水分胁迫对冬小麦植被指数NDVI影响及其动态变化特征

水分胁迫对冬小麦植被指数NDVI影响及其动态变化特征 水分胁迫对冬小麦植被指数NDVI影响及其 动态变化特征 第2O卷第1期 2002年3月 干旱地区农业研究 AgriculturalResearchintheAridAreas Vol_2ONo.1 Mar.2002 水分胁迫对冬小麦植被指数NDVI 影响及其动态变化特征 毛学森,张永强,沈彦俊 中国科学院石家庄农业现代化研究所,河北石家庄050021) 摘要:通过对冬小麦植被指数ND?的变化规律和不同时期水分胁迫对植被指数的影响研究.结果表明,冬 小麦的植被指数具有日变化规律,井且随着冬小麦的生长发育而变化.印小麦生长旺盛NDVI数值较大.同时期 干旱处理,小麦NDVI表现不一致,拨节期干旱处理后,小麦NDVI后期反应不明显.灌浆期干旱后,NDVI反应小, 抽穗期干旱后,NDVI在5月下旬后表现.但是土壤水分变化与NDVI的关系明显,土壤水分对小麦NDVI的 影响是通过对小麦植株体形态的改变来实现的. 关键词:水分胁迫;植被指数;动态变化 中围分类号:$512.I10.1文献标识码:A文章编 号:1000-7601(2002)01—0069—03 近年来遥感技术在农业上的应用越来越广泛. 利用遥感图象进行农作物监测和估产已成为现 实口].遥感图象是对地物的反映,其精确程度决定于 遥感器材精度,大气和下垫面状况等因素,其中目标 地物的反射率及其光谱分布是其基础.在遥感应用 领域,植被指数已经广泛用来定性和定量评价植被 覆盖及其生长活力.植被指数(Normalizeddiffer— encevegetationindex简称NDVI)是基于物理知 识,将电磁波辐射,大气,土壤,植被覆盖等相互作用 结合在一起,对植物在红光和近红外波段的光谱进 行组合[NDVI一(NIR—R)/(NIR+R),NIR和R 分别表示近红外波段和红光波段的反射率].很多研 究结果表明,它比单波段探测生物量具有更好的灵 敏性口],是衡量农作物生长发育的重要指标.通过对 不同水分胁迫条件下,冬小麦植被指数的测定,研究 冬小麦生育期NDvI动态变化规律,水分条件对冬 小麦ND?的影响,将为利用遥感技术进行田阔水 分管理和农业旱情预报提供理论基础. 1试验与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 11试验区概况 试验设在中国科学院栾城农业生态系统试验 站.该站位于北纬37.58,东经114.40,海拔5O.1 m,属于太行山山前平原区,区内地势开阔,土地平 整,土层深厚,土质良好.温暖带半湿润半干旱季风 气候,光热资源比较丰富.年平均降水量480.7 mm,主要集中在夏季,具有雨热同期的特点,有利 于夏播作物生长.冬小麦生长期间平均降水为137.5 film,占全年降水量的27.水分条件是影响冬小麦 产量的关键因素.地下水是本区主要或者惟一的灌 溉水源,近年来由于气候干旱,地下水位连年下降. 本区具有悠久的农业生产历史,是华北的主要粮食 产区. 1.2试验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 试验在大田及水分池中进行.自冬小麦孕穗到 灌浆期进行小麦NDVI的观测,同时用中子仪对土 壤水分进行测定. 实验用水分池按FAo标准设计建成,共由16 个小区构成,每个小区5m×10m,深1.5m,无底, 相邻小区用砖墙隔离,水泥混合防渗材料抹面,以防 止小区间土壤水分的侧向交换,每个小区中间安装 有中子仪测管.实验共设拔节,抽穗和灌浆期干旱以 及充分灌溉和全生育期干旱5个不同水分处理,干 旱处理重复4次,其它重复3次.各种处理施肥等其 它耕作措施一样,与大田一致,小麦品种为高优一 503,大田为9204和4185.充分供水 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 湿润层土 壤含水量保持在田间持水量,灌水采用人工控制. 1.3观测项目 主要观测项目有NDVI,生物量,叶面积指数, 土壤含水量. 收稿日期:2OOl—o7—24 基金项目:河北省科技攻关项目(编号01220703D)和国家”973”项目 (编号G20O0O77900)资助 作者简介:毛学森(1964--),女.河北景县人,副研究员,硕士.主要从事农 业节水研究. 70干旱地区农业研究第2O卷 (1)NDVI:采用美国DYCAMINC公司生产 的M0de【4colorDigitalstillCamera扑获图像.选 择晴天进行观测,每天观测2次,上午1O:OO,下午 14:OO各观测一次.联合观{j14时每2h观测一次.每 次扑获图像3,4张,每次扑获时使相机角度控制在 45.,6O. (2)土壤水分:用英国IH一2型中子仪监测,测 量深度为10cm,30cm,50cm,70cm,90cm,1]O cm,130cm,150cm,170cm.同时在大田内取土测 土壤含水量,每5d一次,测量深度为0cm~10cm, 10cm~20cm. (3)生物量:水分池每次取样1O株,大田每次 取样3O株,叶面积采用手工的方法.每7d测一次. 2结果分析 2.1冬小麦植被指数日变化规律 于2001年5月12日和19日,天气晴朗,大气 7:0o9:0o11:0o130015:0017:0o19:0o 时同Time 图1冬小麦植被指数日变化 Fig.1DailychangeofNDVIinwinterwheatfield 2.3不同水分处理植被指数变化 图3中1,2,3,4,5分别代表小麦拔节,抽穗,灌 浆期受到干旱,全生育期无灌水和充分灌水5种处 理.与其它处理相比全生育期无灌溉的处理4随着 小麦的生长发育,NDVI减少越来越明显.4月下旬 开始处理4的NDVI明显小于其它处理,到5月中 旬后期,NDVI开始变为负数.这说明植物对可见光 的红光反射率大于近红外波段的反射率,叶绿素减 少,植株逐渐变黄.处理1在受到干旱以后,在4月 下旬到5月上,中旬以前,小麦的NDVI明显低于其 它处理.