)算出田間棉花群體真實(shí)的葉面積指數(shù)該方法可以快速、無損、有效的估測田間棉花群體葉面積指數(shù)真實(shí)值，用于棉花群體長勢估測和判斷，以及采取相應(yīng)的栽培措施進(jìn)行田間管理，達(dá)到棉花高產(chǎn)高效的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為實(shí)施例提供的一種葉面積指數(shù)快速無損測定方法的步驟流程圖；
[0035]圖2為實(shí)施例中對花蕾期棉花進(jìn)行葉面積指數(shù)測量的結(jié)果示意圖；
[0036]圖3為實(shí)施例中對盛鈴期棉花進(jìn)行葉面積指數(shù)測量的結(jié)果示意圖；
[0037]圖4為實(shí)施例中對吐絮期棉花進(jìn)行葉面積指數(shù)測量的結(jié)果示意圖；
[0038]圖5為實(shí)施例中對三個(gè)生長時(shí)期的葉面積指數(shù)進(jìn)行整合得到的葉面積指數(shù)測量的結(jié)果不意圖；
[0039]圖6為實(shí)施例中修正后的葉面積指數(shù)與實(shí)測葉面積指數(shù)驗(yàn)證分析示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0041]本實(shí)施例提供了一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法，步驟流程如圖1所示，包括以下步驟:
[0042]步驟S1、根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)。
[0043]步驟S2、對葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，得到修正后的葉面積指數(shù)，修正模型為:
[0044]LAI = 0.84*LAIAccuPAE+0.0879
[0045]其中LAI為修正后的葉面積指數(shù)，LAIaccupae為修正之前計(jì)算得到的葉面積指數(shù)。
[0046]上述方法通過對測量結(jié)果計(jì)算得到的葉面積指數(shù)進(jìn)行修正，修正后的葉面積指數(shù)更接近棉花田間群體的實(shí)際葉面積指數(shù)，為后續(xù)對棉花長勢評估提供更加可靠的數(shù)據(jù)來源。首先，通過利用AccuPAR LP-80植物冠層分析儀同時(shí)測量大田棉花冠層上部和底部光合有效輻射，結(jié)合棉花冠層光合有效輻透射和葉片散射模型，計(jì)算相應(yīng)的冠層葉面積指數(shù)讀數(shù)。其次，通過棉花葉面積指數(shù)修正模型，反演計(jì)算是田間棉花群體真實(shí)葉面積指數(shù)。最后，通過葉面積指數(shù)進(jìn)一步判斷不同生育期棉花群體長勢，采取相應(yīng)栽培措施進(jìn)行田間管理。本方法可以快速、無損、有效的估測大田棉花群體葉面積指數(shù)真實(shí)值，對棉花長勢進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)測，為棉花群體高產(chǎn)栽培管理措施提供技術(shù)支持。
[0047]可選的，步驟S2中的修正模型是根據(jù)棉花在不同生長時(shí)期的測量結(jié)果進(jìn)行線性擬合分析得到，其中的不同生長時(shí)期是指花蕾期到吐絮期。
[0048]可選的，其中的測量結(jié)果為利用AccuPAR LP-80植物冠層分析儀測量得到的數(shù)據(jù)。
[0049]可選的，測量前，也就是步驟SI之前，還包括:
[0050]將AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層底部貼近地面，在相應(yīng)的垂直于和平行于棉花行的方向放置AccuPAR LP-80植物冠層分析儀，并分別測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值作為冠層底部光合有效輻射；
[0051]將AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層上部，在相應(yīng)的垂直于和平行于棉花行的方向放置AccuPAR LP-80植物冠層分析儀，并分別測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值作為冠層上部光合有效福射。
[0052]可選的，開始測量前，還包括:
[0053]預(yù)先設(shè)定測量的日期、時(shí)間以及測量點(diǎn)所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，并且AccuPAR LP-80植物冠層分析儀利用預(yù)先設(shè)定測量的日期、時(shí)間以及測量點(diǎn)所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)值自動計(jì)算太陽天頂角。
