基于热红外图像的小麦花后氮含量估测及产量预测

发布时间：2020-09-30 11:21

　　 氮肥是小麦生产中用量最大、应用最广的一种主要肥料。近年来由于盲目施肥现象普遍存在,导致氮肥利用效率低,产量增加缓慢甚至降低,因此应用快速便捷的氮肥施用监测技术势在必行。国内外众多研究表明,同一生长环境下,冠层温度变化可反映小麦生长发育及其生理代谢状况,且与小麦产量及构成因素间存在显著关系,因此利用冠层温度监测小麦生理代谢状况、评价施氮措施优劣、指导小麦高产栽培是行之有效的,在数字农业和智慧农业中将具有巨大的应用潜力。本研究于小麦开花期应用手持式热红外仪和无人机搭载的热红外相机获取冠层温度分布图,结合同期进行的小麦光合能力监测,分析了四个氮肥施用量即0kg·hm-2(N1)、180kg·hm-2(N2)、240 kg·hm-2(N3)和 300 kg hm-2(N4)对扬麦 23 花后 7d、花后 14d和花后21d冠层温度、植株氮含量、光合性状及不同器官生物量积累、小麦产量及其构成因素等的影响,以及开花期氮含量与小麦冠层温度的关联。在此基础上,根据前人研究进展和本研究试验结果,为构建小麦花后氮含量最佳估测模型,本研究选取R、G、B、NRI、NGI、NBI、GMR、GR、ExG、ExR、ExGMR、NDIg、NDIb、NDI、叶片温度 LT、小麦穗部温度PT以及冠层盖度CC等特征参数,通过分析上述热红外图像特征参数与小麦花后7d、花后14d和花后21d氮含量的相关关系,找到适合构建小麦花后不同生育期氮含量估测模型的图像特征参数并进行建模及模型检验。模型构建结果如下:(1)小麦图像特征参数LT与花后叶片氮含量的相关性最好,通过多元逐步回归分析拟合的花后叶片氮含量最佳估测模型分别为:花后7d叶片氮含量最佳估测模型为y=-6.0934*LT+195.41,模型检验 R2 为 0.7101,RMSE为4.964 mg·g-1为花后 14d 叶片氮含量最佳估测模型为 y=-2.5351*LT+69.708,模型检验 R2 为 0.6481,RMSE 为 1.807 mg·g-1;花后21d叶片氮含量最佳估测模型为y=-1.037*LT+36.221,模型检验R2为0.6224,RMSE为0.834 mg·g-1。因此,利用冠层叶片温度估测小麦花后叶片氮含量是可行的。(2)图像特征参数PT与小麦花后穗部氮含量的相关性最好,花后不同生育期通过多元逐步回归分析拟合的穗部氮含量最佳估测模型分别为:花后7d穗部氮含量最佳估测模型为 y=-2.6926*PT+89.4,模型检验 R2 为 0.6886,RMSE为2.962 mg·g-为 花后 14d zB部氮含量最佳估测模型为y=-3.0443*PT+75.442,模型检验R2为0.6698,RMSE为3.224mgg·1;花后21d穗部氮含量最佳估测模型为y=-1.8058*PT+64.086,模型检验R2为0.683,RMSE为2.735 mg·g-1。因此,冠层穗部温度可用于小麦花后穗部氮含量估测。(3)特征参数CT与小麦开花期生物量的相关性最好,花后不同生育期通过多元逐步回归分析拟合的生物量最佳估测模型分别为:花后7d生物量最佳估测模型为y=1051.5*CT2-60418*CT+876864,模型检验 R2 为 0.6192,RMSE 为 1280.207 kg.hm-2;花后14d生物量最佳估测模型为y=-1408.7*CT2+53704*CT-496833,模型检验R2为0.6407,RMSE 为 1159.665 kg·hm-2;花后 21d 生物量最佳估测模型为 y=-87.291*LT2+2348.9*LT+33.92,模型检验 R2 为 0.6165,RMSE 为 1457.815 kg·hm-2。因此,可利用冠层温度估测小麦开花期生物量进而实现小麦产量预测。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S512.1;TP391.41
【部分图文】：

逦２Ｍｂｐｓ逡逑试验采用菲力尔公司生产的ＦＬＩＲ邋Ｅ４０手持式热红外仪作为冠层尺度热图像采集设备逡逑（图２－３）。该仪器体积小巧，便于携带，操作简单，具有自动定位和全幅对焦控制等功能，逡逑数据获取快速高效。逡逑

悘娭ｆ逡逑懌逡逑图２－２邋ＤＪＩ邋ＺＥＮＭＵＳＥ邋ＸＴ热红外相机逡逑Ｆｉｇ邋２－２邋ＤＪＩ邋ＺＥＮＭＵＳＥ邋ＸＴ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｃａｍｅｒａ逡逑大疆ＺＥＮＭＵＳＥ邋（禅思）ＸＴ热红外相机具体参数见表２－２。逡逑表２－２邋ＤＪＩ邋ＺＥＮＭＵＳＥ邋ＸＴ的技术参数逡逑Ｔａｂｌｅ．邋２－２邋Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ＤＪＩ邋ＺＥＮＭＵＳＥ邋ＸＴ逡逑技术名称逦具体参数逦技术名称逦具体参数逡逑尺寸逦１０３Ｘ７４Ｘ邋１０２逦波长范围逦７．５邋—邋１３．５叫逡逑重量逦２７０ｇ逦灵敏度逦＜５０ｍＫａｔｆ７１．０逡逑热成像器逦非制冷氧化钒（ＶＯｘ）逦高增益：－２５°Ｃ至１３５°Ｃ；逡逑场景范围逡逑微测热辐射计逦低增益：－４（ＴＣ至５５０°Ｃ逡逑工作环境温度逦－Ｉ０°Ｃ至４０°Ｃ逦照片格式逦ＪＰＥＧ和ＴＩＦＦ逡逑热冲击逦５°Ｃ／ｍｉｎ逦视频格式逦ＭＰ４逡逑像元间距逦１７｜ｉｍ逦视频录制码率逦２Ｍｂｐｓ逡逑试验采用菲力尔公司生产的ＦＬＩＲ邋Ｅ４０手持式热红外仪作为冠层尺度热图像采集设备逡逑（图２－３）。该仪器体积小巧，便于携带，操作简单，具有自动定位和全幅对焦控制等功能，逡逑数据获取快速高效。逡逑

图２４热图像获取逡逑Ｆｉｇ邋２－４邋Ｔｈｅｒｍａｌ邋ｉｍａｇｅ邋ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ逡逑３．３图像处理逡逑

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本文编号：2830772