Page 29 - 《广西植物》2022年第6期
P. 29
ᤃ 期 何文等᧥ 基于光谱指数的喀斯特植物叶片叶绿素含量定量估算 ँ ϟ ँ
度最好ᖔ决定系数高达 ԡᎮϟᖔ 均方根误差仅为 ԡϟँ
᥋ϟ
ቝ੫ኼ੫ ᤥ
ԣॹ 基于各光谱指数的喀斯特植物叶片叶绿素含
量估算精度验证
本研究所采用的 ϟጢ 种常用光谱指数不一定适
合于喀斯特植物叶片叶绿素含量的定量估算ྉ 表
࿗ɯᤥ 常用光谱指数对喀斯特植物叶片叶绿素含量
的定量估算能力普遍较弱ᖔ决定系数ྉ ቴ ɯ 为 ԡጲ
ԡ࿗ጢᖔ表现相对较好的是改良红边归一化植被指数
ྉቝશ᧕Ꭾԡጢɯ和叶绿素吸收面积光谱指数ྉऊዶዶ᧧ɯᖔ
其决定系数分别为 ԡ࿗ጢ 和 ԡ࿗ሕᖔ均方根误差均为
喀斯特为大埠乡喀斯特区植物样本ᖔ非喀斯特为中国科学 ԡᤃ ቝ੫ኼ੫ ᤥ 采用相同方法对非喀斯特植物叶片
᥋ϟ
院桂林植物园非喀斯特区植物样本ᖔ下同ଫᑕᤦ 表示区域间
样本在 ԡԡϟ 水平差异极显著ଫᑕ 表示区域间样本在 ԡԡጢ 水 叶绿素含量进行定量估算及其精度验证发现ᖔ基
平差异不显著ᤥ 数据均为平均值 Ń 标准误ྉ样本量为 ሕɯᤥ 于归一化植被指数ܦ色素简单比值指数ྉ۪୩શ᧕ᑕ 和
ᑕʢ༁ᡷ ʢᔀᡱʢᔀ༁ᔀႿᡷ༁ ᡷၤᔀ ༁ᑕቝᡱᔀ༁ ʢᆍቝ Ҵᑕʢ༁ᡷ ᑕʢᔀᑕ༁ ᔽႿ ᧕ᑕᤦࣼ ఋᆍऔႿ༁ၤᔽᡱᖔ
۪୩શ᧕ᤦɯ以及生理反射指数ྉ۪᧧ɯ对非喀斯特植物
ᑕႿʛ શᆍႿ᥋Ҵᑕʢ༁ᡷ ʢᔀᡱʢᔀ༁ᔀႿᡷ༁ ᡷၤᔀ ༁ᑕቝᡱᔀ༁ ʢᆍቝ ᥈ࣼᔽᔽႿ ାᆍᡷᑕႿᔽዹᑕ ᥈ᑕʢʛᔀႿᖔ
叶片叶绿素进行定量估算均取得较好的效果ᖔቴ
ᡷၤᔀ ༁ᑕቝᔀ ᤦᔀᆍऔଫ ᑕ ᑕႿʛ ᤦ ᔽႿʛᔽዹᑕᡷᔀ ᔀᡷʢᔀቝᔀᢃ ༁ᔽ੫ႿᔽᔽዹᑕႿᡷ ʛᔽᔀʢᔀႿዹᔀ༁
均在 ԡ࿗ 以上ᖔ说明这些常用光谱指数在非喀斯特
ᑕᡷ ᡷၤᔀ ᔀᔀ ᆍ ԡԡϟᖔ ᑕႿʛ ᑕ ᔽႿʛᔽዹᑕᡷᔀ Ⴟᆍ ༁ᔽ੫ႿᔽᔽዹᑕႿᡷ ʛᔽᔀʢᔀႿዹᔀ༁ ᑕᡷ ᡷၤᔀ
ᔀᔀ ᆍ ԡԡጢ ᤦᔀᡷऔᔀᔀႿ ʛᔽᔀʢᔀႿᡷ ᑕʢᔀᑕ༁ ጶᑕዹၤ ᡱᆍᔽႿᡷ ᆍ ʛᑕᡷᑕ ʢᔀᡱʢᔀ༁ᔀႿᡷ༁
植物叶片叶绿素含量定量估算中更为适用ᖔ但其
ଝō ଝ ྉႿࣼቝᤦᔀʢ ᆍ ༁ᑕቝᡱᔀ ༁ᔽझᔀ༁ ᔽ༁ ሕɯ
在喀斯特植物叶片叶绿素含量定量估算中并不能
图 ϟজ 不同区域不同植被叶片叶绿素含量变化 通用ᤥ 虽然荧光比值指数ྉè᧧ϟɯ 和叶绿素吸收面
èᔽ੫ ϟজ ᓂᔀᑕ ዹၤᆍʢᆍᡱၤᢃ ዹᆍႿᡷᔀႿᡷ ዹၤᑕႿ੫ᔀ༁ ᆍ ʛᔽᔀʢᔀႿᡷ
