1 contexte expérimental

Les concentrations de chlorophylle ont tendance à être de bons paramètres indicateurs pour le stress nutritionnel des plantes, la capacité de photosynthèse et le développement de toutes les étapes du vieillissement, et les techniques de spectroscopie terrestre et de télédétection pour détecter les concentrations de chlorophylle ont tendance à recevoir beaucoup d'attention dans des directions de recherche telles que l'agriculture et les communautés végétales naturelles. La plupart des études se sont concentrées sur la réflectivité spectrale et la relation entre la chlorophylle a ou la concentration totale de chlorophylle, d'autres ont porté sur la chlorophylle B ou le rapport entre la chlorophylle a et la concentration de chlorophylle B, et d'autres ont porté principalement sur la concentration de caroténoïdes ou le rapport caroténoïdes - chlorophylle.

De nombreuses études ont montré que le spectre de la végétation "bord rouge" est sensible à la réflexion de l'état de croissance de la végétation, le point d'inflexion du bord rouge de la végétation est le point de la courbe spectrale de réflexion de la plante avec une grande pente, située entre les longueurs d'onde 690 ~ 720 nm, des expériences en laboratoire ont confirmé une relation positive entre la position de longueur d'onde du point d'inflexion du bord Rouge et la concentration de chlorophylle dans les échantillons de feuilles.

Cet article examine plus en détail la corrélation entre la réflectivité des feuilles de riz et leur concentration en chlorophylle, ainsi que la relation entre la position spectrale de la longueur d'onde de la marge rouge des feuilles de riz et leur concentration en chlorophylle, à l'aide de la réflectivité des feuilles de riz à différentes concentrations en chlorophylle et de la mesure et du calcul de la marge rouge des courbes différentielles du premier ordre de la réflectivité.

2 principe de fonctionnement de base du spectromètre terrestre

En outre, les spectromètres terrestres sont largement utilisés, y compris l'identification des minéraux et l'estimation des ressources dans l'exploration minière, ainsi que la classification de la surface et la surveillance des catastrophes dans les applications de télédétection. Par exemple, dans l’exploration minérale, différents minéraux ont des caractéristiques spectrales uniques et l’analyse spectrale permet d’identifier les espèces et la distribution des minéraux. Dans les applications de télédétection, la classification de la surface est effectuée au moyen de spectromètres embarqués sur des satellites ou des drones, la surface est classée et surveillée, comme les forêts, les terres agricoles, les villes, etc. La surveillance des catastrophes permet d'évaluer rapidement l'ampleur et l'étendue des catastrophes naturelles grâce à l'analyse spectrale.

3 conception de laboratoire

Préparation préalable

Pour cette expérience, la variété a été sélectionnée comme sujet d'étude pour le riz à pédicelle hybride Chang - optimum N°1 (Chang - optimum 99 - 1), qui a été fertilisé en différents points dans chacune des 9 zones où il a été cultivé, avec des différences significatives dans son état de croissance et de détérioration.

Le riz toujours optimal de 9 zones traitées avec différentes fertilisations a été sélectionné avec 10 feuilles fonctionnelles représentatives chacune, la concentration en chlorophylle de chaque feuille a été mesurée à l'aide d'un chlorophyllomètre, la concentration en chlorophylle de chaque feuille a été mesurée 4 fois à différentes positions foliaires, puis les feuilles ont été retirées et la réflectométrie spectrale a été effectuée au soleil par un spectromètre portatif atp9100f à 10 feuilles de chaque zone en groupe. Les 10 lames sont superposées de haut en bas dans un ordre différent, en utilisant une sonde de champ de vision de 25 ° à environ 5 cm de la hauteur de la lame, chaque lame a été rapidement mesurée spectralement, sa plage de mesure spectrale est de 300 ~ 1100 nm, la résolution spectrale est de 2 nm.

Analyse et traitement des données

Entre 400 ~ 500nm et 600 ~ 700nm, en raison de l'absorption totale de chlorophylle préparée par rayonnement lumineux dans les bandes de lumière bleue et rouge pour la photosynthèse deux zones de réflexion inférieure, avec un faible taux de réflexion, généralement inférieur à 10%; Alors que l'absorption des feuilles diminue à partir de 500 nm et est généralement faible à 550 nm, c'est - à - dire la partie de la bande verte, formant ici un petit pic de réflexion avec une réflectivité de l'ordre de 20%, ce qui explique également la couleur verte des feuilles de la plante; Ensuite, la réflectivité à 700nm augmente soudainement, dans la bande proche infrarouge après que la courbe se soit ralentie, devenant une zone de plate - forme hautement réfléchissante, atteignant généralement 50% ~ 60%, certains sont plus élevés. Ici, la réflectivité varie du point bas de la zone d'absorption de la bande rouge de la chlorophylle au proche infrarouge en raison de la diffusion des feuilles, la zone de transition où la réflectivité est plus élevée est connue sous le nom de zone "Red Edge", généralement située entre les longueurs d'onde 690 ~ 720 nm, "Red Edge" est important dans la courbe différentielle du premier ordre de la réflectivité, certains chercheurs ont confirmé la relation entre le bord rouge des feuilles et la concentration de chlorophylle; Et "bord rouge" C'est le point de la courbe spectrale de réflexion de la plante dans la zone "bord rouge" où la pente est grande, c'est - à - dire où la réflectivité varie rapidement.

