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镉胁迫下菊苣叶片原位高光谱响应特征与定量监测研究

         
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cqvip:探究镉胁迫下菊苣叶片高光谱响应特征,以实现基于叶片原位高光谱技术的作物镉胁迫快捷、精准监测。采用室内水培实验,供试品种为“欧洲菊苣”、“美洲菊苣”和“黔育一号”,设置0、5、10、25、50、100、200μmol/L共7个镉胁迫梯度,于菊苣苗期测试叶片镉质量比及其原位高光谱反射率。分别利用逐步回归(SWR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLS)的统计分析方法对叶片原始光谱(R)及一阶微分光谱(FDR)进行镉质量比预测,确定最佳光谱监测方式和有效波段,提高镉胁迫估测的时效性。此外,为进一步检验上述模型的稳定性,再次布置9个独立菊苣品种镉胁迫光谱验证实验(镉浓度为50μmol/L)。结果表明,镉胁迫显著影响菊苣叶片镉质量比及高光谱反射率变化特征;随镉梯度增加,3个品种菊苣镉含量均显著提升,叶片高光谱反射率在可见光近红外区(400~1300 nm)逐步降低,中红外区(1300~2400 nm)则未表现出一致性变化规律。全波段光谱分析模型间,以基于FDR光谱的PLS监测模型(FDRPLS)表现最优,其独立验证集决定系数(R^2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.92、181.3 mg/kg和2.96。根据FDRPLS模型中各波段无量纲评价指标:变量重要性投影值(VIP),确定菊苣叶片镉质量比有效波长分别为659、725、907、1026、1112、1255、1630 nm,实现了光谱降维和便捷分析的目的。此后,再次构建基于上述有效波段的菊苣叶片镉质量比FDRPLS监测模型,其独立验证集R^2、RMSE和RPD分别为0.834、222.4 mg/kg和2.41,9个供试品种验证集R^2、RMSE和RPD分别为0.817、13.0 mg/kg和1.77,预测效果较为理想,能够满足无损和精准监测需求。

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