利用数字图像技术进行玉米氮素营养诊断的研究

通过大田试验设置不同氮肥用量小区,在拔节期前用数码相机拍摄冠层彩色图像,建立数码图像获取信息数据。同时采集植物样品与土壤样品进行分析,分别测定SPAD、植株全氮含量、茎基部硝酸盐浓度、植株体内硝酸还原酶活性4项常规氮素营养诊断指标,分析图像数字化指标如绿光绝对值(G)、绿光标准化值[G/(R+G+B)]、绿光与图像亮度的比值(G/L)、绿光与红光的比值(G/R)与以上4项氮素营养指标的相关性,研究利用数字图像技术进行玉米氮素营养诊断的可行性。     

基于无人机可见光遥感的苎麻冠层氮素营养动态诊断

为定量评估利用无人机遥感图像进行苎麻冠层叶片氮素营养动态监测的准确性,试验从2019年起对湖南农业大学耘园基地苎麻进行了为期一年的氮肥控制试验,在该基础上利用无人机采集2020年第二季苎麻各生长阶段的冠层数码图像。首先,基于HSV(Hue, Saturation, Value)颜色通道图像采用阈值分割法剔除土壤、杂草等背景的干扰,进而提取苎麻冠层叶片图像的RGB(Red, Green, Blue)平均颜色分量,并计算12项色彩参数;然后分析各色彩参数在苎麻生育进程内的动态变化,同时以SPAD值为辅助验证指标,分析不同生育期苎麻冠层图像色彩参数与SPAD值的关系;最后采用主成分分析法对色彩参数进行降维,选取适宜于各时期苎麻氮素营养监测的最佳颜色参数。结果表明:对于湘苎3号,G/R和ExGR在苗期与SPAD值极显著相关,(G-R)/(G+R-B)在成熟期与SPAD值极显著相关;对于湘苎7号,R/B、r、WI在封行期与SPAD值有极显著相关,ExGR在成熟期与SPAD值极显著相关。因此,应用无人机可见光遥感进行苎麻氮素营养动态诊断是可行的。     

基于数字图像分析技术的橡胶树叶片氮含量预测

为建立橡胶树氮素营养快速诊断技术,利用数码相机获取橡胶树叶片图像,运用数字图像处理技术提取叶片图像的颜色特征参数,分析颜色特征参数与橡胶树叶片氮含量的相关性,并建立回归模型。结果表明,9个颜色特征参数R/B、B/(R+G)、R/(G+B)、R/(R+G+B)、B/(R+G+B)、(B+G)/(R+G+B)、(R-B)/(R+G+B)、(R-B)/(B+R)和G/(R-B)与橡胶树叶片氮含量相关性较好,综合评价得出G/(R-B)所建立的橡胶树热研7-33-97叶片氮含量二次多项式估测模型最优,模型校正决定系数为81.04％,预测相对误差和均方根误差分别为10.91％和0.31％,表明利用数字图像分析技术可以进行成龄橡胶树热研7-33-97叶片氮素含量营养诊断。     

基于无人机遥感的花生氮营养反演研究

氮素是影响花生生长发育的重要因素之一，目前传统凯氏定氮法测定步骤繁琐且需要时间较长，而无人 机遥感具有实时、灵活、低成本的特点，因此，为实现对花生氮含量的快速、无损、准确监测，本研究利用大疆精灵4 号无人机搭载的可见光相机，获取不同生育期的可见光影像，运用神经网络算法，建立叶片数字图像彩色信息和叶 片氮含量的关系模型。结果表明，利用数字图像指标作为网络输入向量时，所构建模型的平均绝对偏差为1.5左 右，且以r、g、b(r=R/(R+G+B), g=G/(R+G+B), b=B/(R+G+B))和a, b, c (a=R+G, b=R+B, c=G+B)两种组合参数拟合效果最 好，平均绝对偏差为0.2左右，和真实值相差较小。通过检验发现，两种方法都能准确地预测出花生叶片氮含量，所 构建模型能快速、无损地测定花生植株的肥料状况。     

无人机载多光谱遥感监测冬油菜氮素营养研究

为探索无人机搭载的多光谱相机对冬油菜冠层氮素营养状况监测的可行性,设置9种施氮水平的油菜试验小区,获取八叶期、十叶期、十二叶期和蕾臺期的多光谱影像,同步采样分析获取地上部生物量、叶片氮浓度和氮素积累量等氮营养指标。以宽波段植被指数和氮营养指标的相关性为基础,通过敏感性分析确定最佳指数,建立预测模型并进行精度验证。结果显示,宽波段植被指数与氮营养指标有极显著的相关性,不同生育期差异明显。其中,红光标准值和蓝光标准值在蕾臺期均与各氮营养指标相关关系最好,且敏感性因子的值小而稳定。进一步研究表明,三种指标均可用红光标准值和蓝光标准值建立的二次模型进行估计,决定系数R2均大于0.85,模型精度较高,说明无人机多光谱遥感能有效辅助冬油菜氮素营养监测。     

