Введение к работе
Актуальность разработки дистанционных оптических методов определения состояния растительно-почвенных объектов обусловлена проблемами экологического мониторинга окружающей среды, а также задачами сельскохозяйственного производства, нуждающегося в объективной и оперативное информации о состоянии посевов.
Наиболее развитыми является дистанционные спектральные метода, использующие данные о спектрально» распределении параметров электромагнитного излучения, рассеянного природными объектами. Эти метода можно подразделить на использующие широкие и узкие спектральные каналы. Обычно сведения о исследуемом объекте содержатся в совокупности: амплитудных,фазовых, частотных , угловых характеристик отраженного излучения* Однако для шнрококанальных методов характерно использованне в первую очередь- непосредственно амплитудной, информации (коэффициентов отражения и их-комбинаций), в тоже время узкоканальные методы отличает возможность использования спектральных особенностей кривых коэффициентов отражения исследуемых объектов.
Применение методов , использующих узкие спектральные каналы , позволяет использовать производные разных порядков от коэффициентов отражения.Такое представление информации имеет ряд преимуществ: 1. Процедура дифференцирования позволяет ослабить влияние нежелательных шумов ,в частности, влияние отражательной способности почва на спектр отражения растительности. 2. Используя спектральные особенности различных компонент,составляющих сложный спектр исследуемой земной поверхности, можно выделить интересующую компоненту и связать ЄЄ" с параметрами исследуемого обьекта. 3.Методы , использующие узкие спектральные каналы по сравнению с пшрокополосными позволяют использовать более полно частотные характеристики для определения состояния исследуемого обьекта.
Все это привело к необходимости исследования связей между, амплитудно-частотными и биометрическими характеристиками сложных растительно-почвенных объектов, включающего лабораторные, натурные и модельные эксперименты, и разработки на их основе методик, оценки параметров состояния сложных растительно-почвенных систем.
Связь работы с научными программами.
Задачи, вошедшие в диссертацию.апределялись плановыми заданиями по темамгОптяка 3.02, Оптика 2.29.
Цель диссертационной работы заключалась в разработке методов оценки состояния растительно-почвенных систем по данным дистанционных спектральных измерений.
В диссертации необходимо решить следующие конкретные задачи
-
На основе проведения комплексных лабораторных, натурных экспер» ментов, а также математического моделирования выявить взаимосвяз: между спектральными характеристиками отраженного растительно-почвен ними объектами излучения и параметрами их состояния.
-
Разработать методики оценки состояния растительных объектов по спектральным данным.
Научная новизна работы заключается в следующем;
1. Впервые изучено взаимное расположение точек перегиба
спектральных кривых коэффициентов отражения и поглощения листьев
растений в зависимости от содержания хлорофилла и степени
перекрытия листьев. Показано, что существует два типа расположения
точек перегиба спектральных кривых коэффициентов отражения и
поглощения: а) положение точек перегиба спектральных кривых
коэффициентов отражения и поглощения совпадают, Ь) положение точек
перегиба спектральных кривых коэффициентов отражения и поглощения
смещены одна относительно другой.
2. Выявлены условия, при которых проективное покрытие влияет на по
ложение длинноволновой точки перегиба спектральных кривых коэффи
циентов отражения растительных покровов.
3.Впервые показано , что положение длинноволновой точки перегиба кривой отражения растительности может зависеть от углов наблюдения.
-
Установлены количественные взаимосвязи между производными от ко эффициентов яркости и индексом листовой поверхности (LAI) ил биомассы (М) зерновых культур. Найдены условия нахождения оптимальных длин волн, на которых следует проводить расчеты по оценке LAI М. Для адаптации данной методики к условиям Беларуси определен оптические постоянные для типичных почв Беларуси, являющиеся инвари антами к содержанию гумуса, влажности, степени обработки почвы.
-
Изучено влияние рада элементов инерального питания на спектр отражения картофеля, на основании чего предложены спектральные инде ксы для оценки содержания азота в листьях картофеля.
Основные положения выносимые на защиту;
-
Эффект смещения положения длинноволновой точки перегиба криво коэффициентов отражения в области 0.68-0.75 мкм, вызванный изменени величины проективного покрытия и углов наблюдения.
-
Увеличение величины сдвига положения длинноволновой точки переги ба кривой коэффициентов отражения растительного покрова, вызванно изменением количества растительности, при уменьшении содержани хлорофилла в листьях растений.
3. Методика оценки индекса листовой поверхности по величине первой производной спектральных коэффициентов яркости (СКЯ) растительного покрова, позволяющая уменьшить число наземных измерений и увеличить точность оценки индекса листовой поверхности.
Практическая значимость.
Результаты исследования структуры точек перегибов кривой отражения растительности могут быть положены в основу экспресс. - анализа состояния растительных покровов (количества растительности и содержания хлорофилла).
Предложенная методика оценки индекса листовой поверхности или биомассы по величине первых производных СКЯ растительности была использована при составлении прогноза урожайности зерновых культур.В настоящее время она принята к производственным испытаниям Минсельхозпродом Республики Беларусь.
Экономическая значимость полученных результатов заключается в том, что применение разработанного метода оценки индекса листовой поверхности (биомассы) приводит к сокращению материальных и трудовых затрат при составлении прогноза урожайности зерновых культур.
Апробация результатов работы.
Вошедшие в диссертацию результаты исследований докладывались на научной конференции при международной специализированной выставке "Оптическое, спектрометрическое и радиометрическое оборудование для экологического мониторинга" (г.Минск 1992 ), на всесоюзной конференции *' Дистанционное зондирование агропочвенных и водных ресурсов " (г.Барнаул Ї990 ), на всесоюзной конференции " Региональные биосферные и экологические исследования космическими средствами'' (г.Звенигород 1990 ).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ.включая 6 статей, 3 тезиса докладов в трудах конференций и 1 препринта РНТЦ *' Зкомир '* АНБ и ПС по экологии.
Личный вклад автора, диссертация отражает личный вклад автора.Научное руководство работой осуществлял В.Е.Плюта. Модельные расчеты СКЯ посевов по модели Нильсона-Кууска проведены Яновской Е.А. совместно с Чиберкусом D.H. Оценки содержания элементов минерального питания,хлорофилла,индекса листовой поверхности, биомассы проводились сотрудниками НИИ почвоведения и агрохимии и НИИ экспериментальной ботаники АН Беларуси.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал диссертации изложен на 128 страницах
машинописного текста и включает 38 рисунков, 8 таблиц и библиогра из 172 наименований.
