地物光譜儀：歸一化植被指數(shù)評價釀酒葡萄生長狀況研究

1、引言

葡萄的生長勢通常被看作是顯著影響果實(shí)產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。由于微生態(tài)環(huán)境條件如土壤狀況、氣候條件等的差異,即使栽培于同一地塊上的同一品種的葡萄,其生長勢也可能存在較大的差異,導(dǎo)致顯著影響?yīng)毩l(fā)酵單元內(nèi)原料質(zhì)量均一性和葡萄酒品質(zhì)。了解栽培地塊內(nèi)的葡萄生長勢差異和確定與之相適應(yīng)的栽培管理技術(shù)措施,是提高葡萄原料品質(zhì)的重要基礎(chǔ)工作。然而,人工調(diào)查地塊內(nèi)所有單株的生長勢差異,勞動力需求量大、成本高。基于地物光譜特性的遙感技術(shù)的歸一化植被指數(shù)(NDVI)成功應(yīng)用于大范圍葡萄生長勢觀測,但是采用該技術(shù)對同一地塊內(nèi)葡萄樹體生長勢進(jìn)行評價的研究報道在世界范圍仍然很少。本文利用NDVI評價同一地塊內(nèi)生長的葡萄生長勢差異的研究結(jié)果,以期為采用基于地物光譜特性的遙感技術(shù)快速、準(zhǔn)確、低成本地評價葡萄生長狀況提供依據(jù)。

2、材料與方法

2.1研究區(qū)概況及其樣品采集

本試驗(yàn)于2002年4～8月在法國波爾多的瑪歌(Margaux)產(chǎn)區(qū)Palmer酒莊的葡萄園進(jìn)行。品種為赤霞珠和梅鹿輒(Vitisvinifera)。株行距1m×1m,采用居約特式(Guyot)整枝方式,籬架高112m,試驗(yàn)地塊內(nèi)采用相似的栽培管理技術(shù)。選擇3個地塊,并根據(jù)多年葡萄生長狀況將每一地塊內(nèi)葡萄生長勢劃分為強(qiáng)、中、弱等不同區(qū)域,每個區(qū)域內(nèi)選定4個小區(qū)進(jìn)行研究(即4次重復(fù)),試驗(yàn)區(qū)及小區(qū)分布具體情況見表1。

表1試驗(yàn)地塊基本情況

每個小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇6株進(jìn)行研究。5月22日～8月13日(新梢停止生長期)對每株選定1個新梢(不摘心和不去副梢)分8次測量新梢長度動態(tài);分別在花期(6月6日)、封穗期(7月25日)和果實(shí)轉(zhuǎn)色期(8月13日)測定了葡萄葉片葉綠素指數(shù)(N-Tester指數(shù));8月13日測定所有試驗(yàn)樹上的所有新梢和副梢的長度,并根據(jù)y=20.074x+326.42(梅鹿輒)和y=20.73x-695.31(赤霞珠)計算單株葉面積〔y為單株葉面積(cm2),x為所有一次新梢和副梢的長度總和(cm);7月23日清晨葉面露水消退后,每株樹選擇2片成熟葉片,套在外層為錫箔紙內(nèi)層為黑色塑料的袋內(nèi),利用壓力室法測定葉柄午間水勢;7月22日正午,選用直升飛機(jī)作為遙感平臺,使用24×36mm,f=35～105mm相機(jī)加裝黃色濾光片(12號)和柯達(dá)EIR膠片作為傳感器,拍攝每一試驗(yàn)地塊的彩紅外圖像;同時,使用24×36mm,f=35～80mm的相機(jī)和普通200ASA膠片作為傳感器,拍攝每一試驗(yàn)地塊彩色圖像。所獲得的圖像正片,利用掃描儀在1950dpi分辨率下掃描,在256灰度下分解彩紅外圖像(紅色對應(yīng)紅外,綠色對應(yīng)紅色),采用圖像處理軟件獲取觀測對象的NDVI。進(jìn)行方差分析以及相關(guān)性分析,在Excel中對NDVI與葡萄長勢田間觀測結(jié)果進(jìn)行回歸分析。

