[發明專利]一種小麥植株氮含量的高光譜測定方法

在審

• 申請號: 201811323853.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109187398A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 宋曉;黃紹敏;許端陽;張珂珂;郭斗斗;張水清;岳克;查菲娜
• 申請（專利權）人: 河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 李春芳

本發明公開了一種小麥植株氮含量的高光譜測定方法，包括以下步驟：選取試驗樣本、數據采集、數據處理與模型篩選、構建最合適的小麥植株氮含量監測模型、優化小麥植株氮含量監測模型、測試與檢驗小麥植株氮含量監測模型。本發明以不同小麥基因型品種為材料，利用高光譜遙感技術對不同種植地點、年份、生育時期、施肥水平、種植密度等條件下的小麥植株含氮量進行測定，高光譜遙感技術克服了傳統測定方法的繁瑣費事耗力的缺點，可以快速有效、非破壞性地獲得連續性的大量光譜信息，為實時監測作物長勢、營養狀況，估測作物氮含量、產量和品質等提供了可能。

技術領域

本發明屬于農業技術領域，尤其涉及一種小麥植株氮含量的高光譜測定方法。

背景技術

小麥是世界上栽培最古老、種植面積最大、總產量最多和貿易量最大的作物，在我國的種植面積居第三位，是重要的商品糧和主要糧食儲備品種；而氮素是小麥生長發育所必需的第一大礦質營養元素，其營養效率的高低直接影響著作物的產量和品質，具有“生命的元素”之稱。近年來，我國氮肥施用量持續增加，在促進作物增產的同時，也因過度施用導致肥效急劇下降，并造成嚴重的資源浪費和環境污染問題。基于經濟效益和生態環境保護雙重要求，提高氮肥利用率已成為農業科技創新的前沿問題和保障我國糧食安全的重要需求。因此，大力發展小麥植株生長實時監測技術，對小麥植株氮素狀況進行實時、快速和準確地檢測，精確管理與調控氮肥施用量，對確保作物產量和品質目標，提高氮肥利用效率，減少環境污染具有重要意義，這也是現代農業施肥管理所迫切需要解決的關鍵技術。

長期以來，傳統的小麥植株的氮素含量監測都是通過田間破壞性取樣、室內分析測定而得，需要投入大量精力與時間，分析成本高，周期較長，時效性差。近年來，隨著科學技術的發展，無損診斷氮素狀況的方法已經被許多研究者提出，包括葉色診斷、葉綠素儀、葉綠素熒光技術等，相比之下，作物光譜診斷技術的目標樣本不是單個的樣本而是大范圍的群體，能夠快速準確的診斷作物的生長狀態和大區域作物的空間變化。隨著高光譜技術的快速發展，應用光譜無損探測技術能夠實時快速監測作物氮含量狀況，已成為當前及將來田間作物長勢及營養診斷的重要方法，為作物氮含量精確管理提供可靠的技術支持。小麥植株體內大多數生理生化變化會引起某些特定波段反射光譜的變化。基于這一原理，可以利用小麥植株生長信息的光譜特征波長和植被指數來反演小麥植株的氮含量狀態。然而目前關于氮含量的監測方法多以水稻、玉米為研究對象，對不同基因型小麥品種研究甚少，而利用不同試驗條件下品種間高光譜特征構建生理生化指標監測模型，進而評價氮含量相關指標的研究更是少之甚少。

發明內容

本發明的目的在于：針對上述傳統的測定植物氮含量的方法多具有破壞性、分析成本高和費時費力，周期較長，時效性差且目前關于氮含量的監測方法多以水稻、玉米為研究對象，對不同試驗條件下不同小麥基因型品種的研究甚少的問題，本發明提供一種小麥植株氮含量的高光譜測定方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種小麥植株氮含量的高光譜測定方法，包括以下步驟：

(1)試驗樣本：來自不同年份、不同地點、不同品種、不同施肥處理、不同種植密度和不同生育時期等條件下的960份小麥植株樣本；

(2)數據采集：采用ASD Fieldspc FR2500光譜儀獲取小麥植株垂直角度光譜反射率，并加測土壤背景光譜；

(3)數據處理與模型篩選：對試驗采集的光譜數據，用挑選的15個常用光譜指數和1個新構建的光譜指數，采用SPSS17.0以及MATLAB software軟件進行數據處理；

(4)構建最合適的小麥植株氮含量監測模型；

(5)優化小麥葉氮含量監測模型；

(6)測試與檢驗小麥葉氮含量監測模型。