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应用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断

风华 | -> | 558| 1| 0.432268MB |夏玉米,可见光,氮,叶脉硝酸盐浓度,绿光标准化值

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摘 要 传统的作物氮营养诊断需要大量的实验室分析和破坏性取样, 时效性和便捷性不足。高光谱技术被逐渐应用到作物氮营养监测当中, 但由于仪器昂贵并需要专业的软件进行处理, 在一定程度上限制了这一技术的应用。文章通过田间试验研究了采用可见光光谱进行夏玉米氮营养诊断的可行性, 并试图寻找适宜的表征作物氮营养的可见光光谱参数。研究结果表明, 绿光值、蓝光值、红光标准化值、绿光标准化值和蓝光标准化值等多个图像参数均与夏玉米的植株全氮含量、叶片SPAD 值有着显著的线性相关关系。在低施氮条件下, 叶脉硝酸盐浓度低于2 000 mg ·L21时, 绿光值、蓝光值、绿光标准化值和蓝光标准化值与叶脉硝酸盐浓度有着显著的线性相关关系。而在高施氮条件下, 叶脉硝酸盐浓度高于2 000 mg ·L21 时, 随着叶脉硝酸盐浓度的升高, 图像参数呈平台反应, 不再增加。综合比较来说, 以绿光标准化值和蓝光标准化值为最好, 与各常规的氮营养诊断指标的相关系数介于0145~0166 之间。
     我国高投入、集约化的农业生产体系中, 氮肥的过量施用是一个普遍存在的问题, 不但造成养分利用效率低下[1-3 ] ,而且带来极大的环境压力[4-6 ] 。如何确定最佳施肥量, 提高氮肥利用效率, 降低其对环境的负效应, 国内外进行了很多的研究, 目前主要的研究方法有土壤氮素的实时监控技术,植株诊断的反馈调节技术等[7-9 ] , 这些技术都在目前的生产实践和研究中取得了很好的效果。但是由于这些测定方法都需要进行破坏性取样和大量的实验室分析, 因此在时效性和便捷性上尚存在不足。
    近年来, 在作物营养诊断中, 以光谱技术为核心的无损测试技术开始成为研究热点。王人潮等[10 ] 对水稻氮素营养状况与光谱反射的变化进行了研究, 认为缺氮会使水稻叶片在可见光波段的反射率增加, 在近红外区域的反射率降低。Mercedes 等[11 ]利用归2化植被指数(NDVI) 值成功预测冬小麦的氮素营养状况。冯雷等[12 ]认为综合绿、红和近红外3 波段的反射率数据的植被指数, 能够对油菜氮营养状态进行快速检测。吉海彦等[13 ] 利用便携式光谱仪把反射光谱与冬小麦的叶片叶绿素含量建立模型, 预测值与真实值的相关系数达到01898 。然而, 虽然目前利用光谱技术来对作物的营养状况成功进行诊断的研究很多, 但是大多数的研究者都使用的是多光谱或者高光谱技术。由于仪器昂贵或需要专门的分析软件等原因, 在很大程度上限制了其在生产中的快速应用。
    作为光谱技术的一部分, 可见光遥感技术应用于作物生长状况和营养状况诊断近来有新的进展。Blackmer 等[14 ] 报道应用航空拍摄技术获取玉米的冠层图像, 发现红、绿、蓝三色光都与玉米的产量达到了极显著的线性正相关关系。J ia等[15 ]利用数码相机获取冬小麦拔节期的真彩色图像, 并得出绿光值( Greenness intensity) 与冬小麦叶片的SPAD 值存在极显著的线性负相关关系。由于获取植被冠层可见光光谱的数码相机的价格不断下降而性能不断提高, 加之数字图像处理技术的不断发展和简单化, 这一技术的应用前景非常乐观。
    本文试图在田间试验的基础上, 应用可见光光谱与夏玉米的各种氮营养指标建立相关关系, 对可见光光谱技术能否应用于夏玉米的氮素营养诊断进行研究, 并进一步研究应用于夏玉米的最佳的可见光光谱参数。
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