农业机械学报

作者：李岚涛,申凤敏,马文连,樊婕,李亚蓉,柳海涛?

单位：河南农业大学,河南农业大学,河南农业大学,河南农业大学,河南农业大学,河南农业大学,

关键词：菊苣;镉胁迫;叶片原位高光谱;有效波段;监测模型

基金：河南农业大学青年英才专项基金项目（30500427、30500671）、河南省高校国家级大学生创新创业训练计划项目（201810466011）和山东农业大学作物生物学国家重点实验室开放基金项目（2018KF05）

探究镉胁迫下菊苣叶片高光谱响应特征，以实现基于叶片原位高光谱技术的作物镉胁迫快捷、精准监测。采用室内水培实验，供试品种为“欧洲菊苣”、“美洲菊苣”和“黔育一号”，设置0、5、10、25、50、100、200?μmol/L共7个镉胁迫梯度，于菊苣苗期测试叶片镉质量比及其原位高光谱反射率。分别利用逐步回归（SWR）、主成分回归（PCR）和偏最小二乘回归（PLS）的统计分析方法对叶片原始光谱（R）及一阶微分光谱（FDR）进行镉质量比预测，确定最佳光谱监测方式和有效波段，提高镉胁迫估测的时效性。此外，为进一步检验上述模型的稳定性，再次布置9个独立菊苣品种镉胁迫光谱验证实验（镉浓度为50μmol/L）。结果表明，镉胁迫显著影响菊苣叶片镉质量比及高光谱反射率变化特征；随镉梯度增加，3个品种菊苣镉含量均显著提升，叶片高光谱反射率在可见光-近红外区（400~1300nm）逐步降低，中红外区（1300~2400nm）则未表现出一致性变化规律。全波段光谱分析模型间，以基于FDR光谱的PLS监测模型（FDR-PLS）表现最优，其独立验证集决定系数（R2）、均方根误差（RMSE）和相对分析误差（RPD）分别为0.92、181.3mg/kg和2.96。根据FDR-PLS模型中各波段无量纲评价指标：变量重要性投影值（VIP），确定菊苣叶片镉质量比有效波长分别为659、725、907、1026、1112、1255、1630nm，实现了光谱降维和便捷分析的目的。此后，再次构建基于上述有效波段的菊苣叶片镉质量比FDR-PLS监测模型，其独立验证集R2、RMSE和RPD分别为0.834、222.4mg/kg和2.41，9个供试品种验证集R2、RMSE和RPD分别为0.817、13.0mg/kg和1.77，预测效果较为理想，能够满足无损和精准监测需求。

来源：2020年第3期

《农业机械学报》期刊编辑部

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