基于叶片光谱分析的玉米氮素营养诊断研究

发布时间：2020-05-21 04:06

【摘要】：利用光谱技术可以快速监测作物氮素营养,有助于管理者及时采取措施,既保证作物产量,又提高肥料效益、减少环境污染。本文以玉米为研究对象,以盆栽试验和大田试验相结合,探究玉米叶片生理生化指标的时空分布及其与叶片光谱反射率的相关关系、叶片SPAD值与氮素营养的关系、叶片光谱反射率与植株氮含量(PNC)、根区土壤无机氮的关系以及预测模型的构建和评价,以期建立高效的玉米氮素营养诊断技术。主要结论如下:1.叶片的生理生化指标呈现一定的时空差异性。叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、叶片厚度和叶片净光合速率随氮肥的增施呈增加的趋势,与可见光波段的光谱反射率呈负相关关系,与近红外波段光谱反射率呈正相关关系。可溶性糖随着氮肥的增施呈递减趋势,与可见光波段的光谱反射率呈正相关关系,与近红外波段的光谱反射率呈负相关关系。2.随着生育期的推移,叶片氮含量呈减少趋势,在同一生育期,同一施肥水平下的叶片氮含量:上层中层下层,叶片氮含量随着氮肥的增施呈先增加后平稳的趋势。拔节期的下层叶片敏感性较强,其最佳比值光谱指数为RSI(1811,1842);大喇叭口期和灌浆期的上层叶片的敏感性较强,选取的最佳比值光谱指数分别为RSI(720,557)、RSI(600,511);开花吐丝期的中层叶片的敏感性较强,最佳光谱指数为RSI(688,644)。3.明确了叶片SPAD值的时空分布,前三个生育期上层叶片SPAD值与叶片氮含量相关性较强,灌浆期中层叶片相关性较强。四个生育期的下层叶片SPAD值与植株氮含量的相关性均达极显著水平,叶片平均SPAD值与植株氮含量的相关性均达极显著水平。4.拔节期的植株氮含量是最大的,随着玉米的生长呈递减的趋势,在同一生育期内,随着氮肥的增施,植株氮含量呈增加趋势。大喇叭口期和灌浆期的叶片光谱反射率与植株氮含量在可见光波段呈负相关关系,拔节期和开花吐丝期两者在近红外波段呈正相关关系。5.施氮能显著提高根区土壤无机氮含量,随着玉米的生长呈递减趋势。拔节期和开花吐丝期根区土壤无机氮含量与叶片光谱反射率在可见光波段呈负相关,在近红外波段呈正相关关系,大喇叭口期两者在可见光波段呈负相关关系。6.对于植株氮含量的预测,四个生育期的最佳光谱指数分别为RSI(816,835)、RSI(1030,738)、PPR和RVI-2,拔节期、大喇叭口期和灌浆期的偏最小二乘回归(PLSR)模型均能很好地预测植株氮含量,而开花吐丝期能粗略地预测。对于根区土壤无机氮含量的预测,四个生育期的最佳光谱指数分别为RVI-2、RVI-2、RSI(567,519)和RSI(802,816)。基于PLSR建立的预测模型,前三个生育时期均能很好地预测根区土壤无机氮含量。基于PLSR建立模型可以实现利用叶片光谱数据预测植株氮含量和根区土壤无机氮含量。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O433.4;S513

【相似文献】