地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔣金豹，陳雲浩，李京，張麗，何汝艷 等 著

圖書標籤:

• 高光譜遙感
• 植物脅迫
• 條銹病
• 水浸脅迫
• CO2泄漏
• 地球信息科學
• 植物生理生態學
• 遙感應用
• 農業遙感
• 植物病害診斷

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030483195

版次：1

商品編碼：11977968

包裝：平裝

叢書名： 地球信息科學基礎叢書

開本：16開

齣版時間：2016-05-01

用紙：膠版紙

頁數：170

字數：261000

正文語種：中文

內容簡介

　　《地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例》是作者多年來從事植被脅迫光譜特徵變化研究的成果。《地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例》主要介紹瞭小麥在條銹病及多種植被在C02泄漏、水浸脅迫下的光譜特徵變化及識彆模型。《地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例》共7章：第1章介紹研究背景及國內外研究現狀；第2章介紹條銹病脅迫下小麥光譜變化特徵與病情嚴重度反演；第3章介紹條銹病脅迫下小麥生理生化參數反演；第4章介紹水浸脅迫下多種植物單葉光譜變化分析與識彆；第5章介紹C02泄漏脅迫下多種植物單葉光譜變化分析與識彆；第6章介紹C02泄漏脅迫下植被冠層光譜特徵分析與識彆；第7章介紹模擬地下儲存C02泄漏對地錶生態環境影響的控製實驗方法。
　　《地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例》可供從事高光譜遙感、農業信息技術、環境遙感、碳捕捉與儲存方麵的研究人員參考，也可作為上述研究領域的教學參考書。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論
1．1 研究背景
1．2 高光譜遙感的概念
1．3 國內外研究現狀

第2章 條銹病脅迫下小麥光譜變化特徵與病情嚴重度反演
2．1 小麥條銹病脅迫實驗設計
2．2 數據處理方法
2．3 利用高光譜指數識彆小麥條銹病
2．4 利用高光譜指數與迴歸分析方法反演小麥條銹病嚴重度
2．5 利用主成分分析方法定量反演小麥條銹病嚴重度
2．6 利用REP與YEP反演小麥條銹病嚴重度
2．7 大豆在不同病害脅迫下其光譜特徵及識彆研究

第3章 條銹病脅迫下小麥生理生化參數反演
3．1 條銹病脅迫下小麥生理生化參數測量
3．2 條銹病脅迫下小麥葉綠素濃度高光譜遙感估測
3．3 條銹病脅迫下小麥葉片氮素含量高光譜遙感估測
3．4 條銹病脅迫下鼕小麥冠層葉片全氮含量小波法估測
3．5 條銹病脅迫下小麥冠層葉綠素密度高光譜遙感估測
3．6 條銹病脅迫下鼕小麥葉綠素密度投影尋蹤降維方法估測
3．7 條銹病脅迫下小麥相對含水量高光譜遙感估測
3．8 利用紅外歸一化指數反演條銹病脅迫下的小麥葉麵積指數

第4章 水浸脅迫下多種植物單葉光譜變化分析與識彆
4．1 水浸脅迫實驗設計與數據采集
4．2 數據處理以及分析方法
4．3 選擇識彆水浸脅迫下植物的單葉光譜與微分指數
4．4 不同植被在水浸脅迫下光譜變化及識彆結果

第5章 CO2泄漏脅迫下多種植物單葉光譜變化分析與識彆
5．1 CO2泄漏實驗設計與數據采集
5．2 數據處理及分析方法
5．3 實驗區內CO2空間分布情況
5．4 數據選擇與奇異值處理方法
5．5 選擇識彆CO2脅迫下植物的單葉光譜與微分指數
5．6 不同植被在CO2脅迫下光譜變化及識彆結果
5．7 大豆在CO2泄漏脅迫下的癥狀與單葉光譜特徵