[0054]AccuPAR LP-80植物冠層分析儀是1991年美國Decagon公司在對其同類產(chǎn)品Sunfleck Ceptometer改進(jìn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的新一代冠層分析儀,主要由兩部分組成，即探頭和控制組件。AccuPAR LP-80的探頭部分長度為90cm，截面積1.44X1.6cm,內(nèi)置80個(gè)互相獨(dú)立的GaAsP光敏傳感器，傳感器間距Icm ;探頭可測定400_700nm波段內(nèi)的光合有效輻射強(qiáng)度，測定范圍為0-2500 μ mol.πΓ2.s'控制單兀尺寸為16cmX 9.5cmX 4.5cm,帶有一個(gè)點(diǎn)陣式IXD顯示器。AccuPAR LP-80植物冠層分析儀通過菜單操作，對棉花冠層光合有效輻射截獲量進(jìn)行測量，計(jì)算葉面積指數(shù)。測量的光合有效輻射數(shù)據(jù)可以直接從數(shù)據(jù)采集器上讀取，下載到計(jì)算機(jī)以便進(jìn)一步分析。
[0055]AccuPAR LP-80植物冠層分析儀進(jìn)行葉面積指數(shù)測定時(shí)，涉及到以下幾個(gè)變量設(shè)定:
[0056]I)測定日期、時(shí)間和測定地點(diǎn)的經(jīng)諱度。太陽天頂角Θ (Solar zenith angle)定義為天陽偏離頂點(diǎn)的角度，范圍從0°到90°。太陽天頂角是計(jì)算冠層葉面積指數(shù)的重要參數(shù)，可通過設(shè)定測定經(jīng)緯度、日期和時(shí)間來確定。
[0057]2)葉片角度分布參數(shù)X (Leaf Distribut1n Parameter)是指作物冠層內(nèi)葉片角度的分布，是葉片水平長度與垂直長度的比例，或是葉片投影面積與垂直投影面積的比例。葉片角度分布指數(shù)對作物冠層葉面積指數(shù)的測定影響不大，除非是在有極端垂直或扁平特質(zhì)的冠層結(jié)構(gòu)或者是在fb (瞬時(shí)太陽有效輻射的比例)值低于0.4的情況下。如果以棉花為例，假定棉花冠層角度分布是近似球形，因此可設(shè)定X為1.0。
[0058]3)瞬時(shí)太陽有效福射的比例fb (Fract1nal of beam radiat1n)指的是直接來自太陽的輻射和來自環(huán)境輻射的比例，是使用光合有效輻射計(jì)算葉面積指數(shù)的必要參數(shù)。AccuPAR LP-80植物冠層分析儀可通過測定棉花冠層光合有效輻射、所處的位置和太陽天頂角來確定。
[0059]可選的，根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)的計(jì)算公式為:

[(1- 1 )fb-1]1ητ
[0060],λ, _ 2K.公式(I)
a^upar Α(1-0.47.//))
[0061]其中K為消光系數(shù)，表示在設(shè)定的太陽高度角和冠層葉傾角下的光合有效輻射的吸收；fb為瞬時(shí)太陽有效輻射的比例，等于太陽輻射和來自環(huán)境輻射的比例；τ為冠層下部光合有效輻射與冠層上部光合有效輻射比值；Α為吸收率因子。
[0062]可選的，消光系數(shù)K的計(jì)算公式為:
τ,(/2 + Ian^2)'",
[0063]K =-—----^ 公式(2)
j+ 1.744( j+ 1.182) 0 11A 八 w
[0064]其中X為葉片角度分布參數(shù)，表示棉花冠層內(nèi)葉片角度的分布，等于葉片水平長度與垂直長度的比例，假定棉花冠層角度分布是近似球形，因此可設(shè)定X為1.0 ; Θ為太陽天頂角，表示天陽偏離頂點(diǎn)的角度，范圍從0°到90°。
[0065]可選的，光合有效輻射比值τ的計(jì)算公式為:
[0066]τ = TPAR/PAR 公式(3)
[0067]其中TPAR表不透過冠層底部光合有效福射量；PAR表不入射光合有效福射量。
[0068]可選的，吸收率因子A的計(jì)算公式為:
[0069]A = 0.283+0.785a_0.159a2 公式(4)
[0070]其中a為在太陽有效輻射波段棉花葉片的吸收率。
[0071]本實(shí)施例中，優(yōu)選棉花作為葉面積指數(shù)測量的目標(biāo)，在太陽有效輻射波段棉花葉片的吸收率a為0.9。
[0072]進(jìn)一步的，AccuPAR LP-80植物冠層分析儀測量LAI的原理與方法:
[0073]由于光合有效輻射是棉花生長發(fā)育的能量基礎(chǔ)，而棉花的生物量積累與其冠層光合有效輻射截獲量密切相關(guān)。在假設(shè)冠層內(nèi)葉片隨機(jī)分布和葉傾角呈橢圓分布的前提下，通過測定冠層上下輻射以及冠層內(nèi)消光系數(shù)相關(guān)的參數(shù)，由Beer-Lambert定律(光吸收基本定律)可計(jì)算葉面積指數(shù):
[0074]LAI = -1n (TPAR/PAR) /K 公式(5)
[0075]若已知冠層下部光合有效輻射與冠層上部光合有效輻射比值τ，ΒΡτ =TPAR/PAR 公式(6)
[0076]所以葉面積指數(shù)的計(jì)算公式可以表示為:
[0077]LAI = -1η( τ )/K 公式(7)
[0078]根據(jù)上述公式(5)、(6)和(7)計(jì)算葉面積指數(shù)的結(jié)果沒有考慮光散射的影響，因此本實(shí)施例中對上述計(jì)算葉面積指數(shù)的公式進(jìn)行改進(jìn)。
[0079]棉花冠層內(nèi)PAR的測量是冠層透射和葉片散射的結(jié)合，John Norman提出預(yù)測散射和透射PAR的公式:
Γ ?A(1 — 0.47 /&)LAIM., N
