为探究土壤表层湿度影响下冬小麦冠层光谱反射率响应晚霜冻害的特征, 并检验敏感光谱波段预测小麦产量变化的能力, 于2013和2014年小麦拔节期, 分别设置了表层土壤含水量为<10%(干)、 10%～20%(中)和 >20%(湿)的三个湿度处理的冻前试验, 并在低温室内进行降温处理。 分析了不同土壤表层湿度下受冻冬小麦的穗数、 穗粒数、 千粒重、 单株产量、 冠层光谱反射率及其一阶微分值的差异, 对冬小麦冻害产量变化率和高光谱特征参量进行了相关分析和一元线性拟合。 结果表明: 冬小麦穗粒数和单株产量总体上均随土壤表层湿度的降低而呈减少态势, 在土壤表层干处理条件下冻害对冬小麦产量造成的影响最为显著(p<0.05); 在绿峰(523 nm附近)、 黄边(571 nm附近)、 红边(732 nm附近)和近红外台的两个水分吸收带(952和1 145 nm附近), 干+冻害处理冬小麦冠层反射率的一阶微分值与中+冻害、 湿+冻害处理的差值明显; 剥离了土壤表层湿度对光谱的影响后, 冬小麦冠层反射率一阶微分差值在以570 nm为中心的黄边区域和以710 nm为中心的红边区域对干、 中和湿梯度处理下晚霜冻害响应的差异明显; 两年试验中的黄边面积(SDy)和570 nm处一阶微分值(d570)均与冻害产量变化率达到显著正相关(p<0.05), 说明黄边区域的高光谱特征参量可用于检测土壤表层湿度影响下的冬小麦晚霜冻害程度。 本研究可为土壤表层湿度和晚霜冻害叠加影响下冬小麦产量变化预测方法的探讨提供参考。

冬小麦受晚霜冻影响的外部症状短期内不明显的特点, 为红边光谱的应用提供了契机。利用田间移动式霜箱和低温室系统分别开展不同温度梯度的霜冻试验, 基于冻后第1天测定的冬小麦冠层光谱数据, 使用最大一阶导数(FD)、 四点线性插值(FPI)、 多项式拟合(POLY)、 倒高斯拟合(IG)和线性外推(LE)等方法分别提取红边参数。通过相关分析、 线性回归建模以及波动分析, 从早期性、 敏感性和稳定性方面对红边参数检测冬小麦晚霜冻的能力进行定量研究。结果表明, LE方法提取的红边位置(REP)与霜冻温度的相关性为极显著(显著性水平达到0.01), 二者相关系数高于其他方法; REP随霜冻温度的降低而呈蓝移现象, 温度越低, 蓝移趋势越明显。FD方法提取的最小振幅(Drmin)和红边振幅与最小振幅比值(Dr/Drmin)对霜冻敏感性的表现最佳, 其次是FD和IG方法提取的红边振幅与红边面积比值(Dr／SDr), 敏感性最差的是LE方法提取的REP。总的来看, FD方法提取的Drmin和Dr／Drmin检测冬小麦晚霜冻的综合能力最强。以上结论可为基于冠层红边特征的冬小麦晚霜冻害早期诊断研究提供依据。