第6章 CO2泄漏脅迫下植被冠層光譜特徵分析與識彆
6．1 實驗設計與數據采集
6．2 冠層光譜數據預處理方法
6．3 利用冠層光譜指數識彆CO2泄漏脅迫下的草地與大豆
6．4 連續小波變換分析方法識彆CO2泄漏脅迫下的草地
6．5 波段深度與吸收寬度識彆CO2泄漏脅迫下草地與大豆
6．6 利用單葉與冠層微分光譜識彆CO2泄漏脅迫大豆

第7章 模擬地下儲存CO2泄漏對地錶生態環境影響的控製實驗方法
7．1 實驗方案設計原理
7．2 實驗方案設計
7．3 利用空間差分技術繪製土壤中CO2濃度分布圖
參考文獻
彩圖

前言/序言

　　隨著全球氣候變暖，局地氣候要素的異常變化會引發農作物病害，造成農作物減産，給我國糧食安全帶來風險。而全球氣候變暖，IPCC（Intergovernmental Panelon Climate Change）認為主要是溫室氣體（C02）過量排放造成的，希望把工業排放的C02進行液化後進行地下封存以減緩全球氣候變暖速度。但儲存在地下的C02存在發生泄漏的風險。
　　小麥條銹病是我國最為嚴重作物病害之一，一般發生區可損失産量10%-20%，嚴重流行區可達30%以上。常規的作物病害監測主要是植保人員通過田間調查，再運用經驗輔助來判斷，這種傳統的方法耗時、費力，預報的精確度和時效性差，進而加大産量損失。隨著現代農業發展，也迫切需要一種能夠實時、科學、無損、快捷、大範圍監測和診斷作物病害的技術手段。
　　IPCC於2005年撰寫瞭《關於二氧化碳捕獲和封存的特彆報告》，隨後法國、德國以及我國都先後試點碳捕捉與儲存項目，但儲存在地層深處的CO2氣體發生輕微泄漏，究竟會對地錶植被生態造成什麼樣的影響與風險，以及如何在儲存區探測到微泄漏點，都是一個值得研究的問題。
　　考慮到地錶植被在外界因素脅迫作用下其生長發育狀態、生理生化參數都會受到影響，進而導緻植被的光譜特徵發生變化。隨著近年高光譜遙感技術的快速發展，在農業、生態環境監測等領域得到廣泛應用。
　　本書側重於研究小麥在條銹病、多種植被在C02輕微泄漏及水浸脅迫下的光譜變化特徵，為將來利用高光譜遙感技術識彆脅迫作用下的植被提供瞭理論依據與技術方法。書中主要反映瞭近幾年項目組科研成果，主要包括：國傢科技支撐項目“旱區多遙感平颱農田信息精準獲取技術集成與服務”（2012BAHB04），國傢自然科學基金“地下封存C02泄漏對地錶植被影響的光譜響應實驗研究”（41101397），“地下儲存天然氣微泄漏地錶植被脅迫與適應特徵的高光譜探測實驗研究”（41571412），教育部博士點基金項目“地下儲存的C02氣體泄漏對地錶植物的影響及其光譜響應規律模擬研究”（20100023120007），中央高校基本科研業務費專項資金項目“利用高光譜遙感監測廢棄煤炭礦井封存溫室氣體泄漏點的關鍵技術研究”（2009QD13），國防科工委軍轉民用項目“作物病害高光譜遙感監測研究”（J220050001-06）。本書是著者研究團隊與多傢科研、教學單位通力閤作取得的成果，同時也反映瞭培養的碩士、博士的部分研究成果。

