Page 124 - 《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 ９

５９.５８％ꎬ均值为 ４６. ８３％ꎬＳＶＭ 算法整体精度略高 化ꎬ这也在张正龙等(２０２５)的研究中得到印证ꎮ
２.１２％ꎮ 从单组合最优表现来看ꎬＳＶＭ 算法的最高 通过光谱变换与特征参数提取ꎬ这些结构差
精度出现在原始光谱＋三边参数(Ｓ１＋Ｓ５)组合中ꎬ达 异被进一步转化为可量化、可区分的分类特征ꎮ
７０.５６％ꎻＲＦ 算法的精度峰值则位于原始光谱＋倒数 一阶导数在 ５２５ ｎｍ 处的细微差别揭示了叶绿素 ａ
取对数(Ｓ１＋Ｓ２)组合ꎬ为５９.５８％ꎬ两类算法的最优性 吸收效率的差异ꎬ可能关联于光合系统Ⅱ的活性

能分别对应不同的特征维度搭配ꎮ 状态(Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ２０１３)ꎻ二阶导数在红边波段的曲
特征组合适配性方面ꎬＳＶＭ 算法在 ７ 类特征 率变化则敏感地反映了叶片细胞间隙与色素分布

组合中ꎬ原始光谱＋三边参数( Ｓ１＋Ｓ５)、原始光谱＋ 的微观结构特征( 孙晶京等ꎬ２０２０)ꎻ三边参数中ꎬ
植被指数(Ｓ１＋Ｓ６)等组合表现更优ꎬ其中在原始光 红边面积对物种区分最为敏感ꎬ其与叶绿素含量、

谱＋三边参数(Ｓ１＋Ｓ５)组合中优势最为显著ꎬ较 ＲＦ 生物量的强相关性ꎬ体现了近缘物种在碳同化能
高出 １４.０３％ꎮ ＲＦ 在 １３ 类特征组合中ꎬ如原始光 力上的生理分异(郭宇龙等ꎬ２０２０)ꎮ
谱＋一阶导数(Ｓ１＋Ｓ３)、原始光谱＋倒数取对数＋一 植被指数的差异则从系统层面综合表征了物
阶导数(Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３)等组合精度略高于 ＳＶＭꎬ这一 种的生理状态ꎮ ＳＲ 的显著变异不仅体现在叶绿
结果反映了 ＳＶＭ 对低维融合特征的拟合与区分能 素含量差异ꎬ更反映了光能利用效率与光合适应
力更强ꎬ而 ＲＦ 更适配含倒数取对数、一阶导数的 策略的不同ꎻＮＤＶＩ 等指数的规律性排序ꎬ可能体
变换特征组合ꎮ 现了对应物种在弱光适应或抗逆性能上的分化
随着特征维度的增加ꎬ两类算法精度均未呈 (Ｔｕｃａｋ ｅｔ ａｌ.ꎬ２０２５)ꎮ 这些光谱特征差异实质上
现单调上升趋势:ＳＶＭ 算法在二维融合时ꎬ即原始 构成了物种生态适应性的光学表征ꎬ为菌草物种
光谱 ＋ 三 边 参 数 ( Ｓ１ ＋ Ｓ５) 组 合 达 到 最 优 精 度 的生理诊断与生态适宜性评价提供了重要依据ꎮ
７０.５６％ꎬ加入更多特征后精度持续下降ꎬ如全特征 未来研究可进一步整合叶片解剖、光合生理
组合(Ｓ１－Ｓ６) 精度降至 ５２.２２％ꎬ显示其对高维度 与分子数据ꎬ深入阐释光谱特征与菌草环境适应
特征的适配性较弱ꎻＲＦ 算法在仅原始光谱( Ｓ１) 基 机制的内在联系ꎬ推动光谱技术从物种识别向生
础上加入倒数取对数(Ｓ２) 后达到峰值 ５９.５８％ꎬ后 理生态功能解析的跨越发展ꎮ
续继续增加一阶导数( Ｓ３)、二阶导数( Ｓ４) 等特征 ３.２ 光谱变换方法的差异化效应
时精度略有回落ꎬ说明过度叠加特征可能未带来 光谱变换的核心价值在于通过数学映射重构
额外增益ꎮ 光谱信号ꎬ针对性放大物种间固有差异ꎬ其作用机
制与适配波段的分化特征ꎬ与菌草光谱物理本质、
３ 讨论 生理属性相关( 张微等ꎬ２０１７ꎻ王宇等ꎬ２０２３)ꎮ 不

同变换方法通过特定数学运算挖掘差异化信息ꎬ
３.１ 亲缘关系相近菌草物种叶片光谱细微差异机 受菌草叶片生化组分与结构特征的协同调控ꎬ形
理阐释 成明确的“方法－波段－目标”适配规律ꎮ
亲缘关系相近菌草物种的光谱细微差异ꎬ本 倒数取对数变换通过“ 倒数转换－对数压缩”
质上是叶片结构、生化组分与光合生理特性在相 双重作用逆转原始光谱吸收－反射关系ꎬ在可见光
似遗传背景下的适应性分异表现ꎮ 近红外波段反 波段(４５０ ~ ７００ ｎｍ) 展现最优区分效果ꎮ 该波段
射率的差异主要源于叶片内部结构的不同ꎮ 陈晨 作为叶绿素与花青素的光谱竞争区ꎬ杂交狼尾草
(２０２４)研究表明ꎬ紫象草较高的海绵组织孔隙度 高叶绿素 ａ 含量与紫象草花青素积累导致的反射
增强了光散射ꎬ使其反射率显著高于巨菌草ꎻ而杂 率差异ꎬ经变换后在 ５６０ ｎｍ 处差值达 ０.９２０ １ꎬ这
交狼尾草较低的反射率则可能与其较厚的叶片和 一非线性放大效应与代文东等(２０２１) 关于光谱变
更致密的细胞排列有关ꎬ这与王美月等(２０２５) 关 换与植物色素含量相关性的研究结论一致ꎮ 在近
于红边参数可表征叶片结构与光合特性协同关系 红外波段(７００ ~ ９００ ｎｍ)ꎬ该变换仍能维持物种间
的结论一致ꎮ 红边区域的斜率与起始波长差异ꎬ 稳定分层ꎬ排序结果与叶片结构高度吻合ꎬ与李旭
则反映了叶绿素分布密度与叶片厚度的协同变 等(２０２３)发现其可强化作物反射率与生理属性耦
化ꎬ暗示不同物种在光能捕获与利用策略上的分 合关系的成果跨物种印证ꎬ凸显其兼顾多维度信