Page 118 - 《广西植物》2026年第6期

６ 期 李声繁等: 基于可见光－近红外光谱与机器学习的不同菌草物种叶片光谱特性比较分析 １ ０ ３ ３

高ꎬ反射率为 ０.１０７ ０ꎮ ５５０ ~ ６８０ ｎｍ 波段曲线再次 ２.２.２ 一阶导数光谱特征分析 菌草叶片光谱反
下降ꎬ在 ６８０ ｎｍ 附近形成第二个波谷ꎬ此波谷处 射率一阶导数曲线( 图 ３) 清晰展现导数变换对光
杂交狼尾草曲线最低ꎬ反射率为 ０.０３８ ４ꎮ 不同菌 谱特征 的 强 化 效 应ꎮ 在 可 见 光 波 段 ( ４００ ~ ７００
草物种之间的叶片反射率存在一些差异ꎮ 在红边 ｎｍ)ꎬ所有菌草物种一阶导数曲线均呈现“ 三谷一
区域(７００ ~ ７５０ ｎｍ) 内所有曲线均呈陡峭上升趋 峰”的统一变化特征ꎬ分别于 ４９０、５７０、６６０ ｎｍ 附
势ꎬ“红边” 特征明显ꎬ但上升起点与斜率存在区 近形成 ３ 个特征波谷ꎬ在 ５２５ ｎｍ 附近形成明显波
别:紫象草曲线在 ７００ ｎｍ 处已开始快速上升ꎬ至 峰ꎮ 该波段内不同物种间的导数数值差异尤为显
７５０ ｎｍ 时反射率达 ０.３８０ ８ꎻ而杂交狼尾草曲线红 著ꎬ其中 ５２５ ｎｍ 波峰处的差异最为突出ꎬ象草的

边起始位置滞后至 ７０４ ｎｍ 且上升斜率较缓ꎬ７５０ 一阶导数值达 ０.００１ ３ꎬ杂交狼尾草仅为 ０.０００ ６ꎬ
ｎｍ 处反射率仅为０.１５６ １ꎮ 在某些特定光谱位置ꎬ 两者差值为０.０００ ７ꎬ曲线分层清晰ꎬ较原始光谱的
菌草物种叶片反射率差异比较显著ꎮ 在近红外波 细微差异更易识别ꎮ 特定波段内物种区分度进一
段(７５０ ~ ９００ ｎｍ)ꎬ曲线整体维持高反射水平且物 步提升ꎬ红光与红边波段(６６０ ~ ７３０ ｎｍ) 凸显物种
种分层最为清晰:紫象草曲线始终位于最上方ꎬ反 特异性ꎬ所有物种一阶导数曲线均呈急剧上升趋
射率为 ０.３８ ~ ０.４３ꎬ为第一层级ꎻ巨菌草、象草和狼 势ꎬ但数值差异较大ꎬ从高到低总体排序为紫象草
尾草曲线相互贴近ꎬ反射率为 ０.２５ ~ ０.３０ꎬ形成第 >象草>巨菌草>狼尾草>美洲狼尾草>巴新野生蔗
二层级ꎻ莱牧 １ 号象草、巴新野生蔗和美洲狼尾草 >莱牧 １ 号象草>杂交狼尾草ꎮ 近红外波段内导数
反射率略低于第二层级数值ꎬ为 ０.１８ ~ ０.２３ꎬ为第 曲线特征呈现明显分异ꎬ７３０ ~ ７６０ ｎｍ 范围内所有
三层级ꎻ杂交狼尾草曲线位于最下方ꎬ反射率为 曲线均呈急剧下降趋势ꎻ而 ７６０ ~ ９００ ｎｍ 范围内曲
０.１５ ~ ０.１９ꎬ与紫象草曲线差值达 ０.２４ꎮ ７７０ ~ ９００ 线特征基本趋于一致ꎬ数值波动幅度极小ꎬ多维持
ｎｍ 波段内各菌草物种光谱反射率曲线走势平稳、 在－０.０００ １ ~ ０.０００ ５ 之间且曲线相互贴近ꎬ无明
分层稳定ꎬ进一步验证该波段可作为紫象草与杂 显分层现象ꎮ
交狼尾草的核心分类敏感波段ꎮ ２.２.３ 二阶导数光谱特征分析 菌草叶片光谱反射
２.２ 不同菌草物种光谱处理特征分析 率二阶导数曲线(图 ４)充分展现导数变换对光谱细
２.２.１ 倒数取对数变换特征分析 菌草叶片光谱 节的放大效应ꎬ通过正负值交替反映原始光谱凹凸
反射率倒数取对数变换曲线在可见光波段(４５０ ~ 的转换特征ꎮ 可见光波段(４００ ~ ７００ ｎｍ) 内所有菌
７００ ｎｍ)具有比较统一的变化特征( 图 ２)ꎬ所有菌 草物种二阶导数曲线变化趋势基本一致ꎬ在 ５００ ~
草变换曲线均呈下降趋势ꎬ表现为“ 两峰一谷” 规 ５２０ ｎｍ、５７０~５９０ ｎｍ 和 ６７０~７００ ｎｍ 波段二阶导数
律:在 ５１０ ｎｍ 和 ６８０ ｎｍ 附近形成两个明显波峰ꎬ 数值>０ꎬ对应原始光谱的凸形特征ꎬ形成 ３ 个明显
在 ５６０ ｎｍ 附近形成波谷ꎮ 该波段内物种间曲线 波峰ꎻ５３０~５７０ ｎｍ 和 ６３０ ~ ６５０ ｎｍ 波段数值<０ꎬ对
数值差异显著ꎬ５６０ ｎｍ 附近为差异最大区域ꎬ杂交 应原始光谱的凹形特征ꎬ形成两个波谷ꎮ 特定波段
狼尾 草 变 换 后 数 值 达 ３. １５２ ５ꎬ 紫 象 草 仅 为 物种差异较大ꎬ该波段内以 ５５９ ｎｍ 附近最为突出ꎬ
２.２３４ ５ꎬ两者差值达 ０.９１８ ０ꎬ曲线分层清晰ꎬ较原 象草的反射率二阶导数值低至－０.０００ ０７ꎬ显著低于