[0080]τ = expj —---:~:-f 公式(8)

(1-丄)//)-1
L 2Κ ' J
[0081]根據(jù)公式(8)推算出上述公式(I)中計(jì)算葉面積指數(shù)的公式，假設(shè)葉傾角為近似球形分布，則根據(jù)公式(2)計(jì)算得到K，根據(jù)公式(3)計(jì)算得到τ，根據(jù)公式(4)計(jì)算得到Α，實(shí)時(shí)測量得到fb，最后計(jì)算得出LAI，公式(8)中的LAI是指修正前的葉面積指數(shù)，即LAIAcxuPAK。其中的消光系數(shù)K在任何冠層結(jié)構(gòu)中均隨太陽的運(yùn)動而改變，AccuPARLP-80植物冠層分析儀可以自動計(jì)算不同測量時(shí)間的消光系數(shù)值，通過公式(I)計(jì)算棉花冠層葉面積指數(shù)LAIackupak，進(jìn)而通過修正模型反演大田實(shí)際葉面積指數(shù)。
[0082]本實(shí)施例適用于我國黃河流域一熟春棉種植區(qū)，本流域棉區(qū)種植密度為3500株/畝，行間距為0.Sm。4月中下旬播種，7月中旬棉花進(jìn)入花蕾期，棉行封壟，8月棉花達(dá)到盛鈴期，9月下旬進(jìn)入吐絮期，因此7-9月是棉花生產(chǎn)調(diào)控的重要時(shí)期。通過對不同基因型棉花品種中棉所12號(常規(guī)棉)、中棉所46 (雜交棉)和美棉33B (轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉)在花蕾期、盛鈴期和始絮期，在大田應(yīng)用AccuPAR LP-80植物冠層分析儀進(jìn)行葉面積指數(shù)測定，同時(shí)應(yīng)用線性參數(shù)法破壞取樣測定相應(yīng)的棉花群體實(shí)際葉面積指數(shù)，然后進(jìn)行擬合分析得到的結(jié)果分別如圖2-5所示。
[0083]通過不同棉花品種從花蕾期到始絮期測定結(jié)果的模擬分析，AccuPAR LP-80植物冠層分析儀田間測定葉面積指數(shù)與棉花實(shí)際葉面積指數(shù)有很好的回歸關(guān)系，利用修正公式
[0084]LAI = 0.84*LAIAccuPAE+0.0879 公式(9)
[0085]進(jìn)行線性擬合，直到擬合精度R2達(dá)到0.686 (η = 180，η為樣點(diǎn)個(gè)數(shù))。利用差均方根對修正模型的符合度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，模擬精度RSME達(dá)到0.194，如圖6所示，表明通過修正模型可以很好的對AccuPAR LP-80植物冠層分析儀測定數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，反映大田棉花實(shí)際葉面積指數(shù)。
[0086]使用AccuPAR LP-80植物冠層分析儀進(jìn)行測量前，首先設(shè)定好日期、時(shí)間、觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，以便于太陽天頂角的計(jì)算。選擇大田中長勢一致、有代表性的棉花，將AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層底部，先在垂直于棉花行的方向放置，并平行測定三個(gè)以上樣點(diǎn)；然后在平行于行向放置分析儀，測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值得到冠層底部光合有效輻射^fAccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層上部，在垂直于棉花行的方向放置，并平行測定三個(gè)以上樣點(diǎn)；然后在平行于行向放置分析儀，測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值得到冠層上部光合有效輻射，得出該樣區(qū)的葉面積指數(shù)測定值，然后根據(jù)校正模型LAI = 0.84*LAIAccuPAE+0.0879，計(jì)算大田棉花實(shí)際葉面積指數(shù)。根據(jù)測得的大田實(shí)際葉面積指數(shù)對棉花進(jìn)行長勢估測和判斷評價(jià)，進(jìn)而采取相應(yīng)的大田栽培管理措施。
[0087]本發(fā)明提供的測定方法，以間接測量法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的具有破壞性的直接測量法，并對根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算得到的葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，反演計(jì)算出田間棉花群體真實(shí)的葉面積指數(shù)。該方法選擇我國黃河流域棉區(qū)有代表性的不同基因型棉花栽培品種，在本流域通用棉花栽培模式下可以快速、無損、有效的估測大田棉花群體葉面積指數(shù)真實(shí)值，用于判斷棉花群體長勢，以及采取相應(yīng)的栽培措施進(jìn)行田間管理，提高群體光合生產(chǎn)效率，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。該方法具有速度快、范圍廣、不破壞作物冠層結(jié)構(gòu)并自動獲取葉面積指數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，簡單實(shí)用，易于操作，得到的棉花葉面積指數(shù)測定的校正模型能夠?yàn)榭焖贉?zhǔn)確進(jìn)行棉花長勢監(jiān)測提供可靠依據(jù)。
