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基于互信息理论的水稻磷素营养高光谱诊断
  • ISSN号:1000-0593
  • 期刊名称:《光谱学与光谱分析》
  • 时间:0
  • 分类:O657.3[理学—分析化学;理学—化学] S511.01[农业科学—作物学]
  • 作者机构:[1]浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所,浙江杭州310029
  • 相关基金:基金项目:国家自然科学基金项目(30571112)资助
中文摘要:

当前,磷素营养诊断的化学分析方法既费力又费时,使诊断结果难以及时应用到田间生产,而高光谱遥感技术是一种非破坏性、快速和有潜力的作物营养诊断技术。但是,由于光谱分析技术的限制,作物磷营养与光谱特性之间的关系研究进展一直较为缓慢。文章通过室内实验获取了不同磷营养水平水稻典型生育期冠层光谱反射率及其对应的磷、叶绿素含量等农学参数,并对农学参数做了LSD多重比较。利用互信息(MI)理论分析了水稻磷素含量的敏感波段,结果表明水稻拔节期叶片磷素估测的敏感波段分别为536,630,1040,551和656nm,与其相对应的互信息值分别为1.0575,1.1039,1.1353,1.1417和1.1494;比较了以此敏感波段为自变量构建的BP人工神经网络模型和多元线性回归模型,结果显示BP人工神经网络模型更优,其交叉验证均方根误差(RMSE-train)和相关系数(R。)分别为0.0388和0.9882,而预测均方根误差(RMSE-test)和相关系数(R。)分别为0.0505和0.9892。说明利用互信息一神经网络模型(MI-ANN)和高光谱遥感估测田间水稻磷含量是可能的。

英文摘要:

The present study obtained data of rice canopy spectrum, and P and chlorophyll content at typical growth stages with different rates of P supply by means of solution experiment. The effects of P treatments on leaf P and chlorophyll content were analyzed statistically using LSD's multiple comparison at a probability of 0. 05; By mutual information (MI) variable selection procedure, the optimal spectral variables were identified at 536, 630, 1 040, 551 and 656 nm, and their corresponding mutual in- formation values were 1. 057 5, 1. 103 9, 1. 135 3, 1. 141 7 and 1. 149 4 respectively; based on these sensitive bands, the built feed-forward artificial neural network model (ANN) had higher precision for P content estimation than the multiple linear regression model (MLR). Its RMSE of cross-validation and R were 0. 038 8 and 0. 988 2, respectively, for the calibration data set, and the RMSE of prediction and R were 0. 050 5 and 0. 989 2, respectively, for the test data set. Therefore, it was suggested that MI was encouraged for quantitative prediction of leaf P content in rice with visible/near infrared hyperspectral information without assumption on the relationship between independent and dependent variables. But more work is needed to explain why these bands are sensitive to leaf P content in rice.

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期刊信息
  • 《光谱学与光谱分析》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国光学学会
  • 主编:高松
  • 地址:北京海淀区魏公村学院南路76号
  • 邮编:100081
  • 邮箱:chngpxygpfx@vip.sina.com
  • 电话:010-62181070
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-0593
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2200/O4
  • 邮发代号:82-68
  • 获奖情况:
  • 1992年北京出版局编辑质量奖,1996年中国科协优秀科技期刊奖,1997-2000获中国科协择优支持基础性高科技学术期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:40642