光谱是如何监测水稻病害的

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遥感技术是一种远距离、在不直接接触目标地物的情况下，通过接收目标物体的反射或辐射电磁波探测地物波谱信息，并获取目标地物的光谱数据与图像的技术。目前遥感技术已经被广泛应用于作物病虫害研究领域。作物受病虫害胁迫时会表现出不同形式的光谱响应，而遥感监测的本质是要捕捉这种光谱变化，进而分析作物是否受到病虫害侵染、侵染的程度以及侵染的阶段。

植物叶片光谱特征的形成是由于植物叶片中化学组分分子结构中的化学键在一定电磁波辐射条件下，吸收特定波长的辐射能，产生了不同的光谱反射率结果。植物的反射光谱特征主要是由叶片的叶肉细胞、叶绿素、水分和其他生物化学成分对光线的吸收和反射形成的。在不同的波段，植物反射光谱曲线具有不同的形态和特征，它是物体表面粒子结构、粒子尺度、粒子的光学性质、入射光波长等参数的函数。图1为典型的绿色植物反射光谱，在可见光区域（400nm-700nm），植物叶片的反射和透射都很低，存在两个吸收谷和一个反射峰，即450nm处的蓝光、550nm处的绿光和650nm处的红光。吸收谷是色素强烈吸收造成的，在短波近红外区域（700nm-1300nm）呈强烈反射，是因为叶肉内海绵组织结构有很多大反射表面的空腔，且细胞内的叶绿素呈水溶性胶状态，具有强烈的红外反射。

在可见光谱段内的低谷，植物的光谱特性主要受叶片中以叶绿素为主的各种色素支配。由于色素强烈吸收蓝光和红光而相对反射绿光，因此人们对健康植物的视觉效果是绿色的。在近红外谱段内，典型植物的叶片反射及透射能相近，各占入射能的45%-50%，而吸收能量大多低于5%。在740nm附近，反射率急剧增加，形成了近红外高原区。这主要是由于植物叶片的细胞壁和细胞空隙间折射率不同，导致多重反射而引起的。在短波红外谱段内，植物的入射能基本上均被吸收或反射，透射极少。植物的光谱特性受叶片总含水量影响，叶片的反射率与叶内总含水量呈负相关，即反射总量是叶内水分含量及叶片厚度的函数。

随着植物的生长发育或受病虫害胁迫水分亏缺状态的不同，生理学上会发生变化，水分亏缺会限制蒸腾作用，叶片表面蒸腾水分减少会限制冷却作用，从而使叶片温度上升。植被病原体引起的植被细胞结构内部的变化可能改变叶片颜色。尤其是叶绿素等色素的浓度下降，叶绿素在蓝、红波段的吸收减少，反射增强，特别是红光反射率升高，绿色视觉效果就会减弱，以致于植物转为黄色，导致叶片的光谱特性发生变化。