东北粳稻叶绿素相对含量的无人机高清影像检测方法

叶绿素相对含量(soil and plant analyzer development,SPAD)是评价水稻健康状况的重要农学参数,为了解决传统监测方法工作量大,效率低的问题,以东北粳稻为研究对象,采用不同施肥处理开展小区试验,利用无人机低空遥感技术分别获取水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗灌浆期水稻冠层高清数码影像,同时利用叶绿素仪测量水稻冠层SPAD值,并对无人机高清数码影像反演SPAD的可行性及方法进行研究。结合k-means聚类和阈值分割的方法去除背景提取出水稻叶片的RGB值,构建出R、G、B及G/R、G/B、B/R、R-B、G-R、NRI、NGI、NBI共11种颜色参数,并分别用11种参数和水稻叶片SPAD做相关性分析,分析结果表明NRI、B/R、R-B 3种参数和SPAD值高度相关。分别采用一元线性回归分析法和BP神经网络法对3种参数和SPAD的关系进行建模并对建模精度进行分析。结果表明:无人机高清影像反演SPAD是可行的,其中一元线性回归分析中,NRI和SPAD的建模精度高于B/R和R-B,均方根误差(RMSE)为1.51;基于NRI、B/R和R-B的多特征输入的BP神经网络预测粳稻SPAD的RMSE为1.354,相比基于NRI的一元线性回归分析模型精度提升11%,BP模型能较好地对东北粳稻的SPAD进行反演,能为无人机低空遥感反演粳稻SPAD提供理论依据和实现方法。     

水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择

 【目的】研究分析水稻氮素和SPAD值的叶位分布特点，并试图提出SPAD计诊断氮素营养状况的最佳测定叶位。【方法】在95-38、武育粳3号、镇稻5394、9915等4个粳型品种和1个籼型品种R161-10的盆播氮肥试验和宁粳2号大田氮肥试验的基础上，研究水稻氮素和叶绿素含量（SPAD值）随叶位的空间分布特征，并对不同叶位叶片的含氮率、叶绿素含量、SPAD值之间及其与总叶片含氮率和植株含氮率之间的相关性进行分析，比较不同叶位叶片SPAD测定值的变异系数。【结果】水稻不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异，增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值，同时减少叶位间的差异；SPAD值对氮素的敏感性顺序为顶4叶、顶3叶和顶2叶，而顶1叶的敏感性排序因品种不同而不同；穗分化期、齐穗期和成熟期均以顶3叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高；且适宜氮素水平下，穗分化期顶3叶SPAD值的变异系数最小。【结论】以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断水稻氮素营养状况和推荐水稻穗肥施用时，顶3叶是较为理想的指示叶或参照叶。     

棉花营养期倒四叶不同位点SPAD值与植株氮营养相关性

为确定棉花叶片SPAD值的适宜测定位点,采用水培试验方法,设0（不施）、1.5 mmol/L（缺乏）、15 mmol/L（适量）3个供氮水平,分4次测定棉花倒四叶17个不同位点的SPAD值,对不同氮素水平条件下棉花倒四叶SPAD值的差异性及其与棉花氮素营养状态的相关关系进行研究。结果表明,棉花倒四叶17个测定位点的SPAD值存在较明显的区域性差异,其中叶尖位置最高,而靠近叶柄的位置最低。不同测定位点的SPAD值与棉花植株氮素营养水平的相关性不同,其中只有靠近叶尖的S2、S3、S15 3个位点的SPAD值同时与倒四叶及地上部氮含量之间有显著相关性,但尚不能确定这些点就是判断棉花氮素营养水平的最佳位点或区域。     

