微生物复垦中植物及土壤理化参数的高光谱反演研究

发布时间：2021-02-01 20:17

　　本文研究了利用高光谱对微生物复垦中植物及其根际土壤理化参数反演的特性，探寻利用高光谱数据监测微生物复垦敏感指标的可行性。掌握了菌根真菌在各生长期对大豆叶片和根际土壤养分的影响规律。通过分析不同处理植物叶片、根际土壤光谱的差异，明确植物叶片和土壤光谱对于菌根效应的敏感波段及其影响因素，构建植物叶片和根际土壤理化参数的高光谱反演模型。结果表明，菌根与根瘤菌等其他微生物的联合应用促进了大豆的生长，对土壤具有改良作用。菌根对植物和根际土壤养分的增效作用影响植物叶片和根际土壤的反射光谱，揭示了菌根真菌、植物叶片及根际土壤理化特性的各参数指标与相应光谱响应特征之间的联系。叶绿素、氮、磷和水分是反映菌根对植物生化参数影响的主要指标，可通过对这些指标的高光谱反演，在总体上把握菌根对植物生长的促进作用。应用高光谱数据对微生物复垦植物及其土壤理化参数进行快速、准确的估测，进而实现对微生物复垦效果进行无损、高效的监测和评价是可行和有效的。 