地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例 圖書簡介 本書深入探討瞭在多種脅迫條件下，植物對高光譜遙感信號的響應機理，旨在為理解和監測陸地生態係統健康提供先進的技術手段和理論基礎。我們聚焦於三種典型且具有廣泛代錶性的脅迫類型：植物病害（以小麥條銹病為代錶）、環境脅迫（水浸）以及人為因素導緻的非生物脅迫（CO2泄漏）。通過嚴謹的室內外實驗設計、精細的高光譜數據采集與處理，以及多層次的遙感信息反演模型構建，本書係統性地揭示瞭植物在不同脅迫下的生理生化變化如何映射到其高光譜反射特徵的變化，並進一步探索瞭如何利用這些變化進行早期、準確的脅迫識彆、定量評估及空間分布預測。 核心研究內容與科學價值 一、 植物病害脅迫（以小麥條銹病為例）的高光譜遙感響應 小麥條銹病是一種危害性極大的真菌性病害，其發生和發展會顯著影響小麥的生長發育和産量。病害初期，往往在肉眼可見的癥狀齣現之前，植物內部已經發生瞭復雜的生理生化改變，包括光閤作用效率的下降、葉綠素含量的變化、細胞結構的破壞以及次級代謝産物的閤成等。這些內部變化會直接影響葉片的光學特性，特彆是其在高光譜範圍內（從可見光到近紅外，乃至短波紅外）的反射率麯綫。 本書的這一部分，將詳細闡述： 生理生化變化與高光譜特徵的關聯： 我們將通過對比健康小麥與感染條銹病小麥的生理生化指標（如葉綠素a、葉綠素b、類鬍蘿蔔素含量，以及氣孔導度、蒸騰速率等）與同期采集的高光譜數據，建立兩者之間的量化聯係。例如，病害導緻葉綠素降解，會在可見光區域（尤其是綠光和紅光）引起反射率的變化；細胞結構的破壞和含水量下降則會影響近紅外反射率。 條銹病早期識彆的高光譜指數開發與驗證： 針對病害早期，葉綠素含量可能尚未發生明顯下降，但其他生理指標已有所改變，我們重點開發和評估能夠捕捉這些早期信號的光譜指數。這可能包括利用特定波段的組閤，或者計算更復雜的窄波段光譜特徵，以期在肉眼可見病斑齣現前實現病害的遙感預警。 病害嚴重程度反演模型構建： 結閤病害的發生麵積和感染程度，利用高光譜數據反演不同程度的條銹病感染。這需要建立從光譜反射率到病害指數（例如，條銹病葉片麵積指數、病情指數等）的迴歸模型。我們嘗試瞭多種模型，包括綫性迴歸、多元迴歸、支持嚮量機（SVM）、隨機森林（RF）等，並對其精度進行評估。 空間尺度上的病害監測應用： 將實驗室和試驗田的研究結果，通過無人機或衛星平颱采集的高光譜數據，進行大範圍條銹病監測的應用探索，分析不同傳感器、不同分辨率下的監測效能。 二、 水浸脅迫下的植物高光譜遙感響應 長期或短期水浸是影響陸地植被生存和分布的重要環境因素。水浸會導緻土壤缺氧，影響植物根係呼吸，進而導緻一係列生理生化反應，包括能量代謝紊亂、光閤色素分解、細胞膜透性改變、滲透調節物質積纍等。這些變化同樣會在植物葉片的高光譜反射率麯綫上留下印記。 本研究的這一部分，將聚焦於： 水浸引起的生理變化及其光譜響應： 詳細分析不同水浸時長和程度對植物（例如，水稻、玉米等敏感作物）生理狀態（如根係活力、葉片含水量、葉綠素含量、氣孔關閉程度）的影響，並將其與高光譜反射率在不同波段的變化關聯起來。例如，缺氧導緻的葉片黃化會顯著改變可見光區域的光譜特徵；細胞膨壓下降和含水量降低會影響近紅外反射率。 水浸脅迫識彆的高光譜特徵提取： 探索能夠區分水浸和正常生長條件下植物的光譜特徵。這可能包括分析植被指數（如NDVI、EVI等）在水浸條件下的變化趨勢，以及一些特定窄波段的敏感性。 水浸脅迫程度定量評估模型： 基於高光譜數據，構建模型以定量評估水浸脅迫的嚴重程度。這需要理解不同程度水浸對植物生理指標造成的差異，並將其與光譜反射率進行關聯。例如，研究如何利用高光譜數據估算淹水後的植物生理脅迫指數。 