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第 18 卷第 2 期 呼伦贝尔学院学报 No.2 Vol.18
2010 年 04 月 Journal of Hulunbeier College Published in April.2010

苜蓿和缘毛雀麦高光谱与其叶绿素含量的相关性研究
纳 钦 1 格根图 1 贾玉山 1 娜日苏 2
（1 内蒙古农业大学生态环境学院 内蒙古 呼和浩特 010018）
（2 内蒙古气象局 内蒙古 呼和浩特 010010）

摘 要：本试验利用非成像光谱仪，在苜蓿及缘毛雀麦两种牧草的两个物候期进行了冠层
光谱测定，分析了在 729nm 处光谱反射率数据与此两种牧草叶绿素含量（CH.C）间的相关性，
因在此波段处的相关系数不显著，无法在此波段建立（CH.C）估测回归模型。今后的研究将会
重点寻找适合呼和浩特地区的苜蓿及缘毛雀麦的光谱反射率与叶绿素相关系数显著的波段。
关键词：苜蓿； 缘毛雀麦； 高光谱； 叶绿素含量；（CH.C） 估测模型
中图分类号：S41-39 文献标识码：A 文章编号：1009-4601（2010）02-0086-03


目前，高光谱数据的在植被特征上的应用日
益广泛。Yang Ke_ming 等人基于高光谱数据研究
小麦的条锈病的发生[1]，叶绿素作为植物光合作
用的重要因子在植物的各个物候期、环境不同的
情况下其含量也不同，它能够提供有效的植被信
息。通过对光谱特征数据与叶绿素含量的关系建
立估算模型。“红边”位置对于叶绿素 a 和 b 浓度、
植物叶细胞结构变化很灵敏，也与植物冠层及构
密切相关，但对噪声不敏感。宋开山等在大豆的
叶绿素含量高光谱反演模型的研究中表明人工
神经网络能够大大提高反演能力[2]。叶绿素密度
是估计作物群体生产力的重要指标，是 LAI 与叶
绿素含量的综合体现。国外学者 R K. Gupter 等[4]
提出用 729 nm 波段处比值植被指数估计小麦
LAI。国内学者吴长山[5]提出在 720—770 nm 波段
处水稻、玉米的导数光谱与 CH.D 之间有较高的
相关拟合度，在 762nm 处的一阶微分值与 CH.D
的线性模型估计精度达 80．6％。谭昌伟等[ 6]用
738nm 处一阶微分光谱值与夏玉米 CH．D 建立指
数回归模型最佳。
一、研究方法
（一）田间实验设计
本次试验是 2009 年在内蒙古农业大学教学
试验田内进行（E111.7186、N40.8089）。地势平
坦，标准施肥，常规大田管理。
在缘毛雀麦和草原 3 号杂花苜蓿的生长期间
进行了 2 次观测，时间为 7 月 30 日和 9 月 14 日。
（二）光谱数据采集
采 用 的 是 Field spee ○p props Full-reigne
rersion 2.3 6447 于晴天 10：00—14：00 时进行光
谱特征数据的采集，每次选定 3 个测定样区（每
个区 10 m2），对每个样区里有代表性的植株采集
10 组冠层光谱。把每个生育期的 30 组光谱反射
率的平均值作为该品种的一次试验的最终结果。
冠层光谱测定之后，从每个区采集 1×1m2 的植物
样方贴地面刈割，称量鲜重后带回实验室进行下
一步试验。
（三）叶绿素的测定
在采集光谱特征数据的同时，采集专做叶绿
素测定的叶片并迅速送回试验室。从每个样区中
选取 20 枚成熟叶片，用打孔器在样品叶片中间部
位叶脉一侧取一个小圆（20 个小圆质量在 1.0 g
左右，将其剪成细丝，充分搅匀），以千分之一
精度电子天平称取 0.12 g 左右，然后放入盛有 10

投稿日期：2009-11-26
作者简介：纳 钦(1984-)男，蒙族，内蒙古农业大学生态环境学院 2007 级硕士研究生。
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ml 提取液（丙酮：乙醇：蒸馏水= 45：45：l0）
的试管中，以橡皮塞封口，闭光提取 24 h，定容
到 25 ml 供测试。用分光光度计（722 型）分别测
OD=645nm、OD=663nm 处的光密度，以 Arnon 公
式计算叶绿素含量。
叶绿素a=(12.71A663-2.59A645) ×(V/W)×1000
叶绿素b=(22.88A645-4.67A663) ×(V/W)×1000
叶绿素总含量=(8.04A663+20.29A645) ×(V/W)×
1000[3]
二、结果与分析
（一） 苜蓿、缘毛雀麦的冠层光谱反射与
叶绿素含量
如图1：在同一时段，苜蓿的叶绿素含量要
低于缘毛雀麦，其相差13.48%；如图2：729nm处
苜蓿的冠层光谱反射率也低于缘毛雀麦，其相差
38.08%。
1、在采集高光谱特征数据时，苜蓿的盖度是
100%，已经全部结痂，冠层并不是全绿，而是块
状不规则分布。缘毛雀麦的盖度90%以上，相对
的背景的所占的面积要比苜蓿结痂的冠层面积
要少很多。
2、苜蓿与缘毛雀麦中含有的各种生化组分的
含量及叶肉结构的不同导致了光谱反射的差异。
这种差异的原因是豆科牧草——苜蓿中N元素的
含量要比禾本科牧草——缘毛雀麦高。

