基于光譜角算法的小麥氮素營(yíng)養(yǎng)診斷研究.pdf

1、【目的】精確的氮素營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)氮素管理的關(guān)鍵技術(shù)，本文通過(guò)不同小麥品種的氮素水平實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建小麥生育期冠層光譜角（Spectral angle，SA)與農(nóng)學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而建立小麥冠層氮素營(yíng)養(yǎng)診斷和生長(zhǎng)信息的估算模型，探索小麥氮素營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)的新方法。
　　 【方法】利用石河子大學(xué)試驗(yàn)站2009-2010年測(cè)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(nóng)學(xué)參數(shù)，通過(guò)定性和定量地分析小麥光譜角的變化規(guī)律，及農(nóng)學(xué)指標(biāo)與光

2、譜角之間的相關(guān)性，建立相應(yīng)的回歸模型；用回歸分析方法建立了小麥冠層生長(zhǎng)信息的光譜角的估測(cè)模型，并用均方根誤差、相對(duì)誤差和相關(guān)系數(shù)等對(duì)估測(cè)模型進(jìn)行了精度評(píng)價(jià)。
　　 【結(jié)果】通過(guò)試驗(yàn)在分析氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)小麥葉片氮素含量、冠層氮素含量、葉面積、葉綠素含量及產(chǎn)量影響的基礎(chǔ)上，研究光譜角與以上農(nóng)學(xué)參數(shù)的定量關(guān)系，獲得以下結(jié)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(gè)生育期光譜角則是先降

3、低，后升高，在開(kāi)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(yù)測(cè)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(yù)測(cè)的RE、RMSE和R2分別為1.3%、0.0238、0.7515。
　　 （2）通過(guò)建立光譜角與葉綠素差和葉面積指數(shù)差相關(guān)性研究。結(jié)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(guān)性均達(dá)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(cè)模型分別：

4、y=0.243x0.6989其決定系數(shù)R2為0.7392，而預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)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(kāi)花期和乳熟期三個(gè)生育期的光譜角數(shù)據(jù)，得到不同觀測(cè)角度下的冠層光譜角的關(guān)系是0°>30

5、°>90°>60°，且在30°觀測(cè)角度下，冠層光譜角與葉片氮素含量差的估測(cè)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(chǎn)量差和蛋白質(zhì)含量差之間預(yù)測(cè)模型y=687.34e0.0759x，其決定系數(shù)(R2)為0.6735，模型檢驗(yàn)的均方根誤差（RMSE）、估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)含量差的估測(cè)模型為：y=0.5514Ln(x)+0.4857，其決定系數(shù)(R2)為0.7025，模型檢驗(yàn)的均方根誤差（RMSE）、估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差（RE）和決定系數(shù)（R2）分別為：0.0221、-0.0878、0.8604。從檢驗(yàn)精度來(lái)看，光譜角與籽粒蛋白質(zhì)含量差之間估測(cè)模型最好。因此，冠層光譜角能較好的預(yù)測(cè)小麥產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)含量，建立的模型估測(cè)精度較好。
　　 【結(jié)論】通過(guò)兩年