Analyse de corrélation à bande unique

La réflectivité spectrale à chaque longueur d'onde et leur concentration en chlorophylle ont été analysées par corrélation unique pour les feuilles (9 échantillons) de riz de différents niveaux d'application d'azote. La figure 5 donne un diagramme des coefficients de corrélation pour les deux, comme le montre clairement la figure 5:

① de 420 nm à 720 nm, les deux présentent une relation de corrélation négative, avec l'augmentation de la longueur d'onde, le coefficient de corrélation négative augmente fortement, à 460 nm, le coefficient de corrélation atteint - 0,6, à 560 nm, le coefficient de corrélation atteint - 0,8, puis à 686 nm, le coefficient de corrélation atteint - 0,95;

② de 686 nm à 726 nm, les deux passent en vain de la grande valeur de corrélation négative à zéro, puis continuent d'augmenter jusqu'à la valeur de corrélation positive à 745 nm, avec un coefficient de corrélation d'environ 0,92;

③ de 726 nm à 1000 nm, à l'exception d'une légère diminution du coefficient de corrélation autour de 940 nm, les deux coefficients de corrélation ont maintenu une bonne relation de corrélation positive, le coefficient de corrélation allant jusqu'à environ 0,9.

Les changements ci - dessus dans la corrélation des deux sont principalement dus au fait que le spectre de réflexion de la plante est fortement influencé par la chlorophylle dans le visible, au cours de la croissance des feuilles de riz, avec l'augmentation de la teneur en chlorophylle, le nombre d'espaces entre les cellules de la chair des feuilles augmente, ce qui entraîne une diminution de la réflectivité de la lumière visible, tandis que la réflectivité du proche infrarouge augmente et entraîne une forte corrélation négative dans le visible et une forte corrélation positive dans le proche infrarouge. Entre 686 nm et 745 nm, les deux sont passés en vain d'une grande valeur de corrélation négative à une grande valeur de corrélation positive, et le coefficient de corrélation est proche de zéro à 726 nm, principalement en raison de l'effet important de la chlorophylle sur la réflectivité spectrale visible des feuilles de riz, tandis que la structure des feuilles de riz a un effet important sur le spectre proche infrarouge, avec une faible corrélation entre les deux à la jonction.

Point d'inflexion du bord rouge des feuilles de riz longueur d'onde position

Relation avec sa concentration en chlorophylle

Étant donné que le spectromètre portatif atp9100f recueille des données de type discret, le calcul de la dérivée première des données spectrales peut être effectué de manière approximative par la formule (1).

Où: R (λ_i) 'est la longueur d'onde I (λ_i), le spectre de réflexion différentielle du premier ordre, λ_i+ 1, λ_iλ_i- 1 est la longueur d'onde adjacente.

Utiliser la formule (1) pour prendre la dérivée première des spectres de réflectance des feuilles de riz pour les concentrations de chlorophylle non ventilée sélectionnées dans les 9 zones, ce qui donne la position en longueur d'onde de leur point d'inflexion du bord rouge

Analyse de régression linéaire avec la concentration de chlorophylle comme variable indépendante X et la position de la longueur d'onde du point d'inflexion du bord rouge des feuilles de riz comme variable dépendante y

Il existe une bonne corrélation entre le point d'inflexion du bord rouge réfléchissant des feuilles de riz et la concentration de chlorophylle, coefficient de corrélation complexe (R²) a atteint 0,88, ce qui correspond à la théorie selon laquelle la position de longueur d'onde du point d'inflexion du bord Rouge et la concentration de chlorophylle des échantillons de feuilles sont positivement corrélées, comme l'ont confirmé des expériences de laboratoire, ce qui montre qu'il est possible d'estimer et d'analyser quantitativement la concentration de chlorophylle des feuilles de riz à l'aide de données de spectrométrie de terrain.

4 Conclusion

Cette expérience s'appuie sur l'analyse de la signature spectrale réflective des feuilles de riz, en étudiant et en analysant la corrélation entre leur réflectivité spectrale et la position de leur bord rouge réflectif et la concentration de chlorophylle foliaire. Les résultats de l'étude montrent que:

(1) La corrélation entre la réflectivité foliaire du riz et la concentration de chlorophylle a une relation étroite avec le segment Spectral de longueur d'onde, présentant une corrélation négative entre 420 ~ 726 nm et une corrélation positive entre 726 ~ 1000 nm; Les deux maintiennent une corrélation élevée entre 450 ~ 686 nm et 750 ~ 770 nm et atteignent une corrélation élevée à 686 nm, avec un coefficient de corrélation supérieur à 0,95 et une corrélation de 0 à 726 nm. Les résultats de cette expérience montrent donc la détectabilité de la concentration de chlorophylle du riz par des techniques hyperspectrales terrestres et la nécessité d'une sélection optimale de la bande 1.

(2) Il existe une bonne corrélation linéaire entre la teneur en chlorophylle des feuilles de riz et la position du point d'inflexion de la marge rouge de son spectre de réflexion, ce qui permet d'utiliser l'hyperspectre pour estimer quantitativement la teneur en chlorophylle des feuilles de riz.