[發明專利]一種確定小麥植株吸氮量核心波段的方法

無效

• 申請號: 201210109597.4
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102636439A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 姚霞;朱艷;姚鑫鋒;田永超;倪軍;曹衛星
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N31/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于小麥氮素無損監測領域，尤其涉及一種確定小麥植株吸氮量核心波段的方法。

背景技術

除了水分和光能輻射外，氮素是冬小麥及其他作物生長和產量形成的主要限制因素。而由植株氮含量和生物量構成的植株吸氮量顯著地影響小麥產量、品質形成，是監測植株氮素狀況的優良指標。無損、實時、精確地監測追氮前植株吸氮量時間和空間上的差異性對實時與實地氮肥管理具有重大意義。

利用光譜反射率數據構建指數估測作物氮素狀況的基礎是核心波段的選擇，而核心波段選擇的方法一直是遙感監測領域中的一大難題。在前人的研究中，通過氮素缺乏下的光譜反射率與正常條件下的光譜反射率相減來確定大豆葉片氮素狀況的核心波段。Carter通過選擇對脅迫敏感和不敏感的兩個波段確定構建光譜指數的核心波段，利用這一方法構建的比值植被指數包括420/695、695/760、710/760和605/760(按預測能力的高低排序)。另有研究通過逐步回歸的方法確定預測植株氮素狀況的核心波段并得到了較為理想的估測結果。Cho和Skidmore提出了線性外推的方法確定紅邊區域的核心波段(紅邊位置)來預測植株的氮含量。Hansen和Schjoerring構建了兩波段任意組合的NDVI，并從中選擇與葉片氮含量相關性最高的NDVI作為氮素估測指數。之后，Yao等又基于波段任意組合的思想，提出了減量精細采樣法，該方法可以高效提取光譜特征信息，快速確定作物生長監測核心波段，目前，減量精細采樣法已成功用于小麥葉片氮積累量核心波段、適宜帶寬和特征光譜指數的確定。但已有的方法在選擇核心波段時往往僅考慮建模的決定系數的表現，Tarpley等研究證明最好的核心波段是需要在各種情況下均表現良好，而不是僅在特定數據集中表現最好。為此，Tarpley等在他們的研究中提出了一種新的波段選擇的方法，該方法實現了棉花葉片氮含量的準確預測。但他們的研究存在僅依靠視覺進行波段選擇的不足。因而波段確定的方法需要進一步研究，提出更為科學、準確的選擇方法，從而挖掘海量高光譜數據中反映作物關鍵參數的核心波段。

發明內容

本發明提供了一種確定小麥植株吸氮量核心波段的方法，旨在解決現有技術僅依靠視覺進行波段選擇的不足，并且不能提供一種更為科學、準確的用于核心波段選擇及確定的方法，不能夠有效地挖掘海量高光譜數據中反映作物關鍵參數的核心波段的問題。

本發明的目的在于提供一種確定小麥植株吸氮量核心波段的方法，所述方法包括以下步驟：

確定小麥植株樣本；

對小麥植株樣本進行冠層光譜反射率和植株吸氮量的測定；

構建所有兩波段組合的歸一化植被指數(NDVI)；

構建植株吸氮量和植被指數(NDVI)的線性回歸模型，并運用獨立年份的數據檢驗模型表現；

通過回歸分析計算模型建立的決定系數(R²)、均方根誤差(RMSE)、模型檢驗的決定系數(R²)、均方根誤差(RMSE)、斜率(Slope)和截距(Intercept)；

對六個統計指標按照各指標最優值具有最小序號的原則分別進行排序，將六個指標的序號相加后再排序作為模型的綜合評價序號，序號為1的波段組合為最優的組合來確定核心波段。

進一步，所述采集的小麥植株樣本來自于8個大田實驗，涉及不同年份、生態點、品種、氮肥、播期和密度處理。

進一步，所述冠層光譜反射率的測定主要是采用FieldSpec?Pro?FR2500型背掛式野外高光譜輻射儀田間測量，350～1000nm波段采樣間隔為1.4nm，光譜分辨率為3nm，1000～2500nm波段采樣間隔為2nm，光譜分辨率為10nm。

進一步，所述冠層光譜測定選擇在無云、無風或風速很小時進行，時間范圍為10:00～14:00，傳感器探頭垂直向下，光譜儀視場角為25°，距冠層頂垂直高度約1.2m測量，所測數據通過白板校正獲得反射率數據；

以15條光譜為一采樣光譜，以其平均值作為該小區的光譜反射率，每測定5條光譜數據進行白板校正，每個試驗在關鍵生育時期都進行觀測。

進一步，所述植株吸氮量的測定主要是田間破壞性取樣0.25m²，在105°下殺青并在80°下烘干至恒重后稱重，測定植株干重，進一步計算為單位土地面積植株干重，稱重后將植株樣本磨碎后進行氮含量分析；

進一步，所述植株氮含量采用凱氏定氮法測定，通過植株干重與植株氮含量相乘計算出植株吸氮量，植株氮含量的測定方法包括以下步驟：