圖1不同生長勢植株新梢生長動態(tài)圖中數(shù)字表示地塊;V、M和W分別代表強(qiáng)、中和弱樹

3、結(jié)果與分析

3.1樹體的營養(yǎng)生長狀況

赤霞珠和梅鹿輒同一地塊內(nèi)不同生長勢的植株整個生長季節(jié)里新梢日平均生長速度在強(qiáng)樹和中庸樹與弱樹間存在顯著差別,但強(qiáng)樹與中庸樹之間差異不顯著(表2)。研究不同樹勢的植株在整個季節(jié)里的新梢生長動態(tài),圖1表明,兩個品種生長勢強(qiáng)的樹,除在同一日期其日平均生長速度顯著高于弱樹外，其新梢生長期也顯著長于弱樹。所有地塊內(nèi)的赤霞珠和梅鹿輒不同樹勢植株的新梢長度單株葉面積與新梢日平均生長速度表現(xiàn)一致(表2)。生長勢強(qiáng)和中庸的植株新梢長度和單株葉面積顯著高于弱樹,但在生長勢強(qiáng)和中庸的植株之間差異不顯著。生長勢強(qiáng)植株的N-Tester指數(shù)顯著高于弱樹,但在8號地的中庸樹N-Tester指數(shù)顯著低于生長勢強(qiáng)的植株,但與弱樹之間差異不顯著(表2)。對樹體水勢的研究結(jié)果表明,3個地塊中只有8號地內(nèi)不同生長勢植株間有顯著的差異:生長勢強(qiáng)的樹中庸樹其樹體水勢顯著高于弱樹;其他兩塊地樹勢間無顯著差異。

表2不同樹勢的葡萄植株的生長狀況及N2Tester指數(shù)和樹體水勢

3.2歸一化植被指數(shù)NDVI

生長勢強(qiáng)的樹NDVI顯著大于弱生長勢樹,而對于8號地塊,強(qiáng)生長勢樹與中庸樹之間的NDVI差異不顯著(表2)。觀測對象的NDVI在地理信息系統(tǒng)進(jìn)行可視化處理的結(jié)果見圖2?？梢钥闯?該圖像能明顯地把生長勢強(qiáng)的小區(qū)與生長勢弱的小區(qū)區(qū)分開來:生長勢強(qiáng)的小區(qū)紅色更深(圖中的紅線框內(nèi)的區(qū)域),而生長勢弱的小區(qū)藍(lán)色更深(圖中的藍(lán)線框內(nèi)的區(qū)域)。

圖2試驗(yàn)地塊1(左)、57(中)、8(右)歸一化植被指數(shù)圖

3.3歸一化植被指數(shù)NDVI與樹體營養(yǎng)生長狀況之間的關(guān)系

進(jìn)一步對NDVI與葡萄各營養(yǎng)生長指標(biāo)之間的相關(guān)性分析結(jié)果表明,NDVI與葡萄植株新梢的日平均生長速度(y=54.97x+16.42,r2=0.43)、新梢最終長度(y=473.5x+190.3，r2=0.343)、單株葉面積(y=2.93x+0.92,r2=0.46)及指數(shù)N-Tester(y=295.8x+392.6,r2=0.52)之間均存在顯著的直線正相關(guān)關(guān)系。但是,在NDVI與樹體水勢之間不存在顯著的相關(guān)關(guān)系

4、結(jié)論

應(yīng)用遙感技術(shù)測定NDVI能快速評價葡萄生長勢的差異,為確定與之相適應(yīng)的栽培管理技術(shù)決策提供依據(jù),其結(jié)果數(shù)據(jù)可以更好地與越來越廣泛的機(jī)械化操作相適應(yīng),從而提高釀酒葡萄原料質(zhì)量均一性,保證獲得高品質(zhì)的葡萄酒。這一技術(shù)在未來葡萄生產(chǎn)中使用具有廣闊的前景。

推薦：

便攜式地物光譜儀 iSpecField-NIR/WNIR

專門用于野外遙感測量、土壤環(huán)境、礦物地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的最新明星產(chǎn)品，由于其操作靈活、便攜方便、光譜測試速度快、光譜數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是一款真正意義上便攜式地物光譜儀。

審核編輯 黃宇