冬小麦产量及籽粒蛋白质的高光谱估测

发布时间：2020-07-30 21:06

【摘要】：粮食保质保量的生产是国家长治久安的重要保证。及时获取粮食作物的产量和品质数据,能够及时调整田间管理,指导农业工作的正常进行,实现粮食的优质高产。因此,对冬小麦产量和品质的实时估测能够指导科学施肥,对提高冬小麦产量和品质具有一定的实践意义。本研究通过对冬小麦不同生育时期冠层光谱的分析,利用连续投影算法(SPA)提取不同生育时期农学参数(LAI、CHL、AGDB)、产量和籽粒蛋白质含量的特征波段,通过“光谱参数-产量和品质”、“光谱参数-农学参数-产量和品质”和“植被指数-产量和品质”三种技术路线对冬小麦产量和蛋白质含量进行实时估测。结果表明:1.同一生育时期的冠层光谱,不同施肥条件下冬小麦冠层光谱存在明显差异。随着施氮量的提高,冠层光谱反射率整体升高,在N2水平达到最大值,随后开始下降。不同基追比氮肥和施磷量能够影响冬小麦的长势,基追比为7:3时冠层光谱反射率最高,施磷量越高,反射率越高。不同生育时期冠层光谱反射率也存在明显差异,拔节期冠层光谱反射率最高可达0.5左右。2.“光谱-产量和品质”、“光谱-农学参数-产量和品质”和“植被指数-产量和品质”三种技术路线均能实现对冬小麦产量和品质的估测,利用“光谱-农学参数-产量和品质”模式建立估测模型的精度和普适度更高。在农学参数选择方面,LAI适宜作为产量估测的中间变量,估测的最佳时期为开花期,估测模型的校正集R2和RMSE分别为0.81和1253,验证集的R2和RMSE分别为0.76和1234。地上干物质适宜作为冬小麦籽粒蛋白质估测模型的中间变量,估测的最佳时期为开花期,估测模型的校正集R2和RMSE分别为0.80和1.43,验证集R2和RMSE分别为0.78和1.52。3.“光谱-产量和品质”的技术路线估测冬小麦产量和品质的效果次之,不同生育时期的模型估测效果也不同,冬小麦产量的最佳估测时期为开花期,估测模型的校正集R2和RMSE为0.79和986,验证集R2和RMSE分别为0.77和1026;冬小麦籽粒蛋白质含量的最佳估测时期为开花期,校正集R2和RMSE为0.78和1.46,验证集R2和RMSE分别为0.76和1.52。4.“植被指数-产量和品质”的技术路线估测冬小麦产量和品质的效果较差,主要是因为植被指数存在“光谱饱和”现象,对冠层光谱的信息提取不够全面,且冬小麦的长势越好,饱和现象就越为严重,导致模型的R2和RMSE相对于其他两种技术路线较差。本研究选择的植被指数与冬小麦产量和蛋白质含量在拔节期、孕穗期、开花期、灌浆前期以及灌浆后期均呈现显著相关(P0.01),为植被指数估测冬小麦产量和品质提供了一定的基础,在后续研究中需要对植被指数的选择以及数量做更进一步的研究。
【学位授予单位】：山西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP79;S512.11
【图文】：

平达到最大值，Ｎ３和Ｎ４水平的光谱反射率开始下降。主要是因为施氮量过多也到冬小麦长势。逡逑图１－Ｃ为试验一中鲁麦１４的开花期Ｎ３水平下不同基追比的冠层光谱反射率的律。由图可知，当基追比为７：３时，冠层光谱的反射率整体较高，５：５基追比的射率次之，６：４的基追比的冠层光谱反射率相对较低。逡逑图１－Ｄ为试验四中开花期Ｎ３水平下济麦２２的不同磷处理的冠层光谱反射率的律。由图可知，随着磷肥施用量的增加，冠层反射率的整体水平有所升高。逡逑２不同栽培条件下冬小麦产量的光谱监测逡逑．１冬小麦产量与冠层光谱的相关性分析逡逑ｉ．ｏｒ逦１．０邋［■逡逑＇

３．２．３“光谱一产量”模式下的监测模型逡逑利用ＳＰＡ提取不同生育时期冬小麦产量估测的特征波段，特征波段的多少也是影响逡逑校正模型精度的重要因素，选择合适数量的特征波段是保证模型精度的前提。图３是不逡逑同波段个数下冬小麦产量的ＳＰＡ模型的均方根误差，表４是不同生育时期提取的特征波逡逑段结果。逡逑根据图３选取各个生育时期的最佳特征波段个数，由图可知，各个生育时期的最优逡逑波段个数不同，且模型的ＲＭＳＥ也不尽相同。逡逑由表４可知，在冬小麦整个生育期内，提取的２９个特征波段中有１０个处于可见光逡逑波段（４００－７８０邋ｎｍ），占总特征波段的３４．４８邋％。不同生育时期的最优变量个数是不同的，逡逑具体的波段也不尽相同，拔节期、孕穗期和成熟期的最优波段数最多（６）。逡逑１５逡逑

为了能够更直观观测不同技术路线建立的模型估测产量的效果，将三种技术路线中逡逑表现较好的模型建立实测值与预测值的１：１拟合图，用以直观的表示预测效果，结果如逡逑图４所示。逡逑１００００邋－逦Ｚ邋１００００邋－逦／ｙ逦１００００邋－逦／逡逑§逦Ｒ＝－0．７７逦／ｙ／逦Ｒ＝２０．７６逦■逦／＂／逦Ｒ＝２０．７６逡逑ｒ邋６０００邋－逦■％邋＂逦＊逦６０００邋－逦＞－邋ｍｍ逦＿邋－逦．逦Ｂ逡逑｜邋．邋ｙｒ邋＼逦Ｘ邋－邋■逦少逡逑￡邋４０００邋－逦４０００邋－逦＾逦４０００邋－逦ｙｙ逡逑Ｍ邋２０００邋－逦Ａ邋２０００邋－逦Ｂ邋２０００邋－逦－逦ｒ逡逑／ｆ＾逦．／ｉ邋■逡逑／邋ａ逦／逦／逡逑Ａ邋１／逦．逦Ｉ逦．邋Ｉ逦．逦Ｉ逦．邋Ｉ逦■逦Ｉ邋Ｉ邋Ｑ邋Ｕ逦．邋Ｉ逦．逦Ｉ逦．邋Ｉ逦．邋Ｉ邋■逦Ｉ邋Ｉ逦（）邋１／逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦Ｉ逦．逦｜逦．逦｜逡逑０逦２０００逦４０００逦６０００逦８０００逦１００００邋０逦２０００逦４０００逦６０００逦８０００逦１００００逦０逦２０００逦４０００逦６０００逦８０００逦１００００逡逑实测值邋Ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｖａｌｕｅ逦实测值邋Ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｖａｌｕｅ逦实测值邋Ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｖａｌｕｅ逡逑图４冬小麦产量实测值与预测值１：１图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋４邋Ｔｈｅ邋ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｖａｌｕｅ邋ｏｆ邋ｗｉｎｔｅｒ邋ｗｈｅａｔ邋ｙｉｅｌｄ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋１：１邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ邋ｖａｌｕｅ逡逑注：Ａ、Ｂ、Ｃ：邋“光谱一产量”模式、“光谱一农学参数—产量”模式、“植被指数－产量１莫式

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本文编号：2776084