利用归一化植被指数评价酿酒葡萄生长状况的研究

目的、材料与方法

葡萄的生长势通常被看作是显著影响果实产量和质量的重要因素。由于微生态环境条件如土 壤状况、气候条件等的差异 , 即使栽培于同一地块上的同一品种的葡萄 , 其生长势也可能存在较大的差异 , 导致显著影响独立发酵单元内原料质量均一性和葡萄酒品质。了解栽培地块内的葡萄生长势差 异和确定与之相适应的栽培管理技术措施 , 是提高葡萄原料品质的重要基础工作。然而,人工调查地块内所有单株的生长势差异 , 劳动力需求量大、成本高。基于地物光谱特性的遥感技术的归 一化植被指数 (NDVI) 成功应用于大范围葡萄生长势观测, 但是采用该技术对同一地块内葡萄树体生长势进行评价的研究报道在世界范围仍然很少。本文报道了利用 NDVI评价同一地块内生长的葡萄生长势差异的研究结果 , 以期为采用基于地物光谱特性的遥感技术快速、准确、低成本地评价葡萄生长状况提供依据。本试验于 2002年4～8月在法国波尔多的玛歌 (Margaux) 产区 Palmer酒庄的葡萄园进行。品种为赤霞珠和梅鹿辄 (Vitis vinifera)。株行距 1 m ×1 m, 采用居约特式 ( Guyot) 整枝方式 , 篱架高 112 m, 试验地块内采用相似的栽培管理技术。选择3个地块 , 并根据多年葡萄生长状况将每一地块内葡萄生长势划分为强、中、弱等不同区域 , 每个区域内选定4个小区进行研究 (即 4次重复 ) , 试验区及小区分布具体情况见表 1。

每个小区内随机选择6株进行研究。5月22日～8月13日(新梢停止生长期) 对每株选定1个新梢 (不摘心和不去副梢) 分8次测量新梢长度动态 ; 分别在花期 (6月6日)、封穗期 (7月25日) 和果实转色期 (8月13日) 测定了葡萄叶片叶绿素指数 (N-Tester指数)  ; 8月13日测定所有试验树上的所有新梢和副梢的长度,并根据 y=20.074x + 326.42 (梅鹿辄) 和y=20.73x-695.31 (赤霞珠) 计算单株叶面积〔y为单株叶面积 (cm2) , x为所有一次新梢和副梢的长度总和 (cm);7月23日清晨叶面露水消退后,每株树选择2片成熟叶片 , 套在外层为锡箔纸内层为黑色塑料的袋内, 利用压力室法测定叶柄午间水势 ; 7月22日正午, 选用直升飞机作为遥感平台,使用24×36mm, f=35～105mm相机加装黄色滤光片 (12号) 和柯达EIR胶片作为传感器 , 拍摄每一试验地块的彩红外图像 ; 同时 , 使用 24 ×36 mm, f = 35～80 mm的相机和普通200ASA胶片作为传感器 , 拍摄每一试验地块彩色图像。所获得的图像正片,利用扫描仪在1950dpi分辨率下扫描 , 在256灰度下分解彩红外图像(红色对应红外 , 绿色对应红色 ) , 采用图像处理软件获取观测对象的 NDVI。进行方差分析以及相关性分析 , 在 Excel中对 NDVI与葡萄长势田间观测结果进行回归分析。

结果分析与讨论

2.1 树体的营养生长状况

赤霞珠和梅鹿辄同一地块内不同生长势的植株整个生长季节里新梢日平均生长速度在强树和 中庸树与弱树间存在显著差别,但强树与中庸树之间差异不显著 (表2)。研究不同树势的植株在整个季节里的新梢生长动态, 图1表明,两个品种生长势强的树,除在同一日期其日平均生长速度 显著高于弱树外，其新梢生长期也显著长于弱树。所有地块内的赤霞珠和梅鹿辄不同树势植株的新梢长度单株叶面积与新梢日平均生长速度表现一致 (表 2)。生长势强和中庸的植株新梢长度和单株叶面积显著高于弱树,但在生长势强和中庸的植株之间差异不显著。生长势强植株的 N-Tester指数显著高于弱树,但在8号地的中庸树 N-Tester指数显著低于生长势强的植株,但与弱树之间差异不显著 (表 2)。对树体水势的研究结果表明, 3个地块中只有8号地内不同生长势植株间有显著的差异:生长势强的树中庸树其树体水势显著高于弱树; 其他两块地树势间无显著差异。

图 1 不同生长势植株新梢生长动态 图中数字表示地块 ; V、M和 W分别代表强、中和弱树

2.2 归一化植被指数NDVI

生长势强的树NDVI显著大于弱生长势树,而对于8号地块,强生长势树与中庸树之间的NDVI 差异不显著(表 2)。观测对象的NDVI在地理信息系统进行可视化处理的结果见图 2。可以 看出,该图像能明显地把生长势强的小区与生长势弱的小区区分开来: 生长势强的小区红色更深 (图中的红线框内的区域) , 而生长势弱的小区蓝色更深 (图中的蓝线框内的区域 )。

图 2 试验地块1（左）、57（中）、8（右）归一化纸杯指数图

2.3 归一化植被指数NDVI与树体营养生长状况之间的关系

进一步对 NDVI与葡萄各营养生长指标之间的相关性分析结果表明 , NDVI与葡萄植株新梢的日平均生长速度(y=54.97x+16.42,r2= 0.43)、新梢最终长度 (y=473.5x + 190.3，r2= 0.343)、单株叶面积 (y=2.93x+0.92, r2=0.46)及指数 N-Tester ( y=295.8x+ 392.6, r2= 0.52 ) 之间均存在显著的直线正相关关系。但是,在NDVI与树体水势之间不存在显著的相关关系。

总结

应用遥感技术测定 NDVI能快速评价葡萄生长势的差异 , 为确定与之相适应的栽培管理技术决策提供依据 , 其结果数据可以更好地与越来越广泛的机械化操作相适应 , 从而提高酿酒葡萄原料质量均一性 , 保证获得高品质的葡萄酒。这一技术在未来葡萄生产中使用具有广阔的前景。