叶绿素是反映绿色植被健康状态的重要生理参数,虫害胁迫下叶绿素与叶光谱的变化机制较为复杂,深入剖析二者关系对于虫害检测有重要意义.以福建省南平市顺昌县为试验区,测定不同受害情景下毛竹叶叶绿素含量(SPAD)与叶光谱,采用Pearson相关法筛选叶光谱特征指标,建立叶SPAD的多元线性回归、岭回归、随机森林与XGBoost估测模型.通过比较光谱特征指标筛选结果及模型估测效果,分析刚竹毒蛾胁迫下毛竹叶绿素与叶光谱特征的关系及其变化.结果表明:(1)随着虫害程度上升,毛竹叶SPAD呈下降趋势;(2)较之于未受害状态,刚竹毒蛾胁迫下毛竹叶光谱特征发生明显变化,"绿峰"和"红谷"趋于消失,"红边"斜率减小,近红外波长反射率降低;(3)基于全样本拟合叶SPAD的最优光谱特征指标为VOG2,R515/R570,CIred,PRI与NDVI705,最佳估测模型为多元线性回归模型(R2=0.7537,RMSE=3.0150);(4)基于不同受害程度样本拟合毛竹叶SPAD,最优光谱特征指标分别为健康:CIred,VOG2,ARVI,R515/R570,DVI;轻度:RENDVI,RERVI,REDVI;中度:RENDVI,RERVI,REDVI;重度:VOG2,CIred,NDVI705,PRI;小年:PRI,NDVI705,VOG1,CIred.最佳估测模型为多元线性回归模型,模型精度分别为健康(R2=0.8823;RMSE=1.6388);轻度(R2=0.1802;RMSE=3.3354);中度(R2=0.3604;RMSE=3.8867);重度(R2=0.4677;RMSE=2.6018);小年(R2=0.7324;RMSE=2.3754).由此发现,随着虫害等级上升,毛竹叶光谱特征指标也随之改变,关系模型估测精度呈现先急剧下降后缓慢抬升的态势,模型对健康与小年叶SPAD估测效果较好,对轻—中—重度危害叶SPAD估测效果较差;当毛竹叶SPAD与叶光谱特征的关系趋向紊乱时,预示可能有刚竹毒蛾危害发生.

虫害胁迫;叶绿素含量;叶光谱特征;相关分析;机器学习

胡新宇;许章华;黄旭影;张艺伟;陈秋霞;王琳;刘辉;刘智才

福州大学环境与安全工程学院 ,福建 福州 350108;福建省资源环境监测与可持续经营利用重点实验室 ,福建 三明 365004;空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室 ,福建 福州 350108;福州大学先进制造学院 ,福建 泉州 362200;福州大学信息与通信工程博士后科研流动站 ,福建 福州 350108;南京大学国际地球系统科学研究所 ,江苏 南京 210023;福建农林大学公共管理学院 ,福建 福州 350002;福州中谷海创科技发展有限公司 ,福建 福州 350108

光谱学与光谱分析

[1]胡新宇;许章华;黄旭影;张艺伟;陈秋霞;王琳;刘辉;刘智才-.刚竹毒蛾胁迫下毛竹叶绿素与叶光谱特征的关系及其变化)[J].光谱学与光谱分析,2022(09):2726-2739

叶光谱特征,VOG2,R515,R570,ARVI,RERVI,REDVI,VOG1

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