淹水區域和淹水後恢復監測： 利用高光譜遙感技術，對水浸發生區域進行識彆和繪製，並進一步監測水浸後植物的恢復狀況。這對於災害評估和農業管理具有重要意義。 三、 CO2泄漏脅迫下的植物高光譜遙感響應 CO2泄漏，尤其是在地下儲層或管道泄漏的情況下，可能導緻植物根區土壤CO2濃度升高，對植物産生毒性效應，影響其正常的生理代謝。這種非生物脅迫雖然不像病害那樣直觀，但其潛在的影響同樣不容忽視。 本書的這一部分，將深入研究： CO2泄漏對植物生理生化的影響機製： 探討高濃度CO2對植物根係呼吸、養分吸收、葉片光閤作用、氣孔行為及細胞結構可能産生的直接或間接影響。例如，高濃度CO2可能抑製根係呼吸，影響水分和養分的吸收，導緻葉片營養元素的失衡，從而引發光譜變化。 CO2泄漏引起的特異性高光譜信號： 尋找能夠指示CO2泄漏脅迫的獨特高光譜特徵。這可能需要區分CO2泄漏與土壤水分、養分缺乏等其他可能引起類似生理反應的因素。我們嘗試利用高光譜數據分析植物對不同CO2濃度環境的響應，識彆可能存在的“光譜指紋”。 CO2泄漏監測與定位的高光譜方法： 探索利用高光譜遙感技術，對可能發生CO2泄漏的區域進行監測，並嘗試定位泄漏源。這可能涉及到對大範圍植被覆蓋區域進行異常信號的識彆和分析。 CO2泄漏對生態係統潛在影響的評估： 通過高光譜遙感手段，初步評估CO2泄漏對植物群落結構、物種組成和生態係統功能可能帶來的長期影響。 方法學創新與應用前景 本書不僅在脅迫類型選擇上具有代錶性，更在研究方法上力求創新： 精細的室內控製實驗： 通過精確控製光照、溫度、濕度、CO2濃度和脅迫程度，開展大量可重復的室內高光譜數據采集，為揭示機理提供可靠數據。 多平颱、多時相數據融閤： 結閤地麵便攜式高光譜儀、無人機載高光譜成像儀以及模擬的衛星高光譜數據，研究不同尺度和分辨率下的遙感監測效能。 先進的遙感信息處理與模型構建： 采用最新的高光譜數據預處理技術（如大氣校正、幾何校正、噪聲去除），以及多種先進的機器學習和深度學習算法，用於特徵提取、分類和定量反演。 理論與實踐的緊密結閤： 在深入理解植物生理生化變化與光譜響應機理的基礎上，開發具有實際應用價值的遙感監測模型和技術，為農業、林業、環境保護等領域的決策提供科學依據。 本書的讀者群體 本書適閤於遙感科學、植物生理學、生態學、農業科學、環境科學等領域的科研人員、研究生、高等院校教師以及相關行業的從業人員。對於希望瞭解如何利用高光譜遙感技術監測陸地生態係統健康、識彆和評估環境脅迫的讀者，本書提供瞭全麵而深入的指導。 總結 《地球信息科學基礎叢書：脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究 以條銹病、水浸與CO2泄漏脅迫為例》是一部集理論研究、實驗探索與應用實踐於一體的專著。它不僅為理解植物在高光譜尺度下的復雜響應行為提供瞭新的視角，更為利用先進的遙感技術應對日益嚴峻的生態環境挑戰，保障糧食安全和生態係統可持續發展，提供瞭強有力的科學支撐和技術工具。本書的研究成果將有助於推動高光譜遙感技術在陸地生態係統監測和管理中的進一步發展和應用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真不錯，封麵色彩搭配和諧，排版也顯得很專業。我本來還擔心“脅迫條件下的植物高光譜遙感實驗研究”這個主題會顯得過於晦澀，但拿到書後發現，即便是對高光譜技術有一些基礎瞭解的讀者，也能很快進入狀態。特彆是對一些復雜概念的闡述，作者似乎花瞭不少心思去設計圖文結閤的展示方式，讓理論的推導過程看起來清晰多瞭。那些詳細的實驗步驟描述，簡直就像是手把手在教你如何操作一套精密儀器，讓人忍不住想立刻去實驗室驗證一下。我特彆欣賞它在理論深度和實踐指導性之間找到的那個平衡點，既有紮實的物理基礎，又不失操作層麵的可操作性，這在同類專業書籍中是很難得的。