始光谱在可见光波段的“ 细微差异” 有明显放大ꎮ 其他 物 种ꎬ 曲 线 分 层 清 晰ꎮ 红 边 与 近 红 外 波 段
进入红边过渡区(６８０ ~ ７５０ ｎｍ 波段)ꎬ曲线呈现快 (６６０~７５０ ｎｍ)内物种间差异稳定且显著ꎬ可作为菌
速下降趋势ꎬ与原始光谱在该区域“ 急剧上升” 特 草物种分类的关键特征波段ꎮ 该波段内曲线呈现
征完全相反ꎬ不同物种间数值差异仍保持一定区 “上升－下降－再上升” 三段式变化ꎬ先快速上升至
分度ꎮ 特定波段内倒数取对数变换曲线也存在差 ６９０ ｎｍ 附近峰值ꎬ紫象草峰值最高ꎬ为 ０.０００ ２０ꎬ杂
异ꎬ红边与近红外波段(７００ ~ ９００ ｎｍ) 菌草变换曲 交狼尾草最低ꎬ仅为０.０００ ０７ꎬ差值达 ０.０００ １３ꎻ峰值
线呈缓慢下降态势ꎬ但呈现明显层次性ꎬ表现为杂 后急速下降ꎬ于 ７４５ ｎｍ 附近形成谷值ꎬ最大值(莱
交狼尾草>莱牧 １ 号象草>巴新野生蔗>美洲狼尾 牧 １ 号象草)与最小值(紫象草)差值达 ０.０００ １６ꎬ物
草>狼尾草>象草>巨菌草>紫象草ꎮ 该波段内曲 种差异进一步拉大ꎻ谷值后再次急速上升ꎬ所有物
线特征与数值变化趋于一致且分层稳定ꎬ可作为 种数值均在 ７８０ ｎｍ 附近趋近于 ０ꎬ 曲线交汇或高度
物种区分的参考依据ꎮ 贴近ꎮ 在 ７８０~９００ ｎｍ 波段ꎬ８ 种菌草反射率二阶导