半干旱区作物水分胁迫的高光谱观测试验与诊断

Hypespectal imaging technique may improve the information compared traditional remote sensing,it has unique advantage in water content reversion and water stress diagnoses.This proposal will plan to carry out field experiment on crops water stress using hyperspectral remote sensing data for corn and spring wheat in semi-arid regions, base on years of measurements work. Field experiments studies how the crop water stress work on the canopy spectral reflectance,Which hyperspectral reflectance at canopy and leaf level, biochemical properties of crops such as LAI(leaf area index),chlorophyll content, leaf water content,etal will be measured, and the main methods is Plant physiology and spectroscopy combined Radiative transfer (RT) models.Based on experiments, this work will analyze the relationships between the hyperspectral reflectance and crops water content and water stress, study the rules of water stress in different levels impacted on the canopy spectral reflectance, indicate the spectral response mechanism of crops water stress in semi-arid regions and found the ideal spectral indices and models for water stress diagnosis. Finally,monitoring and estimating crops water stress status in study area using hyprespectral image in order to understand the crops drought degree in time and improving the water use efficiency in semi-arid regions.

高光谱遥感技术在反演植被含水量和作物水分胁迫诊断方面具有独到优势。本项目在多年观测积累基础上，以旱作春小麦和玉米为主要研究对象，开展农作物水分胁迫遥感观测试验，获得不同水分胁迫下作物的高光谱反射率以及叶面积指数、叶绿素含量、叶片含水量等作物生理参数。采用植物生理学、光谱学等多学科方法，结合辐射传输模型，分析光谱反射率与植株含水率的关系，研究水分胁迫对半干旱区作物冠层光谱的影响规律，揭示半干旱区作物水分胁迫的高光谱变化机理，建立作物水分胁迫的光谱诊断指标与模型，同时利用高光谱影像对研究区作物水分胁迫进行监测和评估，为了解作物受旱程度提供基础依据，为提高半干旱区作物水分利用效率提供服务。

干旱是造成农作物减产的最主要原因，随着全球气候变化，干旱已经成为全球粮食安全的最大威胁，增强干旱监测和早期预警能力是有效防御干旱的基础。卫星遥感技术能够提供大范围、迅速、连续和对农作物的无损监测，高光谱遥感技术在反演植被生理参数方面的优势可以更精细地反映作物因干旱引起的变化。本项目以多年大田观测试验为基础，结合高光谱遥感与作物水分胁迫监测，构建了作物生理干旱、生态干旱监测指标；分析了各项指标在作物干旱过程中不同生长发育期对不同水分胁迫的响应特征，构建了作物不同水分胁迫条件下各项生理生态指标的生长过程曲线；分析了作物冠层光谱对不同水分胁迫及各项生理参数的响应特征；构建了适合研究区的新的作物水分胁迫指数SAWI（semi-arid water indix）、SACI（semi-arid chlorophyll index），这些指数对水分胁迫的监测更为稳定，效果更好；考虑作物生长过程特征，分阶段构建了多时相的适合半干旱区作物水分胁迫的光谱诊断指标与生理参数监测模型，并利用构建模型在高光谱影像上对研究区作物生理参数进行了反演。该项目积累了多年半干旱区作物水分胁迫的高光谱观测第一手观测数据，获取光谱数据67,200余条，同步测定了小麦，玉米生理参数，包含叶片含水量、生物量、叶绿素含量、叶水势、LAI、土壤湿度、土壤温度、冠层温度及株高、产量等作物不同水分胁迫条件下整个生长过程中的各项与作物水分过程有关的生理生态参数。以上研究成果将对于动态监测春小麦干旱胁迫发展变化，为农业管理科学化，为进一步开展半干旱区作物产量预测及干旱影响评估奠定基础，为卫星遥感开展相关监测提供了前提条件。