春玉米叶片SPAD值与氮含量及产量的相关性研究

通过田间小区试验,研究不同时期玉米叶片SPAD值与叶绿素、氮含量及产量的相关性,确定SPAD值测定的最佳叶位及时期。结果表明,上位叶SPAD值对氮素的敏感时期顺序为12叶期>10叶期>8叶期;穗位叶SPAD值对氮素的敏感时期顺序为抽雄期>灌浆期>蜡熟期。叶片SPAD值可以很好的反映植株叶绿素和氮含量及产量水平,以某一特定叶片的SPAD值来诊断春玉米氮素营养状况和推荐追肥时期时,10叶期是较为理想的测定时期;作为早期预测玉米产量的指标,12叶期为最佳时期。测定SPAD值方法简便、快捷,不破坏叶片生长,可作为早期预测玉米产量的指标。     

数字图像技术在马铃薯氮素营养诊断中的应用

应用数码相机获取马铃薯冠层图像色彩信息,探索出马铃薯氮营养状况的一种新方法。结果表明,在块茎形成期和块茎膨大期,数码相机获取的数字图像分析得到的冠层绿光与蓝光比值(G/B)与其它描述马铃薯氮素营养状况的指标如土壤无机氮、植株全氮含量、叶柄硝酸盐浓度、叶绿素仪读数均有良好的负相关关系。     

有机肥化肥配施的双季晚稻群体冠层光谱特征研究

以不同施肥模式为基础,分析了晚稻群体冠层光谱反射率、一阶微分光谱和归一化光谱特征,并对叶片氮含量、氮积累量、产量、叶面积指数和叶干物质积累进行了相关性分析,构建了以高光谱特征参数为自变量的水稻氮素营养诊断模型。结果表明,叶片氮素含量与665 nm处冠层光谱反射率呈极显著相关性(p0.001),与554 nm和672 nm处的一阶微分光谱也呈极显著相关性(p0.001);以λr构建的指数函数y=684.91e0.028x,决定系数(R2)为0.90、(SDr-SDb)/(SDr+SDb)构建的指数函数y=0.66e0.11x,决定系数(R2)为0.88,均能很好地诊断在有机肥和无机肥配施模式下的水稻氮素营养。     

水稻不同发育时期高光谱与叶绿素和类胡萝卜素的变化规律

通过大田和室内试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻冠层、完全展开倒1叶、倒3叶和穗在不同发育时期的高光谱反射率及对应叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明,不同供氮水平的水稻冠层和叶片光谱差异明显,冠层光谱反射率随发育期推迟,抽穗前在可见光范围逐渐降低、在近红外区域逐渐增大,抽穗后在可见光范围逐渐增大,在近红外区域逐渐降低;抽穗后,冠层、叶片和穗光谱的红边位置存在“蓝移”现象;叶片叶绿素、类胡萝卜素含量呈S形变化;高光谱植被指数R990/R553、R1200/R553、R750/R553、R553/R670、R800/R553、R800/R680、（R800-R680）/（R800+R680）［R为反射率,下标为对应波长值（nm)］和红边位置λred与叶绿素、类胡萝卜素含量之间存在极显著相关,说明能用它们来估算水稻冠层、叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。     

三种氮素营养快速诊断方法在油菜上的适宜性分析

通过大田试验研究了SPAD仪法、硝酸盐反射仪法和光谱仪法在油菜氮素营养快速诊断上的适宜性。试验设施氮0、60、120、180、240、300和400kg/hm2处理,在八叶期、十叶期和蕾薹期对各处理SPAD值、冠层归一化植被指数（NDVI值）和硝酸盐含量进行检测,并测定各时期油菜生物量和收获期籽粒产量。对不同施氮量下的油菜产量进行显著性检验及方程拟合,并对三种诊断方法各测定指标与氮肥用量、籽粒产量进行相关分析。结果表明,油菜施氮量与籽粒产量具有较好的相关关系,满足氮素营养快速诊断要求。三种诊断方法中,硝酸盐反射仪法能在一定程度上反映油菜氮素营养状况,但受油菜生理特性（苗期生物量小、蕾薹期氮素奢侈性吸收等）影响,诊断结果的可信度和稳定性不高。光谱仪法比较适宜于油菜蕾薹期氮素营养诊断,但存在追肥时期过晚、操作不方便等缺点。综合分析认为,SPAD仪法诊断结果稳定,并且具有快速、简便、低耗等优点,适合于油菜氮素营养快速诊断。     

