为了明确不同生育时期进行玉米氮素营养诊断的叶片层位, 建立准确稳健的玉米氮素营养诊断模型, 以达到合理追施氮肥, 提高氮肥利用率的目的。 试验采用单因素盆栽试验设计, 以玉米（郑单958）为研究对象, 应用高光谱技术, 分析了不同氮营养水平下不同生育时期不同层位玉米叶片的氮含量分布和变化规律及光谱响应特征; 并依据叶片氮含量与光谱反射率的相关关系, 叶片氮含量与全波段(400～2 000 nm)任意两两波段组合构建的比值光谱指数(RSI)的回归关系, 初步确定了不同生育时期进行氮素营养高光谱诊断的目标叶片, 筛选出最优的比值光谱指数, 建立了叶片氮素含量估算模型。 结果表明: 玉米叶片氮含量: 上层>中层>下层; 随着玉米的生长, 在低氮条件下上层叶片氮含量呈先减少后增加（追肥）再减少趋势, 在高氮条件下呈减少趋势, 中下层叶片氮含量呈递减趋势。 六叶期下层玉米叶片光谱反射率敏感范围较大, 相关性较强; 九叶期和灌浆期上层玉米叶片的光谱反射率敏感范围较广, 相关性较强; 开花吐丝期中层叶片的光谱反射率敏感范围较大, 相关性较强。 六叶期选取下层叶作为诊断目标叶, 选取最佳比值光谱指数RSI(1 811, 1 842)建立线性估算模型, 九叶期和灌浆期选取上层叶片作为诊断目标叶, 选取的最佳比值光谱指数分别为RSI(720, 557), RSI(600, 511)建立线性估算模型, 开花吐丝期选取中层叶片作为诊断目标叶, 选取比值光谱指数RSI(688, 644)建立线性估算模型。 研究结果可为快速准确地利用光谱技术进行玉米叶片氮素营养诊断提供理论依据。

农作物在受到重金属污染以后, 会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量, 从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。 人和动物如果食用了污染的农作物以后, 会有致命的伤害。 高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。 重金属污染下的农作物叶片的光谱变化很微小, 传统的监测方法和常规的光谱特征参数很难将光谱之间的微弱差异区别开, 目前高光谱遥感应用是研究的重点和难点。 通过设置不同浓度的Cu2+和Pb2+胁迫下玉米盆栽实验, 采集玉米叶片的光谱数据、 叶绿素的相对含量以及重金属Cu2+和Pb2+的相对含量。 提出了包络线去除(CR)、 光谱相关角(SCA)、 光谱信息散度(SID)以及正切函数(Tan)和兰氏距离(LD)相结合的LD-CR-SIDSCAtan模型, 将其与传统的光谱测度方法, 如光谱相关系数(SCC)、 光谱角(SA)、 光谱角正切(DSA)、 光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAMtan)、 光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGAtan)和常规的光谱特征参数, 如红边最大值(MR)、 绿峰高度(GH)、 红边一阶微分包围面积(FAR)、 红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、 蓝边(DB)、 红谷吸收深度(RD)相比较, 验证了该模型的优越性和可行性。 并且将LD-CR-SIDSCAtan模型应用于不同浓度下Cu2+和Pb2+胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。 结果表明, LD-CR-SIDSCAtan模型实现了重金属Cu2+和Pb2+污染的定性分析, 能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息, 波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu2+和Pb2+相对含量显著相关, 也分别找到了重金属Cu2+和Pb2+胁迫下的光谱响应波段。 在测度光谱数据的整个波段区间范围, 模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值更加明显; 在模型值为正值时, 如果数值越大, 光谱的差异性也越大。 因此, 随着重金属Cu2+和Pb2+浓度的增加, 光谱的差异增大, 意味着重金属Cu2+和Pb2+污染程度更为严重; 玉米植株受到重金属Cu2+胁迫污染, 在测度光谱数据的局部子波段区间范围时, “蓝边”、 “红边”、 “近谷”、 “近峰B”处对重金属Cu2+胁迫污染响应特别的敏感, 可以作为监测重金属Cu2+污染程度的有效波段; 当玉米植株受到重金属Pb2+胁迫污染时, 在“紫谷”、 “蓝边”、 “黄边”、 “红谷”、 “红边”、 “近峰A” 处对重金属Pb2+胁迫污染响应特别的敏感, 可以作为监测重金属Pb2+污染程度的有效波段。 最后通过LD-CR-SIDSCAtan模型的应用结果与玉米叶片中Cu2+和Pb2+含量进行线性拟合分析, 从而反演和预测了重金属Cu2+和Pb2+对玉米植株的污染程度。

