نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم جغرافیایی و برنامه ریزی، گروه جغرافیا و برنامه‌ریزی شهری، دانشگاه اصفهان،اصفهان، ایران.

2 دکتری سنجش از دور و GIS، دانشکده جغرافیا، دانشگاه تهران، ایران

3 عمران نقشه برداری، دانشکده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد سنندج، سنندج، ایران

4 بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجان شرقی، تبریز/ ایران.

5 استاد گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، ایران

10.52547/gisj.2022.225493.1074

چکیده

کلروفیل و نیتروژن برگ به دلیل نقش مهم آن‌ها در فتوسنتز از شاخص‌های-بیولوژیک مهم وضعیت فیزیولوژیک گیاهان می‌باشند. توانایی در کمی سازی میزان کلروفیل و نیتروژن می‌تواند اطلاعات مهمی برای فعالیت‌های کشاورزی دقیق، برنامه‌ریزی مدیریت منابع گیاهی و کشاورزی و مدل‌سازی خدمات و قابلیت‌های تولید اکوسیستم تهیه نماید. هدف از این مطالعه، ارزیابی قابلیت شاخص‌ها برای تخمین میزان کلروفیل و نیتروژن گندم با داده‌های طیف‌سنجی در سطح تاج‌پوشش و همچنین تعیین مناسب‌ترین نواحی طیفی و پدیده‌های جذبی می-باشد. این پژوهش در محیط گلخانه انجام و اندازه‌گیری طیفی با استفاده از دستگاه طیف‌سنج Fieldspec-3-ASD انجام شد. چهار شاخص باریک باند گیاهی در قالب دو دسته شاخص‌های نسبتی (NDVI، RVI و DVI) و شاخص تعدیل‌کننده تأثیر خاک (SAVI2) برای بازتاب طیفی و مشتق اول طیف برای کل نمونه‌ها محاسبه و نتایج آن‌ها مقایسه شدند. پارامترهای عمق باند ماکزیمم، طول‌موج عمق باند ماکزیمم، مساحت، چولگی و پهنای کامل در نصف مقدار بیشینه برای ۷ پدیده‌ جذبی محاسبه و همبستگی این شاخص‌ها با غلظت کلروفیل و نیتروژن گندم موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که درصورتی‌که از طیف بازتابندگی استفاده شود، شاخص SAVI2 ارتباط قوی‌تری (۱۲/۰ =RMSE، ۸۵/۰=R2) نسبت به دیگر شاخص‌ها با میزان کلروفیل و شاخص NDVI ارتباط قوی‌تری (۳۰/۰ =RMSE، ۶۹/۰=R2) نسبت به دیگر شاخص‌ها با میزان نیتروژن نشان می‌دهند درحالی‌که با استفاده از مشتق اول بازتاب طیفی شاخص NDVI نتایج بهتری ارائه می‌دهند. مساحت و عمق محدوده جذبی ۷۶۰-4۳0 نانومتر برای مطالعه میزان کلروفیل و نیتروژن گندم بهترین شاخص‌ها می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluating capability of reflectance spectrometry for estimating the wheat chlorophyll and nitrogen

نویسندگان [English]

  • Ali Sadeghi 1
  • saham Mirzaei 2
  • Mehdi Gholamnia 3
  • Saghar Chakherlou 4
  • Hossein Ali Bahrami 5

1 Assistant professor, Faculty of Geographical Sciences And Planning, University of Isfahan, Isfahan, Iran.

2 PhD , Department of Remote Sensing and GIS, Faculty of Geography, University of Tehran, Iran

3 Department of Civil Engineering, Sanandaj Branch, Islamic Azad University, Sanandaj, Iran

4 Department of Soil and Water Research, East Azarbaijan Agricultural and Natural Resources Research and Training Center, Tabriz, Iran

5 Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Iran

چکیده [English]

Leaf chlorophyll and nitrogen, due to their important role in photosynthesis are among the major biological parameters of plant physiological status. The ability to quantify chlorophyll and nitrogen can provide important information for precision agricultural activities, plant and agricultural resource management planning, and modeling ecosystem services and production capabilities. This study aimed to assess the capability of indices for estimating the amount of chlorophyll and nitrogen in wheat using spectral data at the canopy level and also determine the most suitable spectral regions and absorption features for this purpose. This research was carried out in a greenhouse environment and the spectroscopic measurements were performed using ASD Fieldspec-3 full-range spectral spectroradiometer. Four plant band indices were classified into two groups of ratio- (NDVI, RVI, and DVI) and soil-based indices (SAVI2) for the raw spectrum and the first derivative of the spectrum for the total samples, and the results were compared. The parameters of position, depth, area, asymmetry and FWHM were calculated for seven absorption features extracted from continuum-removed spectra, and the correlation of these indices with chlorophyll and nitrogen content of wheat was examined. The results showed that SAVI2 had a stronger correlation (RMSE = 0.12, R2 = 0.85) with the chlorophyll content NDVI (RMSE=0.30, R2=0.69) had a higher correlation with the nitrogen content, while using the first derivative with NDVI provided better results. Moreover, area and depth parameters of 430-760 nm absorption spectrum were the best indicators for estimating the amount of chlorophyll and nitrogen in wheat, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chlorophyll
  • Nitrogen
  • Wheat
  • Index
  • Continuum Removal