用红外热图像和可视（RGB）数字图像监测新疆棉花冠层水分胁迫状况的研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
30960185
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
27.0万
负责人：
王登伟
依托单位：
石河子大学
学科分类：
C1309.稻类作物栽培学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
黄春燕；程诚；周淑萍；赵鹏举；
关键词：
监测研究棉花 CWSI 红外热图像可视（RGB）数字图像

项目摘要

新疆属于干旱或半干旱地区，棉花是新疆重要的经济作物。近年来，膜下滴灌、地面软管灌和地下滴灌等一批节水灌溉技术得到迅猛发展。然而，在棉花灌溉制度方面，仍沿用传统的周期灌溉方式，难以匹配棉花自身对水分的实际需求；在棉花干旱监测方面，基础应用研究相对薄弱，限制了膜下滴灌技术节水、增产和品质改善潜力的进一步发挥。因此，探索棉花冠层水分状况监测研究的新方法，对于优化灌溉方案，提高水分利用效率，显得十分必要。为此，本研究采用人造参考湿表面（WARS）的方法，应用先进的红外热图像和可视（RGB）数字图像融合的图像处理技术，提取棉花"非水分胁迫基线"温度，并测试作物冠层受光叶片的表面温度，基于Jones（1992）定义的作物水分胁迫指数CWSI的经验公式，计算CWSI，用于新疆棉花冠层水分胁迫状况的监测研究。其成果，对于新疆农作物干旱监测水平的提高，以及"精准农业"的实施，都具有十分重要的意义。

结项摘要

利用Fluke红外热像仪获取棉花关键生育时期冠层的红外热图像和可视（RGB）数字图像，应用图像处理技术，提取棉花冠层受光叶片的温度，并将人工参考湿表面（WARS）的温度运用到Jones定义的作物水分胁迫指数CWSI的经验公式中，计算CWSI；分析了CWSI与叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和叶面积指数（LAI）等光合参数的相关关系，建立了CWSI与上述光合参数之间的线性相关模型；同时，分析了CWSI与叶绿素荧光特征参数Fv/Fm（光系统Ⅱ最大光化学效率）、ETR（电子传递速率）和ФPSII（PSII的量子产额）的相关关系，表明CWSI可与光合生理参数、叶绿素荧光参数同步反映棉花冠层水分胁迫的状况。研究CWSI对棉花品质和产量的影响，将CWSI分别与棉花纤维品质指标，诸如，纤维长度、整齐度、伸长率、马克隆值和断裂比强度进行相关分析，表明CWSI与马克隆值呈显著的正相关关系，与纤维长度、整齐度、伸长率和断裂比强度呈显著的负相关关系；棉花各关键生育时期CWSI与棉花产量均呈显著的负相关关系，以棉花结铃期CWSI与产量的相关性最高。.此外，探索了用红外热图像和高光谱数据联合进行作物水分诊断的研究，并建立CWSI与高光谱数据的定量关系，表明棉花冠层一阶微分光谱较反射光谱能更好的对棉花水分胁迫指数CWSI进行遥感估算，为利用高光谱估算棉花CWSI，实时、精准监测作物水分胁迫状况，提供了理论依据。.研究结果表明，先进的红外热图像技术，提供了一种获取作物冠层表面温度的高分辨率空间信息的手段，能够消除背景干扰因素的影响，更精确的计算棉花冠层CWSI，可快速、有效、准确地监测棉花冠层水分胁迫的状况。