基于数字图像技术的冬油菜氮素营养诊断

【目的】利用田间氮肥梯度试验探讨数字图像技术对冬油菜氮素营养无损评估预测的可行性,明确该技术的最佳数码参数和方程模型,为数字图像技术进行冬油菜氮素无损诊断提供依据。【方法】2013-2014年在湖北省武穴市开展不同施氮处理田间试验,以冬油菜为试验材料,设置不同氮素水平（0、90、180、270和360 kg·hm^-2）,分别于六叶期、十叶期、蕾薹期和开花期,利用数码相机获取冠层数字图像数据,同时采集植株样品分析其生长特征值,研究其相关性并建立氮素营养参数的方程模型。利用2014-2015年独立氮肥水平试验,对上述方程模型拟合精度进行验证并绘制1﹕1线性关系图。【结果】数字图像红光值（R）、红光标准化值（NRI）和绿光与蓝光比值（G/B）与冬油菜氮营养状况常规诊断指标地上部生物量、叶片氮浓度和叶绿素浓度等呈负相关关系,而绿光值（G）、蓝光值（B）、绿光与红光比值（G/R）、蓝光与红光比值（B/R）、绿光标准化值（NGI）和蓝光标准化值（NBI）则与上述指标呈正相关关系,红光标准化值（NRI）与其他数码参数相比能更好地表征冬油菜的氮素营养状况,蕾薹期红光标准化值NRI与氮肥用量、地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素浓度、氮素吸收量和氮营养指数之间的关系可分别用线性方程y(t·hm^-2)=-8.003x+2.706、y(t·hm^-2)=-106.072x+38.200、y(g·kg^-1)=-692.99x+ 261.84、y(mg·g^-1)=-12.750x+5.665、y(kg·hm^-2)=-4087.416x+1414.274和y=-27.198x+9.812来表达,其相关性达到极显著水平。2014-2015年独立试验模型检验结果表明,叶片氮浓度、叶绿素浓度和氮营养指数实测值与预测值的决定系数R²分别为0.917^**、0.746^**和0.953^**;均方根误差RMSE分别为0.821、0.330和0.228;相对误差RE %分别为26.32%、28.57%和28.39%,模型预测精度较好。【结论】数字图像技术可以用于冬油菜氮素营养的评估预测,评估时期为蕾薹期（包括）之前均可,最佳预测参数为红光标准化值NRI,参数的最佳方程模型为直线方程函数。     

基于数字图像技术的黄瓜缺氮营养诊断

以节节瓜和日本小黄瓜2个品种为试验对象,设计田间不同氮肥处理试验研究数字图像技术对于黄瓜缺氮无损诊断的可行性。每隔3d利用数码相机和叶绿素仪获取固定叶位的叶片图像和叶绿素测量(SPAD)值,利用图像处理技术获取叶片的颜色特征参数,分析这些参数和SPAD值之间的相关性,并建立回归方程。结果表明,红光标准化值(NRI)、色调(H)、深绿色指数(DGCI)和SPAD值之间存在良好的线性关系,其决定系数分别为0.86、0.70和0.65。利用数码相机和数字图像技术进行黄瓜氮素营养状况诊断具有快速、无损、易于操作的特点,易于在生产实际应用中推广。     

应用图像数字化技术进行甘薯氮素营养诊断

为了研究利用数码图像参数预测甘薯氮素营养指标的可行性，明确氮素营养状况评价的最佳色彩参数和方程模型，以烟薯25号为试材，于2020—2021年分别设置盆栽试验(氮肥水平为0、45、90、135、180 kg/hm²)、大田试验(氮肥水平为0、50、100、150、300 kg/hm²),利用数码相机获取甘薯冠层图像参数，同时测定地上部氮素营养指标，分析不同生育时期甘薯冠层数码图像参数与氮素营养指标的相关性，并构建甘薯氮素营养指标诊断模型。甘薯各生育期冠层图像参数与地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素a含量、叶绿素b含量相关性差异较大，以绿光标准化值NGI与上述氮素营养指标的相关性最好；薯蔓并长期NGI与氮肥用量、地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素a含量的直线方程模型分别为y=17.82x-6.95、y=6 999.70x-2 697.90、y=613.67x-188.78、y=75.38x-26.96;2021年试验验证模型验证结果表明，叶片氮浓度、叶绿素含量的预测值与实测值之间R²分别达到0.835、0.810,均方根误差分...     

棉花生育时期SPAD值准确性与样本数的关系

 【目的】研究高产滴灌棉花观测样本数对SPAD诊断棉花氮素营养准确性的影响,为SPAD法指导棉花施肥提供理论依据。【方法】采用田间膜下滴灌方式,在390 kg•hm-2施氮量下,设计5个氮肥运筹方案,监测棉花全生育期5个氮肥运筹方案下随机观测的60个SPAD值样本数,测定产量后分析高产施氮水平下不同样本数与标准偏差的变化关系。【结果】高产棉花各生育时期SPAD值的变异系数和标准偏差差异不大,但是存有明显不同;棉花蕾期、初花期、盛花期、花铃期、盛铃期、吐絮初期的SPAD值样本数（y）与标准偏差（x）的乘幂函数关系分别为：y=5632.2x-4.893（R2=0.7968）,y=26456x-6.0437（R2=0.8732）,y=50184x-6.5227（R2=0.9782）,y=174890x-7.2601（R2=0.9655）,y=27410x-5.743（R2=0.9182）,y=16237x-5.3756（R2=0.942）,并可通过y=ax-b（a,b均为参数）模型来预测SPAD值的变异程度及各生育时期诊断样本数量的多少;不同样本数下SPAD值和叶片含氮量线性相关性的高低排列顺序为：60个样本＞30个样本＞5个样本。【结论】用SPAD叶绿素仪诊断棉花各个生育时期氮素营养,测定样本数为26—60时样本数越大,SPAD均值准确性越高,SPAD均值与叶片含氮量的相关性就越好,SPAD值测定样本数与标准偏差呈乘幂函数关系。     