利用GreenSeeker法诊断春玉米氮素营养状况的研究

利用GreenSeeker对不同氮素处理春玉米冠层和叶片进行了测定,分析了植被指数(NDVI)和叶片叶绿素a(Chla)含量和氮素(N)含量的相关性。结果表明,不同氮素处理冠层NDVI变化与叶片叶绿素a含量在整个生育期内变化趋势一致。NDVI对叶绿素变化最敏感的时期是大喇叭口期。从不同叶位的变化趋势看,NDVI随CHla、N含量的变化而表现出明显的变化,三者之间具有显著的直线相关关系。利用GreenSeeker获取的NDVI值为生产中诊断春玉米叶绿素或氮素状况提供了有效手段。     

氮肥后移对玉米冠层内物质分配及氮素利用的影响

研究不同施氮量、不同施肥时期对玉米产量与氮素利用的影响,对玉米干物质生产、氮素积累与分配进行分析。结果表明,施氮量为180 kg/hm2时,产量表现为基施处理最高,较拔节期、大喇叭口期施肥处理分别提高1.17%、7.69%;施氮量为75 kg/hm2时,拔节期施肥处理产量最高,较基施、大喇叭口期施肥处理分别提高10.31%、4.61%。大喇叭口期施肥处理的干物质积累与氮素积累量少,氮肥利用效率低,说明氮肥后移需考虑植株前期对氮素的需要。拔节期施肥处理产量与基施处理产量和氮素积累量相当或提高,植株干物质积累增加,冠层内茎叶干物质比例协调,生育后期穗下层茎叶干物重下降缓慢,氮素利用效率高。施氮量为75 kg/hm2,氮肥适当后移可提高氮肥利用率。     

氮肥用量对土壤养分含量、春玉米产量及农学效率的影响

采用田间试验,设置5种施氮水平,研究不同氮肥用量对土壤养分含量、春玉米产量和氮肥利用的影响。结果表明,优化施氮(N150)、优化施氮配施有机肥(N150+M)处理可增加土壤速效养分含量;土壤水分和温度受不同氮肥用量影响较小。N150和N150+M处理玉米增产幅度较大,增产率分别为19.44%和16.67%;N150处理的氮肥农学利用率最高,高量施氮处理(N180)最低;减量施氮(N120)与N150处理的氮肥偏生产力较高。优化施用氮肥处理,不仅可以增加土壤速效养分含量,保障速效养分对春玉米的及时供给,同时还可以增加春玉米产量,提高氮肥利用效率。     

前期控氮对夏玉米产量、物质生产及氮素利用的影响

试验以郑单958为材料,在79500株/hm2密度下研究了前期控氮对玉米产量、物质生产及氮素利用的影响。结果表明,在大喇叭口期施氮120kg/hm2的条件下,前期按30～60kg/hm2进行适度控氮,产量可达到10108.5～10170.0kg/hm2,氮肥利用率为32.78%～33.35%。前期适当控氮保证玉米苗期对氮素的需求,达到蹲苗的效果,控上促下,培育壮苗,提高根系的吸收和合成能力。前期适度控氮还可保持植株后期较强的光合生产能力,增强根系吸氮能力,保证子粒有充足的碳氮来源,并促进干物质及氮素向子粒的运转,实现玉米产量与氮素利用的协同提高。     

氮肥减施下施用炭吸附聚谷氨酸叶面肥对夏玉米产量、氮素累积和转运的影响

田间试验设置正常氮和减氮20%两个施氮水平,每个氮处理下设置不喷施、3或8叶期小剂量喷施炭吸附聚谷氨酸（1.8 kg/hm²）、3或8叶期大剂量喷施（3.6 kg/hm²）等5个处理,研究氮肥减施下喷施炭吸附聚谷氨酸对玉米植株干物质和氮素累积分配及子粒产量的影响。结果表明,施氮处理对各器官干物质量的累积分配无显著影响,氮肥减施后氮素累积量明显降低,但子粒中氮素分配比例提高5.6%。与不喷施相比,3叶期喷施显著增加干物质和氮素累积量,子粒氮素分配比例在8叶期小剂量喷施下最高为61.39%,8叶期喷施显著提高了营养器官花后氮素转运量和转运效率。喷施处理显著提高了果穗行粒数,正常氮下3叶期小剂量喷施处理的产量最高为11.87 t/hm²。氮肥减施小剂量喷施下的产量与正常氮不喷施处理无显著差异,因此,在夏玉米生产中,氮肥减施20%下3或8叶期喷施炭吸附聚谷氨酸1.8 kg/hm²能够维持玉米产量。