ارزیابی قابلیت طیف‌سنجی بازتابی در برآورد میزان کلروفیل و نیتروژن گندم

کلروفیل و نیتروژن برگ، به‌دلیل نقش مهمی که در فتوسنتز دارند، از شاخص‌های بیولوژیک مهم وضعیت فیزیولوژیک گیاهان به‌شمار می‌روند. توانایی در کمّی‌سازی میزان کلروفیل و نیتروژن می‌تواند اطلاعات مهمی در زمینه فعالیت‌های کشاورزی دقیق، برنامه‌ریزی مدیریت منابع گیاهی و کشاورزی، و مدل‌سازی خدمات و قابلیت‌های تولید اکوسیستم تهیه کند. هدف از این مطالعه ارزیابی قابلیت شاخص‌ها، به‌منظور تخمین میزان کلروفیل و نیتروژن گندم، با استفاده از داده‌های طیف‌سنجی در سطح تاج‌پوشش و همچنین تعیین مناسب‌ترین نواحی طیفی و پدیده‌های جذبی است. این پژوهش در محیط گلخانه انجام شد و اندازه‌گیری طیفی با دستگاه طیف‌سنج fieldspec3asd صورت گرفت. چهار شاخص باریک باند گیاهی، در قالب دو دسته شاخص‌های نسبتی (ndvi، rvi و dvi) و شاخص تعدیل‌کننده تاثیر خاک (savi2) برای بازتاب طیفی و مشتق اول طیف برای کل نمونه‌ها، محاسبه و نتایج آنها مقایسه شد. پارامترهای عمق باند ماکزیمم، طول موج عمق باند ماکزیمم، مساحت، چولگی و پهنای کامل در نصف مقدار بیشینه، درمورد هفت پدیده‌ جذبی محاسبه و همبستگی این شاخص‌ها با غلظت کلروفیل و نیتروژن گندم بررسی شد. نتایج نشان دادند، درصورتی‌که از طیف بازتابندگی استفاده شود، شاخص savi2 ارتباطی قوی‌تر (12/0 =rmse، 0/85=r2) از دیگر شاخص‌ها با میزان کلروفیل نشان می‌دهد و درمورد شاخصndvi  نیز، این ارتباط قوی‌تر (0/30 =rmse، 0/69=r2) از شاخص‌های دیگر با میزان نیتروژن خواهد بود؛ در حالی‌ که با استفاده از مشتق اول بازتاب طیفی شاخص ndvi نتایج بهتری ارائه می‌دهند. مساحت و عمق محدوده جذبی 760-430 نانومتر برای مطالعه میزان کلروفیل و نیتروژن گندم بهترین شاخص‌ها محسوب می‌شوند.

Evaluating Capability of Reflectance Spectrometry for Estimating the Wheat Chlorophyll and Nitrogen

Leaf chlorophyll and nitrogen, due to their important role in photosynthesis are among the major biological parameters of plant physiological status. The ability to quantify chlorophyll and nitrogen can provide important information for precision agricultural activities, plant and agricultural resource management planning, and modeling ecosystem services and production capabilities. This study aimed to assess the capability of indices for estimating the amount of chlorophyll and nitrogen in wheat using spectral data at the canopy level and also determine the most suitable spectral regions and absorption features for this purpose. This research was carried out in a greenhouse environment and the spectroscopic measurements were performed using ASD Fieldspec3 fullrange spectral spectroradiometer. Four plant band indices were classified into two groups of ratio (NDVI, RVI, and DVI) and soilbased indices (SAVI2) for the raw spectrum and the first derivative of the spectrum for the total samples, and the results were compared. The parameters of position, depth, area, asymmetry and width were calculated for seven absorption features extracted from continuumremoved spectra, and the correlation of these indices with chlorophyll and nitrogen content of wheat was examined. The results showed that SAVI2 had a stronger correlation (RMSE = 0.12, R2 = 0.85) with the chlorophyll content NDVI (RMSE=0.30, R2=0.69) had a higher correlation with the nitrogen content, while using the first derivative with NDVI provided better results. Moreover, area and depth parameters of 430760 nm absorption spectrum were the best indicators for estimating the amount of chlorophyll and nitrogen in wheat, respectively.