基于光譜角算法的小麥氮素營養(yǎng)診斷研究.pdf

1、【目的】精確的氮素營養(yǎng)監(jiān)測是實現(xiàn)實時氮素管理的關鍵技術，本文通過不同小麥品種的氮素水平實驗，構建小麥生育期冠層光譜角（Spectral angle，SA)與農學參數(shù)之間的相關關系，進而建立小麥冠層氮素營養(yǎng)診斷和生長信息的估算模型，探索小麥氮素營養(yǎng)監(jiān)測的新方法。
　　 【方法】利用石河子大學試驗站2009-2010年測定的不同小麥品種不同氮素水平的小麥冠層光譜數(shù)據(jù)與農學參數(shù)，通過定性和定量地分析小麥光譜角的變化規(guī)律，及農學指標與光

2、譜角之間的相關性，建立相應的回歸模型；用回歸分析方法建立了小麥冠層生長信息的光譜角的估測模型，并用均方根誤差、相對誤差和相關系數(shù)等對估測模型進行了精度評價。
　　 【結果】通過試驗在分析氮素營養(yǎng)對小麥葉片氮素含量、冠層氮素含量、葉面積、葉綠素含量及產量影響的基礎上，研究光譜角與以上農學參數(shù)的定量關系，獲得以下結果：
　　 （1）不同氮素處理小麥光譜角之間的變化規(guī)律是N0-3＞N0-2＞N0-1，在整個生育期光譜角則是先降

3、低，后升高，在開花期最低，乳熟期最大，而不同小麥品種光譜角之間差異不顯著。依據(jù)光譜角預測葉片氮素最佳模型為：y=0.3999x0.3989其決定系數(shù)R2 為0.6870，其預測的RE、RMSE和R2分別為1.3%、0.0238、0.7515。
　　 （2）通過建立光譜角與葉綠素差和葉面積指數(shù)差相關性研究。結果表明：小麥葉綠素和葉面積指數(shù)差在生育前期和生育后期相關性均達到了極顯著水平，且光譜角與葉綠素和葉面積指數(shù)差的檢測模型分別：

4、y=0.243x0.6989其決定系數(shù)R2為0.7392，而預測的R2、RE（%）、RMSE分別為：0.7804、-6.83%、0.1946；y=0.5144x0.3237其決定系數(shù)R2為0.6178，而預測的R2、RE（%）、RMSE分別為0.7129、-0.99%、0.0970。
　　 （3）不同小麥品種在不同施氮處理下，依據(jù)小麥在孕穗期、開花期和乳熟期三個生育期的光譜角數(shù)據(jù)，得到不同觀測角度下的冠層光譜角的關系是0°>30

5、°>90°>60°，且在30°觀測角度下，冠層光譜角與葉片氮素含量差的估測模型較好，即為：y=0.126x+0.2184，其決定系數(shù)R2為0.7601（其中y為：葉片氮素含量差；x為光譜角(SA)）。
　　 （4）基于不同氮素水平下，建立光譜角與產量差和蛋白質含量差之間預測模型y=687.34e0.0759x，其決定系數(shù)(R2)為0.6735，模型檢驗的均方根誤差（RMSE）、估計標準誤差（RE）和決定系數(shù)（R2）分別為：20.

6、42、0.0977、0.8242；光譜角與籽粒蛋白質含量差的估測模型為：y=0.5514Ln(x)+0.4857，其決定系數(shù)(R2)為0.7025，模型檢驗的均方根誤差（RMSE）、估計標準誤差（RE）和決定系數(shù)（R2）分別為：0.0221、-0.0878、0.8604。從檢驗精度來看，光譜角與籽粒蛋白質含量差之間估測模型最好。因此，冠層光譜角能較好的預測小麥產量和籽粒蛋白質含量，建立的模型估測精度較好。
　　 【結論】通過兩年