麦后移栽棉氮素营养诊断与追肥模型

【目的】基于江汉平原麦后移栽棉花适宜氮素诊断指标建立追肥模型,为棉花氮素精准管理提供依据。【方法】于2019年采用田间小区试验,设置6个施氮量处理(0、90、180、270、360、450 kg N/hm²),分析蕾期、花铃期倒4叶叶绿素含量(SPAD值)、叶柄硝酸盐含量(NIT)及24个高光谱参数与前期施氮量的关系,研究麦后移栽棉适宜氮素营养诊断关键指标,结合氮肥效应函数建立氮素追肥模型。【结果】随施氮量的增加,棉花倒4叶SPAD值、叶柄NIT含量显著增大,棉花冠层光谱绿光波段形成的反射峰变缓,但当氮肥增加到360 kg/hm²时不再显著增加(蕾期NIT除外)。蕾期、花铃期倒4叶SPAD值、叶柄NIT含量、冠层高光谱参数(RSI和mND705)与前期施氮量均呈极显著一元二次方程关系(R²＞0.8,RMSE＜1),可作为江汉平原麦后移栽棉氮素营养诊断指标,以产量潜力的95%为临界值,蕾期麦后移栽棉SPAD值、叶柄NIT含量、冠层RSI和mND705临界值分别为34.802、2.307、1.526和0.549,花铃期相应为34.841、4.174、1.589和0.619。【结论】4个指标为江汉平原麦后移栽棉氮素营养诊断指标。麦后移栽棉最适宜施氮量为310.64 kg/hm²,产量潜力为4 662.53 kg/hm²。     

施氮量对棉花叶位SPAD值的影响及棉花氮素营养诊断

在不同施氮量和不同质地土壤条件下,研究了氮素水平对棉花叶片含氮量和叶绿素含量的影响。研究表明,棉花不同生育时期叶片含氮量不同,苗期、蕾期、花铃期、铃期叶片含氮量分别为28.1、27.4、32.2、30.9 g·kg^-1。在各时期不同处理的叶片含氮量,均表现出相同的规律,即随施氮水平的提高,棉花叶片含氮量增加。土壤质地不同（砂壤土、粘壤土）时,高、中、低产棉田棉花叶片含氮量存在差异;随着施氮量的提高,棉花叶片含氮量随之提高,同时棉花不同叶位间的含氮量更加接近。对叶绿素的分析表明,不同施氮水平下,叶绿素含量差异显著;相同施氮水平下,不同叶位叶片SPAD值差异显著;施氮量增加能够提高棉花叶片的SPAD值,同时减小棉花不同叶位间SPAD差值的大小。初花期和花铃期顶1叶的叶位差指数PDI与棉花叶片含氮量的相关性最高,可以用叶位差指数作为衡量棉花氮素状况的指标。     

甜菜叶片SPAD值和光合色素的相关性研究

明确甜菜叶片SPAD值与光合色素含量的关系,为甜菜氮素营养诊断提供理论基础。通过测定不同甜菜品种苗期叶片SPAD值、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量及类胡萝卜素含量,分析品种间SPAD值、叶绿素含量的差异以及SPAD值分别与不同光合色素的相关性。结果表明:甜菜叶片叶绿素a含量叶绿素b含量类胡萝卜素含量,不同光合色素及SPAD值品种间存在差异。叶片SPAD值与光合色素呈正相关,其中总叶绿素含量与SPAD值的相关性最高,r=0.7766;叶绿素a、叶绿素b含量与SPAD值的相关性次之,而类胡萝卜素与SPAD值的相关性最低,r=0.5704。利用SPAD值预测甜菜叶片叶绿素含量,为甜菜生产中快速无损地进行植株营养诊断是可行的。     

数字图像技术在黄瓜氮素营养诊断上的应用研究

试验设计了6种氮素水平处理温室黄瓜,利用数码相机获取黄瓜冠层图像,分析了不同供氮水平下黄瓜冠层图像参数与施氮量、土壤无机氮(Nmin)和植株氮素营养指标之间的关系.结果表明:黄瓜冠层图像G/(R G B)为诊断黄瓜结果期氮素营养状况的适宜数字化参数.建立了评价黄瓜结果期氮素营养丰缺的冠层图像数字化指标G/(R G B)的量值标准和氮肥推荐标准.     

