東北春玉米冠層光譜特征與氮營養(yǎng)診斷依據(jù)的研究

東北春玉米冠層光譜特征與氮營養(yǎng)診斷依據(jù)的研究玉米生產(chǎn)在我國國民經(jīng)濟中占有重要地位,如何使其高產(chǎn)量、高品質(zhì)和高效益是擺在當前農(nóng)業(yè)工作者面前的一項重要任務。玉米施肥過程中普遍存在氮肥不合理使用的現(xiàn)象,如用量逐年增加、利用率較低等,嚴重污染玉米田間生態(tài)環(huán)境;因此為實時掌握玉米田間氮素的盈缺狀況,進而實現(xiàn)東北春玉米氮肥使用最優(yōu)化;本文采用田間試驗和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,使用ASDFieldSpec波譜儀測定不同品種、不同生育期及不同施氮水平(N1~N6)下的玉米冠層光譜反射率,確定了不同生育期玉米冠層葉片光譜特征,明確了冠層葉片光譜響應的敏感區(qū)域及最佳波長,建立了氮含量檢測光譜參數(shù)及預測模型,使用優(yōu)化NDVI指數(shù)反演了喇叭口期葉片氮含量,研究結(jié)果為東北春玉米氮營養(yǎng)無損檢測提供新的方法依據(jù),為研制低成本、高精度的田間光譜傳感器提供數(shù)據(jù)支撐。全文主要研究結(jié)論如下:(1)植株氮和葉片氮含量隨著玉米生育期推進逐漸降低,拔節(jié)期植株氮含量和吐絲期葉片氮含量與施氮量均呈二次曲線;葉綠素含量在玉米整個生育期呈現(xiàn)先增加后降低趨勢;喇叭口期葉綠素含量與施氮量呈指數(shù)曲線,達到顯著水平。(2)東北春玉米冠層光譜反射率在可見光區(qū)隨著施氮量增加呈現(xiàn)下降趨勢,紅外光譜區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢;吐絲期光譜反射率在整個測定波段明顯高于喇叭口期;不同玉米品種在相同條件下冠層光譜反射率不同;正常施氮量和減施氮量條件下,12個玉米品種冠層光譜反射率聚類分析反映的聚類程度不同。(3)東北春玉米喇叭口期和吐絲期,冠層葉片光譜反射率及一階導數(shù)(可部分消除線型背景噪聲光譜)與植株氮、葉片氮和葉綠素含量在可見光區(qū)呈現(xiàn)負相關,在可見光波范圍內(nèi)相關系數(shù)有兩個峰值,在紅外及遠紅外光譜區(qū)呈正相關。植株氮、葉片氮及葉綠素光譜敏感波段主要集中在綠光區(qū)、紅光區(qū)和近紅外區(qū);玉米營養(yǎng)指標含量對玉米冠層近紅外光譜反射率的影響較小,敏感波段的確定為玉米氮營養(yǎng)光譜指數(shù)預測模型的構(gòu)建提供了理論依據(jù)。(4)分別構(gòu)建東北春玉米喇叭口期和吐絲期玉米氮(x)及其光譜指數(shù)(y)預測模型,確定不同生育期玉米氮含量最佳光譜預測指數(shù),其中喇叭口期植株氮含量的光譜指數(shù)中差值植被指數(shù)R760-R718、吐絲期歸一化植被指數(shù)(R765-R548)/(R765+R548)預測精度和準確度較高;喇叭口期葉片氮含量的光譜指數(shù)中歸一化植被指數(shù)(R711-R553)/(R711+R553)和吐絲期差值植被指數(shù)R715-R548具有較高的預測精度和準確度,可以用于反演玉米葉片氮含量。(5)分別構(gòu)建東北春玉米喇叭口期和吐絲期葉綠素(x)及其光譜指數(shù)(y)估算模型,確定了玉米葉綠素最佳光譜預測指數(shù);喇叭口期葉綠素含量的光譜指數(shù)中比值植被指數(shù)R749/R712和歸一化植被指數(shù)(R749-R551)/(R749+R551)及吐絲期歸一化植被指數(shù)(R755-R711)/(R755+R711)預測精度和準確度最高,可以用于反演玉米葉片葉綠素含量。(6)NDVI測定值和NDVI計算值隨施氮量增加增加,均能用于反演玉米葉片氮含量,NDVI測定值反演葉片氮含量的相關性小于NDVI計算值;近紅外波段光譜反射率最大值和紅光波段光譜反射率最小值構(gòu)建優(yōu)化NDVI值與NDVI測定值顯著相關,與玉米葉片氮含量顯著線性相關,能較好的反演喇叭口期玉米葉片氮含量;780nm和670nm波長和850nm和660nm波長構(gòu)建的NDVI值與NDVI測定值顯著相關,與玉米葉片