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作物生物量和冠层高度-激光雷达 Estimating Biomass and Canopy Height with LiDAR for Field Crop Breeding

文章来源: | 2020-01-09

地上生物量(above-ground biomass, AGB)是小麦育种中极具开发潜力的性状,与冠层高度(canopy height, CH)密切相关。然而,在育种计划中收集AGB和CH数据通常是费力和破坏性的,并且容易出现评估误差。因此,对育种家来说,测量这些性状很少是优先考虑的,特别是在育种选择的早期阶段。激光雷达(LiDAR)已被证明是一种能够从田间试验中收集小麦三维数据的传感器,并且有可能适合于小麦AGB和CH的客观、无损、高通量估算。

 

本文中,Walter J D C等研究了车载LiDAR在小麦AGB和CH无损估算中的应用,将激光雷达获得的估算结果与手动测量结果进行了比较,评估了LiDAR在育种计划中的适用性
表1本研究涉及的试验地点位置和详细信息

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图1 本研究使用的车载激光雷达系统,显示了吊臂系统和激光雷达传感器的安装位置。
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图2 点云收集与数据处理步骤
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图3 LiDAR冠层高度计算过程
研究结果显示,AGB与LiDAR投影体积(LPV)之间的相关性很强(r=0.86),CH与LiDAR冠层高度(LCH)之间的相关性也很强(r=0.94。在大多数测量中,LPV(H2=0.32-0.90)的遗传力大于或类似于AGB(H2=0.12-0.78)的遗传力。LCH(H2=0.41-0.98)和CH(H2=0.49-0.98)的遗传力水平相似。除此之外,当从相同或相反的行进方向收集LPV和LCH时,它们显示出高度可重复性。LiDAR扫描以每小时2400个图的速度收集,有可能将通量进一步提高到每小时7400个图。
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图4 LiDAR测量数据的重复性分析
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图5 LCH与CH之间的相关性分析
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图6 LPV和AGB之间的相关性分析

本文的研究证明了LiDAR具有无损收集高质量、高可重复性AGB和CH数据的能力,适用于育种和研究计划。

全文阅读

Walter J D C, Edwards J, McDonald G, et al. Estimating Biomass and Canopy Height with LiDAR for Field Crop Breeding. Frontiers in plant science, 2019, 10: 1145.


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