光譜儀在遠程監(jiān)測農(nóng)作物光合作用中的應(yīng)用
頂尖科儀（中國）股份有限公司技術(shù)支持部
發(fā)布日期：2011-8-3
"$^ ~!1 ~ 光合有效輻射吸收系數(shù) (The fraction of absorbed photosynthetically active radiation, fAPAR) 是一個反映地球表面生物層與大氣層進行氣體交換程度的重要參數(shù)，同樣也是分析農(nóng)作物產(chǎn)量的重要指標。通常，由于fAPAR與歸一化差值植被指數(shù)（The Normalized Difference Vegetation Index）NDVI為線性關(guān)系，因此可用NDVI來反映fAPAR。（NDVI=(RNIRRred)/(RNIR+Rred)，其中，RNIR與Rred分別為近紅外與紅色光譜區(qū)域的反射率。）然而大量實驗表明，fAPAR與NDVI只能用于測量農(nóng)作物的成長階段，一種比較合理的解釋為在農(nóng)作物的繁殖與衰老階段，盡管其闊葉或華蓋仍能阻擋輻射，但其所含的葉綠素減少，從而導(dǎo)致了NDVI值減小。
/>pI8 g< 圖1 同一農(nóng)作物不同時間的反射率曲線
'8H4shYg 圖2 不同試驗田中同種農(nóng)作物的差異
9IfmW^0 內(nèi)布拉斯加州大學（University of Nebraska）連續(xù)多年從事農(nóng)作物光合作用監(jiān)測的研究工作，希望能尋找一種更精確測量fAPAR的方法。他們以大小相當?shù)娜龎K分別種有玉米與大豆的試驗田作為實驗對象，使用海洋
光學的USB2000光譜儀，配以LS-1鹵鎢燈
光源與反射探頭，對玉米與大豆葉子表面進行反射測量，從而分析其葉綠素含量。同時，農(nóng)業(yè)專家們還將一套雙通道USB2000光譜儀固定于觀測平臺上，將一個通道的
光纖垂直向上放置而將另一通道垂直對準地面，用于測量整個試驗田的農(nóng)作物上冠400-900nm波長范圍的反射率，該
系統(tǒng)的采樣間隔為0.3nm，光譜分辨率約為1.5nm左右。專家們將測得的葉綠素含量與fAPAR值進行運算處理，得出fAPARGREEN值，并將該值與其他經(jīng)過預(yù)處理的值（Red edge NDVI，Green NDVI值）共同作為參考，從而大大提高了fAPAR的精確度，并將其應(yīng)用范圍延伸至農(nóng)作物的繁殖與衰老階段，幫助農(nóng)業(yè)專家與學者對不同農(nóng)作物的整個生長階段進行監(jiān)控與分析。為了實驗的測量效率與準確性，內(nèi)布拉斯加州大學的專家們還設(shè)計了“Goliath”和“Hercules”兩款測量車(見下圖)
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