基于光谱指数的蜜柚叶片镁素含量多种估算模型比较研究
栗方亮
孔庆波
张青
福建省农业科学院资源环境与土壤肥料研究所·福建省植物营养与肥料重点实验室,福州 350013
摘要：[目的]镁(Mg)素作为植物体内重要中量元素之一,对蜜柚生长非常重要,基于光谱指数构建蜜柚叶片Mg元素含量估测模型,能够为叶片Mg素含量的快速无损诊断提供新方法.[方法]对蜜柚叶片原始及一阶导数光谱特征波段和光谱特征指数加以分析提取,据此建立叶片Mg素含量估算的多模型,包括光谱指数单变量模型、偏最小二乘(PLS)、反向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM)等多元模型,并通过模型精度评价和比较分析,最终确定最优的蜜柚叶片Mg素含量光谱估算模型.[结果]蜜柚叶片原始光谱与Mg素含量虽呈负相关但不显著,而一阶导数光谱与Mg素含量有多波长达到显著正或负相关.以单个光谱指数RSI'880,900、NDSI'720,900、NDSI'730,900、NDSI'850,900、RSI'720,900、DSI'360,900、RSI'730,900估测蜜柚叶片Mg素含量,各估测模型决定系数R2为0.37～0.44,可见单个光谱指数估测效果不佳.因此挑选相关性相对理想的指数来建立PLS、BPNN、RF和SVM估算模型,这些模型对叶片Mg素含量估算的R2依次为0.64、0.65、0.85和0.72,均方根误差(RMSE)依次为0.44、0.41、0.37和0.39.验证模型R2依次为0.61、0.66、0.89 和 0.70,RMSE 依次为 0.48、0.46、0.34 和 0.43,其估算模型精确程度为 RF＞SVM＞BPNN＞PLS.[结论]对比4种光谱模型对蜜柚叶片Mg素含量的估算效果,RF模型在综合精度验证中优于PLS、BPNN和SVM模型.该结果为基于光谱技术的蜜柚叶片Mg素含量快速无损估测提供了可靠理论基础.
关键词：蜜柚镁素高光谱光谱指数估算模型
分类号：S666.3(果树园艺)
资助基金：福建省自然科学基金项目(2023J01362)福建省农业科学院对外合作项目(DWHZ-2024-16)中央引导地方科技发展专项(2023L3022)
论文发表日期：2025-09-10
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 2192-2203 )
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