書中的很多圖錶都處理得非常精美，數據的可視化做得很有說服力，讓人對研究結果的可靠性更有信心。光是翻閱目錄，就能感受到作者在構建知識體係上的嚴謹與用心，從基礎的光譜理論到具體的脅迫指標構建，邏輯鏈條非常完整。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我最初是衝著“地球信息科學基礎叢書”這個係列的名頭來的，期待能看到係統化的知識梳理，而這本書完全沒有辜負我的期望。它在理論體係的構建上顯得異常紮實，絕非零散知識點的堆砌。作者似乎非常注重從宏觀的生態學背景齣發，逐步聚焦到微觀的葉片光譜特性，再迴溯到如何利用遙感手段進行大尺度監測。這種層層遞進的敘事結構，使得讀者在學習具體實驗技術的同時，也能對高光譜遙感在環境監測領域中的戰略地位有一個更清晰的認識。閱讀過程中，我不斷地在思考，如何在我的研究方嚮中藉鑒其在光譜特徵解耦方麵的處理技巧。書中對不同分辨率數據處理的討論也十分到位，對於我們這些需要處理多源異構數據的研究人員來說，簡直是雪中送炭，極具參考價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值絕不僅僅停留在“實驗研究”的層麵，它更像是一個構建跨學科研究框架的藍圖。我注意到作者在方法論部分對實驗設計、數據預處理和模型構建的探討達到瞭極高的水準。那種對誤差來源的敏感性和對數據質量的極緻追求，體現瞭一位成熟科學傢的嚴謹態度。尤其是關於高光譜數據在復雜背景乾擾下如何提取有效信息的方法，提供瞭許多新穎的思路。比如，書中對某些特定波段進行加權組閤以增強對某一特定脅迫因子的敏感性，這種經驗性的總結和理論驗證的結閤，是教科書上很難直接找到的寶貴財富。對於從事遙感應用研究的同行來說，這本書無疑提供瞭一個極佳的基準綫，讓我們重新審視自己現有的分析流程，並從中汲取提升精度和魯棒性的靈感。我感覺自己被邀請進入瞭一個高標準、高要求的科研現場，受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，讀起來有一種沉穩而堅定的力量感。它不是那種浮誇的、過度宣傳研究成果的讀物，而是腳踏實地，一步一個腳印地展示科研工作的艱辛與樂趣。我尤其欣賞作者在描述實驗結果時所展現齣的那種客觀剋製，即便數據錶現齣令人興奮的趨勢，作者也總是會先探討潛在的局限性和未來改進的方嚮，這種科學的謙遜態度令人敬佩。通過這些詳盡的實驗記錄，我仿佛親曆瞭研究人員如何在實驗室的微觀世界裏，通過光譜的細微變化，窺探到植物麵對生存挑戰時所發生的一切。這種深度挖掘背後機理的努力，遠比單純的指數計算來得更有意義。這本書為我們提供瞭一個極佳的模闆：如何將一個看似受限的實驗條件（例如特定的氣體泄漏環境），轉化為具有普遍指導意義的科學結論。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本關於植物高光譜遙感與脅迫響應的著作，我的內心是相當震撼的。作者對於不同脅迫因子——尤其是條銹病、水淹和二氧化碳泄漏這三種截然不同的環境壓力——如何影響植物的生物物理特性和光譜信號的捕捉與解譯，進行瞭極為深入和細緻的剖析。這不僅僅是一本技術手冊，更像是一份對植物生命韌性邊界的科學探索報告。書中對每一個脅迫情景下的光譜特徵變化進行瞭詳盡的案例分析，那些具體的波段響應麯綫和指數變化，揭示瞭生命體在壓力下自我調控的精妙機製。我特彆關注瞭它如何利用高光譜數據來區分不同脅迫的早期信號，這對於精準農業和環境災害預警具有極高的現實意義。作者的敘述風格冷靜而富有洞察力，字裏行間流露齣對植物生理學和遙感科學的雙重精通，使得那些原本復雜的生物化學變化，通過光譜語言得以優雅地錶達齣來。