图1，苜蓿与缘毛雀麦叶绿素含量对比 图2 苜蓿与缘毛雀麦冠层光谱反射率对比


（二）苜蓿、缘毛雀麦的冠层光谱反射与叶
绿素含量相关性分析 取729nm处冠层光谱值与叶绿素含量（CH.C）
进行相关性分析。
表1 7月30日采集苜蓿CH.C与光谱反射率%

苜蓿
1-1
苜蓿
1-2
苜蓿
1-3
苜蓿
2-1
苜蓿
2-2
苜蓿
2-3
苜蓿
3-1
苜蓿
3-2
苜蓿
3-3
0
10
20
30 1
2
3
4
5 6
7
8
9
苜蓿叶绿素含量
缘毛雀麦叶绿素含量
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1
2
3
4
5 6
7
8
9
苜蓿冠层反射率
缘毛雀麦冠层反射率
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表2 7月30日采集缘毛雀麦CH.C与光谱反射率%

缘毛1-1
缘毛
1-2
缘毛
1-3
缘毛
2-1
缘毛
2-2
缘毛
2-3
缘毛
3-1
缘毛
3-2
缘毛
3-3
CH.C
(mg/l) 24.3909 16.5618 22.2692 28.7136 26.2971 21.5544 20.5571 19.9473 22.4093
光谱反
射率% 0.5553 0.7957 0.6615 0.60362 0.8551 0.8773 0.9787 0.8405 0.9364

表3 9月14日采集苜蓿CH.C与光谱反射率%

苜蓿1-1
苜蓿
1-2
苜蓿
1-3
苜蓿
2-1
苜蓿
2-2
苜蓿
2-3
苜蓿
3-1
苜蓿
3-2
苜蓿
3-3
CH.C
（mg/l） 28.0199 24.1991 23.5043 25.8216 29.9487 22.1582 34.5447 28.3943 23.5472
光谱反
射率% 0.40285 0.4010 0.3443 0.3708 0.35912 0.3595 0.4292 0.4047 0.4052

表 4 9 月 14 日采集缘毛雀麦 CH.C 与光谱反射率%

缘毛1-1
缘毛
1-2
缘毛
1-3
缘毛
2-1
缘毛
2-2
缘毛
2-3
缘毛
3-1
缘毛
3-2
缘毛
3-3
CH.C
(mg/l) 19.3194 23.0364 15.4680 15.1112 18.1824 13.6537 35.5998 22.8318 19.3998
光谱反
射率% 0.2333 0.1838 0.2008 0.1782 0.1888 0.1541 0.1515 0.1955 0.1940

经过数据运算处理 7 月 30 日采集苜蓿、缘毛
雀麦的叶绿素含量与 729nm 处其光谱反射率之间
的相关系数为 0.28303 和 0.45547。9 月 14 日采集
的苜蓿、缘毛雀麦的叶绿素含量与其光谱反射率之
间的相关系数为 0.52777 和 0.29814。由此可以得出
苜蓿叶绿素含量与在 729nm 处的光谱反射率的相
关性低。
三、讨论
本试验利用高光谱辐射仪采集了人工大田水
平种植密度下两种牧草的冠层多时相高光谱数据，
分析了两个生育时期反射光谱及其一阶微分光谱
的变化规律。相关分析表明，微分光谱 729nm 波段
的数值与苜蓿及缘毛雀麦 CH.C 的相关系数不显
著。因此，在此波段无法建立这两种牧草的叶绿素
含量估测模型。在今后的试验当中分析数据找到适
合在呼和浩特地区的苜蓿及缘毛雀麦两种牧草的
光谱反射率与叶绿素相关系数最高的“红边”位置，
并建立 CH.C 的估算模型。在此基础上能够将光谱
数据与 CH.C、CH.C 与植物营养含量、光谱数据与
植物营养含量的系统的估测模型。今后，如果能够
在这一地区的各类主要种植人工牧草的各个物候
期分段遥感模型，将会进一步提高高光谱遥感在
牧草这种特殊作物上的应用。
参考文献
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