Estimating of SPAD Value for Jujube Leaves at Different Growth Stages Using Sentinel-2A Image

WANG Renjun; ZHENG Jianghua; LU Binbin; TUERXUN Nigela; LI Xiguang; LUO Lei

doi:10.13203/j.whugis20230065

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Estimating of SPAD Value for Jujube Leaves at Different Growth Stages Using Sentinel-2A Image

Photogrammetry and Remote Sensing | 更新时间：2026-11-05

- Estimating of SPAD Value for Jujube Leaves at Different Growth Stages Using Sentinel-2A Image
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 7, Pages: 1370-1381(2025)
- 作者机构：
  
  1.新疆大学地理与遥感科学学院，新疆乌鲁木齐，830046
  2.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉，430079
  3.新疆林业科学院现代林业研究所，新疆乌鲁木齐，830063
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20230065
  CLC： P237
- Received：16 May 2023，
  
  Published：05 July 2025
- 稿件说明：
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王仁军,郑江华,卢宾宾，等.利用Sentinel-2A数据估算不同生育期枣树叶片SPAD值[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(7):1370-1381.

WANG Renjun,ZHENG Jianghua,LU Binbin,et al.Estimating of SPAD Value for Jujube Leaves at Different Growth Stages Using Sentinel-2A Image[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(7):1370-1381.
王仁军,郑江华,卢宾宾，等.利用Sentinel-2A数据估算不同生育期枣树叶片SPAD值[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(7):1370-1381. DOI：10.13203/j.whugis20230065

WANG Renjun,ZHENG Jianghua,LU Binbin,et al.Estimating of SPAD Value for Jujube Leaves at Different Growth Stages Using Sentinel-2A Image[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(7):1370-1381. DOI：10.13203/j.whugis20230065

摘要

准确估算枣树叶片叶绿素含量不仅能反映其长势及营养状况，还能为田间管理提供科学依据。以枣树展叶期、坐果期及成熟期叶片为研究对象，旨在评估利用哨兵2号（Sentinel-2）A星数据估算枣树叶片相对叶绿素含量(soil plant analysis development，SPAD)的潜力。基于5种典型植被指数框架，利用Sentinel-2A数据的10个波段两两组合构建光谱指数，将构建的光谱指数与实测SPAD值进行相关性分析，通过相关系数筛选最优光谱指数。利用最优光谱指数，分别采用多元线性逐步回归模型(multiple linear stepped-regression model，MLSR)、支持向量机回归模型(support vector machine regression model，SVR)和随机森林回归模型(random forest regression model，RFR)建立SPAD值估算模型，以决定系数

和均方根误差(root mean square error，RMSE)作为模型评价指标，评估筛选出估算枣树叶片SPAD值的最优模型。结果表明：(1) 3个生育期优选的5种最适光谱指数主要由红波段、红边波段和近红外波段组成，且成熟期优选的5种光谱指数与SPAD值相关性最高，均通过0.01的显著性水平检验，相关系数的绝对值均大于0.37；(2) 3个生育期建立的估算模型精度有所差异，其中坐果期估算精度最差，展叶期和成熟期估算精度因模型而异，MLSR和SVR模型成熟期的估算精度最高，RFR模型展叶期精度最高，且展叶期的RFR模型为所有估算模型中的最佳模型，

和RMSE分别为0.90和1.04；(3) 采用的MLSR、SVR和RFR 3种回归模型中，MLSR和SVR估算结果较为相似，RFR为最优估算模型，且最优估算模型在不同的植被覆盖场景下具有较强的普适性。以上研究结果表明，Sentinel-2A数据适用于估算枣树叶片SPAD值，且展叶期的RFR模型可作为枣树叶片SPAD值估算的最优模型。

Abstract

Objectives

The accurate estimation of leaf chlorophyll content of jujube can not only reflect its growth and nutritional status

but also provide scientific basis for field management. We aim to evaluate the potential of Sentinel-2A data for estimating soil plant analysis development (SPAD) values of jujube leaves during leaf spreading

fruit setting stage and fruit ripening stage.

Methods

Five traditional vegetation indices related to chlorophyll content were selected

and based on the framework of five traditional vegetation indices

ten bands of Sentinel-2A data were used to improve the traditional vegetation indices

and five spectral indices were constructed for three growth periods respectively. The correlation between the constructed spectral index and the measured SPAD value was analyzed

and the optimal spectral index was screened by the correlation coefficient. Based on the optimal spectral index

ultiple linear stepped-regression model (MLSR)

support vector machine regression model (SVR) and random forest regression model (RFR) were used to establish SPAD estimation models. The coefficient of determination

and root mean square error (RMSE) were used as model evaluation indexes

and the optimal model for estimating the SPAD value of jujube leaves was screened out through model evaluation.

Results

The results show that the five optimal spectral indices optimized at three growth stages are mainly composed of red band

red-edge band and near-infrared band

and the five optimal spectral indices at fruit ripening stage have the highest correlation with SPAD value

all of which pass the significance level test of 0.01

and the absolute values of correlation coefficients are all greater than 0.37. The accuracy of estimation models established at different growth stages is different

and the accuracy of estimation at fruit setting stage is the worst. The estimation accuracy of leaf spreading stage and fruit ripening stage varies according to the models. The accuracy of fruit ripening stage is the highest based on MLSR and SVR

while the accuracy of leaf spreading stage is the highest based on RFR. The RFR model of leaf spreading stage is the best model among all the estimation models

and RMSE are 0.90 and 1.04

respectively. Among the three regression models

MLSR

SVR and RFR

the estimation results of MLSR and SVR are similar

and RFR is the best estimation model

and the best estimation model has strong universality under different vegetation cover scenarios.

Conclusions

The above results show that Sentinel-2A data is suitable for SPAD estimation of jujube leaves

and the RFR model at leaf spreading stage can be used as the optimal model for SPAD estimation of jujube leaves. The results can provide an important reference for the study of estimating SPAD value of jujube based on Sentinel-2A data.

关键词

Keywords

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