脉冲电场(pulsed electric field, PEF)对作物抗旱性的影响是电场生物学效应研究的重要课题, 作物叶片延迟荧光动力学参数可以从不同角度灵敏地反映叶片细胞光合系统发生的变化。 为了从活体细胞角度揭示脉冲电场对作物幼苗抗旱性的影响及其机理, 使用频率为1 Hz、 场强为200 kV·m-1、 脉宽为80 ms的PEF处理萌发玉米种子, 再采用渗透势为-0.1 MPa的PEG-6000溶液形成干旱胁迫, 研究了玉米幼苗生长过程中叶片干质量和LED诱导的叶片延迟荧光动力学参数的变化。 结果发现, 在-0.1 MPa的PEG-6000溶液形成的干旱胁迫下, 玉米幼苗叶片干质量逐渐增加, 经过PEF处理的玉米幼苗叶片干质量大于对照, 相对增长率在5.8%～18.7%之间(p＜0.05)。 叶片延迟荧光动力学分析显示, 干旱胁迫下玉米幼苗叶片延迟荧光动力学参数初始光子数I0、 相干时间τ、 衰减参数β和延迟荧光积分强度I(T)都发生了波动性的变化, 这些变化是叶片细胞对干旱胁迫的适应性反应, PEF处理使玉米幼苗叶片延迟荧光各动力学参数和延迟荧光积分强度均明显大于对照组, 表明PEF处理使玉米幼苗叶片细胞的光合潜力、 组织序性和功能分子之间的相互作用都有所加强, 叶片综合光合能力提高了。 研究结果为阐明PEF对作物幼苗抗旱性的影响及其机理提供参考。

以两年完整生育期玉米田间试验为基础, 利用便携式地物光谱仪和叶绿素仪（SPAD-502）分别测定了叶片高光谱数据和叶绿素含量（SPAD）, 在两者相关分析的基础上, 选取多种光谱参数分别构建了每年的叶片SPAD预测模型, 并对模型进行了详细的验证和评价。结果表明: 两年间叶片光谱反射率及其一阶导数的平均值曲线差别很小; 两年间叶片SPAD与光谱反射率及其一阶导数的相关系数曲线的敏感区域基本相同; 以一阶导数为光谱参数构建的预测模型效果不稳定; 以LCI和DSI（R550附近, R680附近）和DSI（R680附近, R710附近）构建的预测模型效果良好, 能有效预测玉米叶片SPAD。

以不同施肥水平下两年玉米田间试验为基础, 利用高光谱技术探讨大喇叭口期不同层次玉米叶片光谱响应的敏感区域, 并依据叶片氮素含量与原始光谱反射率及其一阶导数的相关性, 最终构建了叶片氮素含量的预测模型。 结果表明: 不同施肥水平下叶片光谱反射率差别明显区域集中在550 nm附近波段、 761～1 300 nm波段, 不同层次间叶片光谱反射率差别明显区域集中在550 nm附近波段, 叶片氮素含量与470～760 nm波段光谱反射率及其一阶导数呈极显著相关。 经过对比筛选, 以光谱指数DSI(564, 681)和DSI(681, 707)构建的指数预测模型效果最好, 预测精度达93.43%和93.39%, 能有效估测叶片氮素含量。

为了探索玉米(Zea mays L.)叶片反射光谱时间变化规律, 对21个叶位的玉米叶片进行了每天一次的反射光谱测量, 获得了玉米活体叶片整个生命周期反射光谱数据1 261条。 在此基础上采用光谱相关图方法, 对400～960 nm的可见光、 近红外波段的玉米叶片反射光谱进行分段拟合, 获得了7个表征玉米叶片反射光谱时间变化规律的拟合参数, 并对这7个参数的时间变化趋势采用二元二次多项式进行拟合。 结果表明该方法对单片叶片反射光谱的拟合效果非常理想, 其中98.7%的叶片反射光谱拟合复相关系数r大于0.99, 80.9%的叶片反射光谱拟合均方根误差RMSE小于0.001 5。 将所有数据的拟合结果与原始数据进行比较, 复相关系数r为0.9978, 均方根误差RMSE为0.010 5, 拟合结果表明该方法较好地保持了反射光谱时间变化的趋势, 能够充分利用叶片反射光谱的相关性, 有效地表征玉米叶片反射光谱随时间变化的规律。