经过一段时间的恢复以后,在5月中旬以 后,小麦的NDVI与处理5相比,基本没有差异.处 理2和处理5的小麦NDVI前期趋势一致,5月2O 能见度较好的天气状况下,从7:OO,19:00,对处于 孕穗,灌浆阶段,水肥供应充足的冬小麦每2h观 测一次植被指数,结果见图1.图1表明,一天中 11:00~15:00,植被指数较早上和晚上高.这与太阳 辐射和太阳高度角在一天中的变化有关系. 2.2冬小麦植被指数季节变化 对水肥条件适宜的2个不同品种冬小麦进行植 被指数测定,结果表明2个小麦品种表现较好的一 致性:从小麦拔节到孕穗期同,植被指数在0.3, 0.4之间,变化不明显从小麦抽穗到灌浆期,由于小 麦营养生长和生殖生长并进,光合作用加强,植被指 数显着增加.小麦灌浆后期,随着植株变黄,叶绿素 减少,叶片内部的细胞间隔被填满,小麦的植被指数 降低(图2). : Ot l: 耋 捌: : 一 -1705-1905-26 2505-0305—07O5—1205 日期(月一日)13ate(M-d) 图2冬小麦生育期植被指数变化规律 Fig.2DynamicofNDVIduringwheatgrowingperiod 日以后,处理2的小麦NDVI明显小于处理5.处理 3小麦NDVI与充分灌溉的处理5相比差异不明 显,直到5月下旬,NDVI值有些降低. 上述结果表明:拔节期小麦受到干旱影响,在后 期会得到恢复;抽穗期小麦受到干旱影响,其NDVI 在5月下旬以后得到反应}而灌浆期小麦受到干旱 影响NDvI反应较小.但是,各处理小麦NDVI对 水分亏缺的反应都滞后,与文献口结果一致. 2.4NDVI与农田土壤含水量的关系 图4中1O个观测样本表明,小麦田土壤含水量 与NDVI的关系不密切,两因子的相关系数为 0.5327,说明土壤含水量对冬小麦NDVI的影响不 直接. : 第4期毛学森等:水分胁迫对冬小麦植被指数NDVI影响及其动态变化特征71 0 — 0 耋0 Z 妊O 耄0 晕0 0 0 ?期(月一口)Date(M-d) 1,拔节{2.抽穗;3灌浆期干旱; 4.全生育期干旱?5.充分灌水 1,]oiatingstge;2.}kad【Igstage;3Fillingstage 4.Wholeperiod;5.Suflicieatirrigatioa 圄3不同时期水分胁迫NDVI差异 Fig.3ComparisonofNT)V1withdifferent waterstressstages 3结论 1)拔节期小麦受到干旱协迫,在后期得到恢 复抽穗期受干旱协迫,NDVI在5月下旬以后得到 反应;灌浆期小麦受到干旱协迫,NDVI反应小.各 时期水分协迫后在NDVI上的反应均滞后. 2)NDVI的变化与作物的生长状况,发育时期 关系密切. lNDVI;2土壤古水 1.NDV1;2.Soil,watercontent 图4土壤含水量与NDVI茧系 big.4Relationshipbetweensoil watercontentandNDVI 3)冬小麦的NDVI的数值变化受太阳高度角 和太阳辐射的影响,太阳高度角太,NDVI值高. 4)水分状况对NDVI的影响主要是通过水分 对小麦植株叶绿素含量和结构的改变来完成的,与 土壤含水量的关系不太. 参考文献: [1]张佳华,王长耀,符缘斌.遥感信息结台光学特性研究作蚜光台 产量估测模型,I].自然资源,2000,(2):170一l. [2]王珂,沈掌泉,王人翻.植物营养胁迫与光谱特性,I].国土资谭 遥感,i999,(1):9—14. [33李晓募,史陪军.中国典型植被指数NDV]动态变化与气温, 降水变化的敏感性分析[J].植物生态,2000,(3);379— 38 Effectsofwaterstressindifferentstagesonwinterwheat vegetationindexandNDVI’Sdynamic MAOXue—sen,ZHANGYong—qia”g,SHENYan—iun (ShijiazfiuangInstituteofAculturalModernization,CAS,Shijiazhuang0500Zl,China) Abstract:NDVIhasbeendevelopedforqualitativelyandquantitativelyofevaluatingvegetativecovers inthefieldofremotesensingapplications.TheNDVIiscalculatedfromreflectance redNIRpotionofthespectrum:NDVI=(NIR--Red)/(NIR+Red).Theamountofenergyreflectedfrom ap1antinthevisibleandnearinfraredportionofthespectrumhasbeencorrelatedtomanycropcharacter- istics.InthispaperwemeasureddailyandseasonalNDVIdynamicandtheeffectsofwaterstressindiffer— entstagasonNDVI.Theresultsshowedthatwiththedevelopmentofwinterwheat.NDVIchanged.And duringdaytime.fromsunrisetosunset,NDVIchangedtOO.TherelationshipbetweenNDVIandsoilwa— terconteatindicatedthatsollwatercontentcouldnotaffectedNDVIdirectlyb utitcouldaffectcropdeve一 |opment. Keywords:waterstress;winterwheatNDVI;dyr~amic .矗哥茸一??一,;一 {lIl1:?i ?.们扔 ???0眦 一—z颦拦车