积光谱指数在定量估算喀斯特与非喀斯特植物叶
ᔀ੫ᔀᡷᑕᡷᔽᆍႿ༁ ᔽႿ ʛᔽᔀʢᔀႿᡷ ᑕʢᔀᑕ༁
片叶绿素含量时精度相当ᖔ但从决定系数来看ᖔ其
估算能力还是相对较低ᤥ
过差值ܦ比值ܦ归一化以及倒数差值光谱指数与各 ԣॹጇ 喀斯特植物叶片叶绿素含量定量估算的光谱
波段 组合方式探 讨 发 现ᖔ 在 ጢԡԡ ጲ ऐԡԡ Ⴟቝ 处ܦ 指数选择
ϟ ጢԡԡ ጲ ϟ Ꭾԡԡ Ⴟቝ 处以及 ϟ ँԡԡ ጲ ϟԡԡ Ⴟቝ 处 ࿗ 种光 差值光谱指数在 ࿗ԡԡ ጲ ጢԡԡ Ⴟቝ 间任意两个
谱指数与其他波段组合的相关性较为显著 ྉ 图 波段的组合运算相比其他 ሕ 种类型光谱指数所表
࿗ɯᖔ说明这些范围波段的光谱对植物叶片叶绿素 现出来的喀斯特植物叶片叶绿素含量定量估算精
含量相对较为敏感ᤥ 叶片原始光谱反射率经过一 度要更好ྉ图 ᤃɯᤥ 差值光谱指数与喀斯特植物叶
阶导数变换后ᖔ其与叶片叶绿素含量相关性较高 片叶绿素含量相关系数大于 ԡᎮԡ 的光谱指数个数
的光谱指数高值区域更加集中 ྉ 图 ጢɯᤥ 其中ᖔ 在叶片原始光谱反射率中达 ሕᤃ Ꭾሕ࿗ 个ᖔ而在叶片
ጢԡԡ ጲ ऐԡԡ Ⴟቝ 波段是基于原始光谱反射率一阶导 原始光谱反射率一阶导数值中达到 ᤃϟ ऐᎮᤃ 个ᖔ远
数值的差值ܦ比值ܦ归一化以及倒数差值光谱指数 远优于其他 ሕ 种光谱指数表现形式ᤥ 且从表 ሕ 中
最敏感的区域ᤥ 可以看出ᖔ无论是基于叶片原始光谱反射率还是
基于叶片原始光谱反射率的各类型光谱指数 其一阶导数值ᖔ其最优的光谱指数都是差值光谱
大致在 ϟ ᤃ࿗ Ⴟቝ 和 ϟ ᤃᤃጢ Ⴟቝ 附近的波段组合效 指数ᖔ说明 ࿗ 种光谱指数中ᖔ差值光谱指数更适合
果最好ྉ表 ሕɯᖔ决定系数最大且均方根误差较小ᤥ 于喀斯特植物叶片叶绿素含量的定量估算ᤥ
各类光谱指数的喀斯特植物叶片叶绿素含量定量 通过喀斯特与非喀斯特植物叶片光谱的ᥥ 三
估算精度基本一致ᖔ决定系数都超过 ԡᤃᤥ 但叶片 边ɼ参数研究发现ྉ 表 ጢɯᖔ喀斯特植物叶片光谱红
原始光谱反射率经过一阶导数变换后ᖔ࿗ 种类型光 边位置红移现象明显ᖔ样本平均红边面积明显增
谱指数对喀斯特植物叶片叶绿素含量的定量估算 大ᤥ 同时ᖔ相比于非喀斯特区域ᖔ喀斯特植物叶片
精度均有所提高ᖔ其中以叶片原始光谱反射率一 光谱除红边位置红移外ᖔ蓝边位置及黄边位置也
阶导数值的差值光谱指数 ЏʐᦵྉᎮᤃԡᖔᎮᤃँɯ估算精 有一定的变化ᤥ 而许多常用光谱指数都与这三边