[0088]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種棉花葉面積指數(shù)快速無損測定方法，其特征在于，包括: 根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)； 對所述葉面積指數(shù)利用修正模型進(jìn)行修正，得到修正后的葉面積指數(shù)，所述修正模型為:
LAI = 0.84*LAIAccuPAE+0.0879 其中LAI為修正后的葉面積指數(shù)，LAIaccupae為修正之前計(jì)算得到的葉面積指數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2中的所述修正模型是根據(jù)棉花在不同生長時(shí)期的測量結(jié)果進(jìn)行線性擬合分析得到，其中的不同生長時(shí)期是指花蕾期到吐絮期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述測量結(jié)果為利用AccuPARLP-80植物冠層分析儀測量得到的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，測量前，還包括: 將所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層底部貼近地面，在相應(yīng)的垂直于和平行于棉花行的方向放置所述AccuPARLP-80植物冠層分析儀，并分別測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值作為冠層底部光合有效輻射； 將所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀放置在棉花冠層上部，在相應(yīng)的垂直于和平行于棉花行的方向放置所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀，并分別測定三個(gè)以上樣點(diǎn)，取平均值作為冠層上部光合有效輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，測量前，還包括: 預(yù)先設(shè)定測量的日期、時(shí)間以及測量點(diǎn)所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)值，并且所述AccuPAR LP-80植物冠層分析儀利用預(yù)先設(shè)定測量的日期、時(shí)間以及測量點(diǎn)所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)值自動計(jì)算太陽天頂角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)棉花冠層透射和葉片散射的結(jié)合計(jì)算葉面積指數(shù)的計(jì)算公式為:
[(1-,'Inr r Al = I_
AccuPAr a(1-0_47'//)) 其中K為消光系數(shù)，表示在設(shè)定的太陽高度角和冠層葉傾角下的光合有效輻射的吸收；fb為瞬時(shí)太陽有效輻射的比例，等于太陽輻射和來自環(huán)境輻射的比例；τ為冠層下部光合有效輻射與冠層上部光合有效輻射比值;Α為吸收率因子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述消光系數(shù)K的計(jì)算公式為: K_ (/2 + Ian^2)1 2
—/ + 1.744(^ + 1.182) w 其中X為葉片角度分布參數(shù)，表示棉花冠層內(nèi)葉片角度的分布，等于葉片水平長度與垂直長度的比例；Θ為太陽天頂角，表示天陽偏離頂點(diǎn)的角度，范圍從0°到90°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述光合有效輻射比值τ的計(jì)算公式為:
τ = TPAR/PAR 其中TPAR表示透過冠層底部光合有效輻射量；PAR表示入射光合有效輻射量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述吸收率因子A的計(jì)算公式為:
A = 0.283+0.785a-0.159a2 其中a為在太陽有效輻射波段棉花葉片的吸收率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在太陽有效輻射波段棉花葉片的吸收率a 為 0.9。
【文檔編號】G01N21/49GK104236486SQ201410500039
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】劉紹東, 張思平, 張雷, 馬慧娟, 劉志紅, 趙新華, 牛靜, 董合林, 李鵬程, 劉敬然 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所