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本研究以西北地区冬小麦小偃22号为对象,使用SVC HR-1024I型便携式野外光谱辐射仪、叶绿素仪、SUNSCAN冠层分析仪测定不同生育期冠层光谱反射率和叶绿素含量、LAI,分析其在不同生育期的变化特征及其规律,探索冬小麦冠层原始光谱、一阶微分光谱、连续统去除光谱、光谱吸收特征参数与叶绿素含量和LAI的相关性,分别提取原始、一阶微分、连续统去除光谱的敏感波段和DVI、RVI、NDVI、SAVI植被指数的最佳波段组合,建立基于各光谱类型特征波段、光谱吸收特征参数、光谱指数的冬小麦冠层叶绿素含量和冠层LAI的定量估算模型,得出的主要结论有:(1)分析不同施氮水平、不同生育期冬小麦冠层原始反射率、一阶微分光谱、连续统去除光谱的变化规律。研究发现从起身期到抽穗期,冬小麦冠层叶绿素含量呈现上升趋势,从灌浆期开始叶绿素含量开始下降,到乳熟期达到最低值。每个生育期,随着氮肥含量增加,冬小麦冠层叶绿素含量呈上升趋势;(2)冬小麦冠层LAI随着生育期推进呈现先上升后下降的趋势,抽穗期达到最高,到乳熟期降低,起身期LAI值最小。从起身期到抽穗期,冬小麦植株形态发生较大变化,植株覆盖度增加,LAI值随之增大;在不同施氮水平下,随着氮肥含量增加,冬小麦冠层LAI差异明显,总体呈现先上升后下降趋势,在N2水平下达到最高值,而后开始逐渐降低。在各个生育期呈现相似的变化规律。(3)整个生育期,在可见光350nm-680nm范围内,冬小麦冠层原始光谱反射率较低,在近红外700nm-1300nm范围内形成一个反射率大于0.34的高反射率平台,在短波红外1300nm-2500nm范围内反射率逐级下降。从起身期到抽穗期,冬小麦冠层原始光谱反射率在可见光波段变化规律不显著,在近红外波段变化规律显著,随着生育期推进,原始反射率逐渐升高;从灌浆期到乳熟期,冬小麦在可见光范围内的差异显著,随着冬小麦成熟变黄,在可见光范围内反射率逐渐增加,在近红外波段反射率逐渐降低。从N0-N5,随着氮肥水平增加,小麦冠层光谱曲线差异显著,在近红外波段反射率逐渐升高。且在不同生育期,不同氮素水平下,冬小麦红边都具有“双峰”或“多峰”现象。(4)各生育期冬小麦冠层光谱对叶绿素敏感的波段主要在350nm-740nm范围内,随着叶绿素含量的增加,冬小麦冠层一阶微分反射率逐渐增大,且红边位置逐渐向长波方向移动,即“红移”;550nm附近的绿峰反射率逐渐降低,吸收深度逐渐增大,叶绿素强烈吸收蓝光(500nm)和红光(670nm)而形成2个吸收谷,在410-770nm的连续统去除光谱上形成“双谷”结构,410nm-550nm波段连续统去除光谱吸收谷的位置向长波方向移动,最大吸收深度逐渐增加,吸收谷的面积显著减小;410nm-770nm和550nm-770nm波段连续统去除光谱整体下移,吸收谷面积显著增大,吸收谷位置和最大吸收深度变化规律与410nm-550nm波段连续统去除光谱变化规律相似。(5)各生育期冠层原始光谱与叶绿素含量在350nm-740nm呈极显著负相关,其他波段相关性较弱;与一阶微分光谱在400nm-550nm呈极显著负相关,在580nm-800nm呈极显著正相关;与连续统去除光谱在400nm-760nm呈极显著负相关,在780nm-820nm呈极显著正相关,与其他波段相关性较弱。在冬小麦冠层叶绿素含量估算模型中,以光谱吸收特征参数建立的基于主成分分析的BP人工神经网络模型精度最高。(6)各生育期冠层原始光谱与冠层LAI在400nm-700nm呈极显著负相关,在730nm-1330nm和1844nm-1914nm呈极显著正相关,与其他波段相关性较弱;与一阶微分光谱在450nm-1433nm呈极显著负相关,在650nm-1836nm呈极显著正相关,与其他波段相关性较弱;与连续统去除光谱在350nm-730nm、1160nm-1860nm、1984nm-2397nm呈极显著负相关,在823nm-1914nm呈极显著正相关,其余波段相关性较弱。在冬小麦冠层LAI估算模型中,以光谱指数建立的基于主成分分析的BP人工神经网络模型精度最高。