1 Bối cảnh thí nghiệm

Nồng độ chlorophyll thường là một thông số chỉ báo tốt cho sự căng thẳng dinh dưỡng thực vật, khả năng quang hợp và sự phát triển của các giai đoạn lão hóa khác nhau, và công nghệ quang phổ địa chất và công nghệ viễn thám để phát hiện nồng độ chlorophyll thường được quan tâm nhiều theo các hướng nghiên cứu như nông nghiệp và cộng đồng thực vật tự nhiên. Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào mối quan hệ giữa phản xạ quang phổ và nồng độ chất diệp lục A hoặc tổng thể, một số nghiên cứu về tỷ lệ chất diệp lục B hoặc chất diệp lục A và chất diệp lục B, và các nghiên cứu khác chủ yếu tập trung vào nồng độ carotenoid hoặc tỷ lệ carotenoid và chất diệp lục.

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng quang phổ thảm thực vật "cạnh đỏ" phản ánh nhạy cảm với tình trạng phát triển thảm thực vật, điểm uốn cạnh đỏ của thảm thực vật là điểm có độ dốc lớn trong đường cong phổ phản xạ thực vật, nằm giữa bước sóng 690~720nm, thí nghiệm trong phòng thí nghiệm đã xác nhận vị trí bước sóng của điểm uốn cạnh đỏ và nồng độ diệp lục của mẫu lá có mối quan hệ tích cực.

Bài viết này nghiên cứu thêm về mối tương quan giữa độ phản xạ của lá lúa và nồng độ chất diệp lục của nó và mối quan hệ giữa vị trí bước sóng cạnh đỏ phổ của lá lúa và nồng độ chất diệp lục của nó thông qua các phép đo và tính toán cạnh đỏ của lá lúa có nồng độ chất diệp lục khác nhau và đường cong vi phân bậc nhất của độ phản xạ.

2 Nguyên tắc làm việc cơ bản của máy quang phổ địa chất

Ngoài ra, phổ kế địa vật được sử dụng rộng rãi, bao gồm xác định khoáng sản và ước tính tài nguyên trong thăm dò khoáng sản, cũng như phân loại bề mặt và giám sát thiên tai trong các ứng dụng viễn thám. Ví dụ, trong thăm dò khoáng sản, các khoáng chất khác nhau có đặc điểm quang phổ riêng biệt, và các loại khoáng chất và sự phân bố có thể được xác định thông qua phân tích quang phổ. Trong các ứng dụng viễn thám, phân loại bề mặt được thực hiện bằng máy quang phổ được cung cấp bởi vệ tinh hoặc máy bay không người lái, phân loại và giám sát bề mặt, chẳng hạn như rừng, đất nông nghiệp, thành phố, v.v. Giám sát thảm họa nhanh chóng đánh giá phạm vi và mức độ của các thảm họa tự nhiên thông qua phân tích quang phổ.

3 Thiết kế phòng thí nghiệm

Chuẩn bị trước

Thí nghiệm lần này chọn giống lúa lai Thường Ưu 1 (Thường Ưu 99 - 1) làm đối tượng nghiên cứu, đối với 9 khu vực trồng lúa này lần lượt tiến hành xử lý bón phân khác nhau, tình trạng sinh trưởng ưu khuyết của nó có sự khác biệt rõ rệt.

Gạo thường ưu của 9 khu vực xử lý phân bón khác nhau được chọn 10 lá chức năng đại diện, đo nồng độ chất diệp lục của mỗi lá bằng máy đo chất diệp lục, mỗi lá đo nồng độ chất diệp lục 4 lần ở các vị trí lá khác nhau, sau đó lấy lá ra, lấy 10 lá ở mỗi khu vực làm nhóm để đo phản xạ quang phổ dưới ánh mặt trời thông qua máy quang phổ địa chất cầm tay ATP9100F. 10 lưỡi dao được chồng lên và xuống theo thứ tự khác nhau, mỗi lưỡi dao được đo nhanh chóng bằng cách sử dụng đầu dò trường nhìn 25 ° từ chiều cao lưỡi dao khoảng 5cm, phạm vi đo phổ của nó là 300~1100nm, độ phân giải phổ trong vòng 2nm.

Phân tích và xử lý dữ liệu

Trong khoảng 400~500nm và 600~700nm, do bức xạ ánh sáng trong dải ánh sáng xanh và đỏ chuẩn bị cho sự hấp thụ đầy đủ của chất diệp lục để quang hợp để tạo thành hai vùng phản xạ đáy, với tỷ lệ phản xạ thấp hơn, thường dưới 10%; Và sự hấp thụ của lá giảm từ 500nm, nói chung ở 550nm là thấp, tức là phần dải màu xanh lá cây, ở đây một đỉnh phản xạ nhỏ được hình thành, độ phản xạ khoảng 20%, đây cũng là lý do tại sao lá cây có màu xanh lá cây; Sau đó, độ phản xạ đột ngột tăng lên ở 700nm, sau khi vào dải hồng ngoại gần, đường cong trở nên nhẹ nhàng, trở thành vùng nền tảng phản xạ cao, thường đạt 50%~60%, một số cao hơn. Ở đây, độ phản xạ thay đổi từ mức thấp của vùng hấp thụ màu đỏ của chất diệp lục đến gần hồng ngoại do tán xạ lá và độ phản xạ tương đối cao của khu vực chuyển tiếp được gọi là "cạnh đỏ", thường nằm giữa bước sóng 690~720nm, "cạnh đỏ" trong đường cong vi phân thứ tự của độ phản xạ là rất quan trọng, một số nhà nghiên cứu đã xác nhận mối quan hệ giữa cạnh đỏ lá và nồng độ chất diệp lục; Và "cạnh đỏ" Đây là điểm có độ dốc lớn trong đường cong phổ phản xạ của thực vật trong khu vực "cạnh đỏ", tức là điểm có độ phản xạ thay đổi nhanh.