过量施氮条件下水稻氮素同化关键酶活性与叶色变化的关系

为明确过量施氮条件下水稻冠层叶色的变化动态及其内在生理机制,在水培条件下,整个生育期维持80mg/L氮素浓度,同步测定水稻地上部不同叶位叶片的SPAD值和氮代谢关键酶活性的变化。结果表明,在氮素过量条件下,顶一叶、顶二叶SPAD值与其当周谷氨酸合成酶活性均呈显著正相关,顶三叶、顶四叶SPAD值与其当周谷氨酰胺合成酶活性分别呈极显著、显著正相关。     

数码图像技术在杂交榛氮素营养诊断中的初步研究

为了研究利用数码图像技术进行杂交榛氮素营养诊断的可行性,采用数字扫描仪获取杂交榛叶片图像,分析不同时期杂交榛叶片含氮量与叶片色彩参数及SPAD值之间的相关性。结果表明,展叶后期和子房膨大期的SPAD值与叶片N含量间呈极显著正相关;展叶后期,H、B、NBI与叶片N含量呈极显著正相关,NGI、G/B、R/B与叶片N含量呈极显著负相关;子房膨大期,H、B、NBI与叶片N含量呈极显著正相关,NGI、G/R、G/B、R/B与叶片N含量呈极显著负相关;幼果迅速发育期,I、R、B与叶片N含量呈极显著正相关。可见,应用数字图像技术进行杂交榛氮素营养诊断是可行的。     

不同品种中部烟叶SPAD值及其与叶绿素含量的相关性分析

为了研究叶绿素仪SPAD-502在判断不同烤烟品种最佳采收时间中的应用,以宣威烟区6个主栽烤烟品种中部成熟采收烟叶为研究对象,对不同品种烟叶叶绿素含量和SPAD值进行测定和相关性分析。结果表明,6个烤烟品种中部成熟采收烟叶的总叶绿素含量和SPAD值相关性规律基本一致,相关系数为0.388 0~0.785 6,均呈极显著正相关(P0.01)。表明使用叶绿素仪能在田间较好地判断6个品种中部烟叶采收成熟度。其中,对于云烟87和云烟97中部成熟采收烟叶来说,采用叶绿素仪测定的最佳部位均为叶基部,SPAD值范围分别为33.2~33.8,31.1~37.9;对于云烟100、云烟105和K 326中部成熟采收烟叶来说,采用叶绿素仪测定的最佳部位为叶尖部,SPAD值范围分别为23.3~28.5,25.7~29.6,30.4~37.0;对于红花大金元中部成熟采收烟叶来说,采用叶绿素仪测定的最佳部位为叶中部,SPAD值范围为32.3~38.4。     

SPAD值与棉花叶绿素和含氮量关系的研究

通过田间试验,利用叶绿素仪测定了不同氮素水平及不同生育时期棉花(新陆早13号及10号)功能叶片的SPAD值、叶绿素含量及植株全氮含量,在此基础上分析了棉花叶片SPAD值与叶绿素含量及全氮含量的关系.结果表明:棉花叶片的叶绿素含量与SPAD值呈线性相关;在不同生育期棉花的功能叶SPAD值与植株全氮有较好的线性相关;在相同时期不同品种间的SPAD值有显著性差异.应用SPAD值能够迅速准确地预测棉花的氮素营养状况,为确定棉花合理的施肥时期及施肥量提供理论依据,是一项前景很广的农业技术.     

关于用水稻“顶3顶4叶叶色差”作为高产群体叶色诊断统一指标的再论证

【目的】进一步论证用水稻"顶3顶4叶叶色差"作为高产群体叶色诊断的统一指标。【方法】以2001—2002年的试验结果进行再论证。选择叶色(SPAD)差异较大的金南风、9915、越光、9325等4个粳稻材料,白稻、H97-322等2个籼稻材料;通过不同施氮量试验,用SPAD-502型叶绿素计于有效分蘖临界叶龄期(N-n)、倒2叶期和齐穗期测定全株各叶的SPAD值,比较单叶SPAD值、顶3顶4叶色差跟植株含氮率、产量形成的关系差异。【结果】单叶SPAD值品种间或生育期差异很大,难以用某一叶的SPAD值诊断氮素营养状态,而在生育各期会出现顶4顶3、顶4=顶3和顶4顶3三种叶色差,是氮素不足、正常和过剩的生理反映;单叶的SPAD值与分蘖率、成穗率、每穗颖花数和结实率之间没有规律性的关系,不能作为共同诊断指标,而顶3顶4叶叶色差和产量三因素的形成存在规律性的变化关系;单叶SPAD值不能作为产量诊断的指标值,而在N-n叶龄期、倒2叶龄期和齐穗期3个叶龄期顶3顶4叶色差值相等的群体,均可以获得最高的产量。【结论】顶3叶顶4叶叶色差是稻体氮素营养水平的表观指标;单叶SPAD测定和顶3顶4叶色差诊断配合,可以准确诊断水稻植株氮素的丰亏。