【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
详细摘要
Detailed Abstract
1 引言
    1.1 研究背景和意义
    1.2 微生物复垦对植物生物理化参数的影响及研究现状
        1.2.1 丛枝菌根对植物磷、钾元素含量的影响
        1.2.2 丛枝菌根对植物氮素含量的影响
        1.2.3 丛枝菌根对植物水分的影响
    1.3 丛枝菌根对植物根际环境的影响及研究现状
    1.4 丛枝菌根真菌与其他微生物联合作用的研究现状
    1.5 高光谱遥感对植物生物理化参数的监测及研究现状
        1.5.1 基于高光谱的植物氮素含量监测
        1.5.2 基于高光谱的植物磷、钾含量监测
        1.5.3 基于高光谱的植物水分监测
        1.5.4 基于高光谱的植物叶绿素含量监测
    1.6 高光谱遥感对土壤理化参数的监测及研究现状
        1.6.1 基于高光谱的土壤氮磷钾含量监测
        1.6.2 基于高光谱的土壤水分监测
    1.7 研究思路和研究内容
        1.7.1 研究思路
        1.7.2 研究内容
        1.7.3 技术路线
2 实验设计与测定方法
    2.1 材料与方法
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验设计与管理
        2.1.3 光谱测量仪器与光谱测定方法
        2.1.4 菌根指标的测定
        2.1.5 大豆叶片生理参数的测定
        2.1.6 根际土壤理化参数的测定
        2.1.7 数据分析
    2.2 光谱数据预处理及分析
        2.2.1 微生物复垦植物叶绿素含量的高光谱反演
        2.2.2 微生物复垦植物叶片及根际土壤水分含量的高光谱反演
        2.2.3 微生物复垦植物叶片及根际土壤氮磷钾含量的高光谱反演
    2.3 光谱处理、分析所使用的方法和公式
        2.3.1 光谱反射率数据变换公式
        2.3.2 BP 神经网络
        2.3.3 包络线去除法
        2.3.4 逐步回归分析法
        2.3.5 光谱波段对菌根效应的敏感度分析
        2.3.6 J-M 距离计算方法
3 微生物复垦对大豆生长和根际土壤的影响
    3.1 不同处理对菌根指标的影响
        3.1.1 不同处理对菌根侵染率的影响
        3.1.2 不同处理对根外菌丝密度的影响
    3.2 不同处理对大豆生长的影响
        3.2.1 不同处理对大豆生物量的影响
        3.2.2 不同处理对大豆叶绿素含量的影响
        3.2.3 不同处理对大豆叶片水分含量的影响
        3.2.4 不同处理对大豆叶片氮（TN）含量的影响
        3.2.5 不同处理对大豆叶片全磷（TP）含量的影响
        3.2.6 不同处理对大豆叶片全钾（TK）含量的影响
        3.2.7 不同处理对大豆叶片镁含量的影响
        3.2.8 不同处理对大豆叶片锌含量的影响
    3.3 植物叶片生化参数的主成分分析
    3.4 不同处理对根际土壤理化参数的影响
        3.4.1 不同处理对基质中 pH 值和电导率的影响
        3.4.2 不同处理对大豆根际土壤含水量的影响
        3.4.3 不同处理对大豆根际土壤速氮（N）含量的影响
        3.4.4 不同处理对大豆根际土壤速效磷（P）含量的影响
        3.4.5 不同处理对大豆根际土壤速效钾（K）含量的影响
    3.5 小结
4 微生物复垦对大豆叶片和根际土壤光谱的影响
    4.1 不同处理对大豆叶片反射光谱的影响
        4.1.1 不同处理大豆叶片光谱反射率的差异
        4.1.2 不同处理大豆叶片反射光谱对菌根效应的敏感性分析
    4.2 不同处理对大豆根际土壤反射光谱的影响
        4.2.1 不同处理大豆根际土壤光谱反射率的差异
        4.2.2 不同处理大豆根际土壤反射光谱对菌根效应的敏感性分析
    4.3 构建光谱指数监测菌根效应
        4.3.1 特征波段选择与指数设计
        4.3.2 菌根效应识别与验证
    4.4 小结
5 微生物复垦大豆叶绿素含量的高光谱反演
    5.1 不同处理对大豆可见光波段光谱的影响
        5.1.1 不同处理大豆原始光谱可见波段差异比较
        5.1.2 不同处理大豆一阶微分光谱特征差异比较
    5.2 大豆叶绿素含量的高光谱反演
        5.2.1 大豆叶绿素含量与光谱变量的相关分析
        5.2.2 基于光谱指数的高光谱反演模型建立与检验
    5.3 小结
6 微生物复垦大豆叶片及根际土壤水分含量的高光谱反演
    6.1 微生物复垦大豆叶片水分含量的高光谱反演
        6.1.1 不同处理对大豆叶片光谱反射率的影响
        6.1.2 大豆叶片反射光谱与叶片含水量的关系
        6.1.3 已知植被水分指数与大豆叶片含水量的相关关系
        6.1.4 大豆叶片含水量与全波段组合指数的相关关系
        6.1.5 光谱指数模型的建立
        6.1.6 模型检验
    6.2 微生物复垦大豆根际土壤水分含量的高光谱反演
        6.2.1 不同处理大豆土壤反射光谱与土壤水分含量的关系
        6.2.2 反演模型的建立
        6.2.3 模型检验
    6.3 小结
7 微生物复垦大豆叶片及根际土壤营养元素的高光谱反演
    7.1 微生物复垦大豆叶片氮素含量的高光谱反演
        7.1.1 大豆氮含量估测常用光谱指数
        7.1.2 大豆叶片反射率与叶片 TN 含量的关系
        7.1.3 基于光谱指数反演模型的比较分析
        7.1.4 模型检验
    7.2 微生物复垦对大豆叶片磷钾含量的高光谱反演
        7.2.1 叶片 TP 和 TK 含量与光谱反射特征的相关性分析
        7.2.2 反演模型的建立
        7.2.3 模型检验
    7.3 微生物复垦大豆根际土壤氮含量的高光谱反演
        7.3.1 微生物复垦大豆根际土壤速 N 含量与光谱反射特征的相关性分析
        7.3.2 反演模型的建立
        7.3.3 模型检验
    7.4 微生物复垦大豆根际磷钾含量的高光谱反演
        7.4.1 根际土壤 P、K 含量与光谱反射特征的相关性分析
        7.4.2 反演模型的建立
        7.4.3 模型检验
    7.5 小结
8 结论与展望
    8.1 主要结论
    8.2 本文创新点
    8.3 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
在学期间发表的学术论文
在学期间参加科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]丛枝菌根真菌在土壤氮素循环中的作用[J]. 陈永亮,陈保冬,刘蕾,胡亚军,徐天乐,张莘.  生态学报. 2014(17)
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[9]菌根与根瘤菌联合应用对复垦矿区根际土壤环境的改良后效[J]. 于淼,毕银丽,张翠青.  农业工程学报. 2013(08)
[10]紫色土土壤全氮和全磷含量的高光谱遥感预测[J]. 徐丽华,谢德体,魏朝富,李兵.  光谱学与光谱分析. 2013(03)

博士论文
[1]基于高光谱数据的果树理化性状信息提取研究[D]. 邢东兴.西北农林科技大学 2009



本文编号：3013372