高光谱植被指数为确定田野薄荷的最佳收获时间提供了依据
持续监测经济作物薄荷的生长状态并适时选择采收时间以确保最大的经济回报是一项挑战。本研究基于地面实测性状评估了不同冠层光谱指标检测冬季薄荷的最佳收获时间的能力。运用推扫式高光谱相机(400-940nm)在薄荷生长中期与后期进行了连续两年(2020-2021)田间试验，获取了作物冠层正射光谱反射率图像。随着植物高度的变化适应性地调整采集相机的对焦平面。同时分别测量了薄荷的冠层养分(总氮、总磷、总钾)、冠层生物量、植物精油含量和根系指标。其中根系指标包含了根蘖的重量、周长和长度。研究利用感兴趣区域和最大类间方差OTSU算法提取了高光谱图像中冠层植被指数，并且根据Pearson相关系数、主成分分析算法和Lasso回归算法筛选了与实测性状参数具有强相关性的植被指数。在18种植被指数中，4种植被指数，包括光化学反射率指数(PRI)、类胡萝卜素反射率指数(CRIr)、高光谱归一化差异植被指数(HNDVI)以及植物衰老反射率指数(PSRI)，可作为冬季薄荷根蘖性状(重量和长度)的潜在预测指标。由于根蘖性状与薄荷的作物繁殖能力相关，所以选定的4种植被指数可被用来确定冬季薄荷的最佳收获时间。该研究为利用作物光谱反射率判断最佳收获期提出了一种可行的无损检测方法，有助于增加冬季薄荷的经济产值。
图1实验场地(CSIR-CIMAP农场)
图2 数据处理流程(FOV：视场角;VNIR：可见近红外;NDVIa：归一化植被指数-Aparacio)
图3 实测物理性状与光谱指标的相关性图(a)2020年 (b)2021年 (鲜生物量(FB)、地上生物量(AGB)、地下生物量(BGB)、根蘖重(SW)、根蘖长(SL)、根蘖周长(SG)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、含油量(OC)、花青素反射指数(ARI)、蓝绿蓝橙(BGBO)、叶绿素红边指数(CIRe)、类胡萝卜素反射指数(CRIg)、类胡萝卜素反射指数(CRIr)、Datt指数(Datt)、绿色归一化差值植被指数(GNDVI)、高光谱归一化差值植被指数()HNDVI)、改良叶绿素吸收反射率(MCARI1)、光化学反射指数(PRI)、色素敏感归一化差叶绿素a (PSNDa)、色素敏感归一化差叶绿素b (PSNDb)、植物衰老反射指数(PSRI)、红边归一化差植被指数(RENDVI))
图4 植被指数与性状参数之间的主成分关系(a：2020年;b：2021年)
来源：Prasad N, Semwal M, Kalra A. Hyperspectral vegetation indices offer insights for determining economically optimal time of harvest in Mentha arvensis[J]. Industrial Crops and Products, 2022, 180: 114753.
编辑：张金诺
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