Phân tích liên quan Single Band

Phản xạ quang phổ ở các bước sóng khác nhau của lá (9 mẫu) của các loại gạo có lượng nitơ khác nhau và nồng độ chất diệp lục của chúng được phân tích liên quan đơn lẻ. Hình 5 đưa ra biểu đồ hệ số tương quan của cả hai, rõ ràng là từ Hình 5:

① Từ 420nm đến 720nm, cả hai thể hiện mối quan hệ tương quan tiêu cực, với sự gia tăng bước sóng, hệ số tương quan tiêu cực tăng mạnh lên 460nm, đạt -0,6 đến 560nm, hệ số tương quan đạt -0,8, sau đó đến 686nm, hệ số tương quan lên đến -0,95;

② Từ 686nm đến 726nm, cả hai đều thay đổi từ giá trị tương quan âm lớn thành 0, sau đó tiếp tục tăng lên giá trị tương quan dương ở 745nm với hệ số tương quan khoảng 0,92;

③ Từ 726nm đến 1000nm, ngoại trừ giảm nhẹ hệ số tương quan gần 940nm, cả hai hệ số tương quan luôn duy trì mối quan hệ tích cực rất tốt, hệ số tương quan lên đến khoảng 0,9.

Những thay đổi trên trong mối tương quan của cả hai chủ yếu là do phổ phản xạ thực vật bị ảnh hưởng rất nhiều bởi chất diệp lục trong phạm vi ánh sáng nhìn thấy, trong quá trình phát triển của lá lúa, với hàm lượng chất diệp lục tăng lên, số lượng khoảng trống tế bào lá thịt tăng lên, do đó dẫn đến giảm phản xạ ánh sáng nhìn thấy, trong khi tăng phản xạ hồng ngoại gần, và gây ra mối tương quan tiêu cực mạnh mẽ giữa hai trong phạm vi ánh sáng nhìn thấy, mối tương quan tích cực mạnh mẽ trong dải hồng ngoại gần. Giữa 686nm và 745nm, cả hai đều vô tình thay đổi từ giá trị tương quan lớn âm thành giá trị tương quan tích cực và có hệ số tương quan gần bằng không ở 726nm, chủ yếu là do chất diệp lục của lá lúa có ảnh hưởng lớn đến độ phản xạ quang phổ nhìn thấy, trong khi cấu trúc lá lúa có ảnh hưởng lớn hơn đến phổ cận hồng ngoại, nơi giao nhau của chúng có ít tương quan.

Vị trí bước sóng cạnh đỏ uốn cho lá lúa

Liên quan đến nồng độ chlorophyll

Vì máy quang phổ địa chất cầm tay ATP9100F thu thập dữ liệu rời rạc, các phép tính đạo hàm bậc một có thể được thực hiện gần đúng bằng công thức (1).

Trong đó: R (λ)_iBước sóng i (λ)_i) Quang phổ phản xạ vi phân bậc nhất, λ_i+1, λ_iλ_i- 1 là bước sóng liền kề.

Sử dụng công thức (1) để lấy đạo hàm thứ nhất tương ứng trên phổ phản xạ của lá lúa với nồng độ chlorophyll không thông gió được chọn trong 9 khu vực, do đó thu được vị trí bước sóng của điểm uốn cạnh đỏ của nó

Với nồng độ diệp lục là biến độc lập x, vị trí bước sóng của điểm uốn cạnh đỏ của lá lúa là biến phụ thuộc y, phân tích hồi quy tuyến tính được thực hiện

Có mối tương quan tốt giữa điểm uốn cạnh đỏ phản xạ lá lúa và nồng độ chất diệp lục, hệ số tương quan phức (R)²Đạt 0,88, phù hợp với lý thuyết đã được xác nhận bởi các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm về vị trí bước sóng của điểm uốn cạnh đỏ và nồng độ chlorophyll của mẫu lá là tích cực, do đó có thể thấy khả thi trong việc ước tính và phân tích định lượng nồng độ chlorophyll của lá lúa bằng cách sử dụng dữ liệu quang phổ địa chất thực địa.

4 Kết luận

Thí nghiệm này dựa trên phân tích các đặc điểm phổ phản xạ của lá lúa bằng cách nghiên cứu và phân tích mối tương quan giữa độ phản xạ phổ của nó và vị trí của cạnh đỏ phản xạ và nồng độ diệp lục của lá. Kết quả nghiên cứu cho thấy:

(1) Mối tương quan giữa độ phản xạ của lá lúa và nồng độ diệp lục có mối quan hệ chặt chẽ với phân đoạn phổ bước sóng, cho thấy mối tương quan tiêu cực giữa 420~726nm và mối tương quan tích cực giữa 726~1000nm; Cả hai duy trì mối tương quan cao giữa 450~686nm và 750~770nm và đạt được mối tương quan cao ở 686nm với hệ số tương quan lớn hơn 0,95 và 0 ở 726nm. Do đó, kết quả thí nghiệm này cho thấy công nghệ quang phổ cao của địa vật có thể phát hiện nồng độ chất diệp lục trong lúa và sự cần thiết phải lựa chọn bước sóng tốt nhất.

(2) Có mối quan hệ tương quan tuyến tính tốt giữa hàm lượng chlorophyll của lá lúa và vị trí của điểm uốn cạnh đỏ của quang phổ phản xạ của nó, do đó cung cấp các phương pháp kỹ thuật và cách ước tính nồng độ chlorophyll của lá lúa bằng cách sử dụng định lượng phổ cao.