應(yīng)用數(shù)學(xué)圖像技術(shù)進(jìn)行冬油菜氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的初步研究.pdf

1、油菜作為我國(guó)重要的油料作物，其生長(zhǎng)過(guò)程中合理的氮肥施用對(duì)于保障產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。根據(jù)作物生育過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)狀況及時(shí)適量追肥是精準(zhǔn)養(yǎng)分管理的重要環(huán)節(jié)。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，數(shù)字圖像技術(shù)是近年來(lái)作物氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的重要發(fā)展方向。本文通過(guò)兩年的田間試驗(yàn)，利用數(shù)碼相機(jī)獲取冬油菜冠層數(shù)碼照片，結(jié)合同步進(jìn)行的植株生物量和葉片葉綠素、氮素養(yǎng)分含量測(cè)定，研究冬油菜冠層數(shù)碼信息和植株氮素營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的關(guān)系，確定數(shù)字圖像技術(shù)估測(cè)冬油菜氮素營(yíng)養(yǎng)的最佳時(shí)期、數(shù)碼參

2、數(shù)和方程模型;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究提出冬油菜冠層數(shù)碼信息獲取的操作規(guī)范，確定冬油菜氮素營(yíng)養(yǎng)快速診斷的最佳時(shí)期、數(shù)碼參數(shù)、拍攝參數(shù)及方程模型，為冬油菜氮素營(yíng)養(yǎng)無(wú)損診斷體系的建立奠定基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.數(shù)字圖像技術(shù)可以應(yīng)用于冬油菜氮素營(yíng)養(yǎng)診斷，最佳的冠層數(shù)碼參數(shù)為紅光標(biāo)準(zhǔn)化值NRI，適宜估測(cè)時(shí)期為蕾薹期（移栽126天）（包括）之前均可。冬油菜蕾薹期（包括）之前，與紅光值R、綠光值G、藍(lán)光值B、綠光與紅光比值G/R、綠光

3、與藍(lán)光比值G/B、藍(lán)光與紅光比值B/R、綠光標(biāo)準(zhǔn)化值NGI和藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)化值NBI相比，冬油菜冠層圖像數(shù)字指標(biāo)紅光標(biāo)準(zhǔn)化值NRI與氮肥用量、地上部生物量、葉片氮濃度、葉綠素濃度、氮素吸收量和氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)均達(dá)到顯著或極顯著水平。冬油菜蕾薹期（移栽后126天），NRI與氮肥施用量、地上部生物量、葉片氮濃度、葉綠素濃度、氮素吸收量、氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)之間的直線方程函數(shù)分別為y(t/hm2)=-8.003x+2.706、y(t/hm2)=-64.721x+2

4、3.071、y(g/kg)=-692.99x+261.84、y(mg/g)=-12.750x+5.665、y(kg/hm2)=-4087.416x+1412.274、y=-27.198x+9.812，其中葉片氮濃度、葉綠素濃度和氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的相對(duì)均方根誤差RMSE分別為0.821、0.330和0.228，相對(duì)誤差RE％分別為26.32％、28.57％和28.39％，預(yù)測(cè)結(jié)果精度較好，可用于模型的預(yù)測(cè)。
　　2.利用

5、數(shù)字圖像技術(shù)估測(cè)冬油菜氮素營(yíng)養(yǎng)的推薦操作范圍為晴天太陽(yáng)高度角相對(duì)較大的中午;拍攝高度為近地面均可;拍攝角度為易于操作的30°-60°;相機(jī)拍攝模式為自動(dòng)曝光模式;照片像素尺寸為圖片相對(duì)較為清晰的高分辨率;存儲(chǔ)格式為占用空間相對(duì)較小的JPEG精細(xì)壓縮格式。不同拍攝參數(shù)（光照強(qiáng)度、拍攝時(shí)間、拍攝高度、拍攝角度、拍攝模式、照片像素尺寸和儲(chǔ)存格式）獲取的冠層NRI與植株生物量、葉片氮素養(yǎng)分以及葉綠素含量均呈現(xiàn)較好的相關(guān)性。數(shù)字圖像技術(shù)為無(wú)人機(jī)低

6、空遙感的氮素營(yíng)養(yǎng)無(wú)損診斷技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。
　　3.確定氮肥施用量與冬油菜籽粒產(chǎn)量之間的二次方程函數(shù)為y=-0.016x2+9.394x+1336.486，最高的理論產(chǎn)量為2715 kg/hm2，及相應(yīng)的氮肥施用量為294 kg/hm2;明確越冬期和蕾薹期氮素營(yíng)養(yǎng)診斷臨界紅光標(biāo)準(zhǔn)化值NRI分別為0.3154和0.3177;初步構(gòu)建了越冬期和蕾薹期氮肥追肥模型，分別為N追(kg/hm2)=294-(NRI-0.3473)/(-1.