东北春玉米冠层光谱特征与氮营养诊断依据的研究

发布时间：2017-08-21 09:14

  本文关键词：东北春玉米冠层光谱特征与氮营养诊断依据的研究

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【摘要】：玉米生产在我国国民经济中占有重要地位,如何使其高产量、高品质和高效益是摆在当前农业工作者面前的一项重要任务。玉米施肥过程中普遍存在氮肥不合理使用的现象,如用量逐年增加、利用率较低等,严重污染玉米田间生态环境;因此为实时掌握玉米田间氮素的盈缺状况,进而实现东北春玉米氮肥使用最优化;本文采用田间试验和室内分析相结合的方法,使用ASDFieldSpec波谱仪测定不同品种、不同生育期及不同施氮水平(N1~N6)下的玉米冠层光谱反射率,确定了不同生育期玉米冠层叶片光谱特征,明确了冠层叶片光谱响应的敏感区域及最佳波长,建立了氮含量检测光谱参数及预测模型,使用优化NDVI指数反演了喇叭口期叶片氮含量,研究结果为东北春玉米氮营养无损检测提供新的方法依据,为研制低成本、高精度的田间光谱传感器提供数据支撑。全文主要研究结论如下:(1)植株氮和叶片氮含量随着玉米生育期推进逐渐降低,拔节期植株氮含量和吐丝期叶片氮含量与施氮量均呈二次曲线;叶绿素含量在玉米整个生育期呈现先增加后降低趋势;喇叭口期叶绿素含量与施氮量呈指数曲线,达到显著水平。(2)东北春玉米冠层光谱反射率在可见光区随着施氮量增加呈现下降趋势,红外光谱区呈现上升趋势;吐丝期光谱反射率在整个测定波段明显高于喇叭口期;不同玉米品种在相同条件下冠层光谱反射率不同;正常施氮量和减施氮量条件下,12个玉米品种冠层光谱反射率聚类分析反映的聚类程度不同。(3)东北春玉米喇叭口期和吐丝期,冠层叶片光谱反射率及一阶导数(可部分消除线型背景噪声光谱)与植株氮、叶片氮和叶绿素含量在可见光区呈现负相关,在可见光波范围内相关系数有两个峰值,在红外及远红外光谱区呈正相关。植株氮、叶片氮及叶绿素光谱敏感波段主要集中在绿光区、红光区和近红外区;玉米营养指标含量对玉米冠层近红外光谱反射率的影响较小,敏感波段的确定为玉米氮营养光谱指数预测模型的构建提供了理论依据。(4)分别构建东北春玉米喇叭口期和吐丝期玉米氮(x)及其光谱指数(y)预测模型,确定不同生育期玉米氮含量最佳光谱预测指数,其中喇叭口期植株氮含量的光谱指数中差值植被指数R760-R718、吐丝期归一化植被指数(R765-R548)/(R765+R548)预测精度和准确度较高;喇叭口期叶片氮含量的光谱指数中归一化植被指数(R711-R553)/(R711+R553)和吐丝期差值植被指数R715-R548具有较高的预测精度和准确度,可以用于反演玉米叶片氮含量。(5)分别构建东北春玉米喇叭口期和吐丝期叶绿素(x)及其光谱指数(y)估算模型,确定了玉米叶绿素最佳光谱预测指数;喇叭口期叶绿素含量的光谱指数中比值植被指数R749/R712和归一化植被指数(R749-R551)/(R749+R551)及吐丝期归一化植被指数(R755-R711)/(R755+R711)预测精度和准确度最高,可以用于反演玉米叶片叶绿素含量。(6)NDVI测定值和NDVI计算值随施氮量增加增加,均能用于反演玉米叶片氮含量,NDVI测定值反演叶片氮含量的相关性小于NDVI计算值;近红外波段光谱反射率最大值和红光波段光谱反射率最小值构建优化NDVI值与NDVI测定值显著相关,与玉米叶片氮含量显著线性相关,能较好的反演喇叭口期玉米叶片氮含量;780nm和670nm波长和850nm和660nm波长构建的NDVI值与NDVI测定值显著相关,与玉米叶片氮含量显著线性相关,能较好的反演喇叭口期玉米叶片氮含量,这一结果为研发以不同波段构建NDVI植被指数的光电传感器,为应用其实时精准诊断提供理论支持。
【关键词】：玉米 氮营养 冠层光谱 特征值 诊断
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S513
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 前言11-12
• 第一篇 文献综述12-25
• 第一章 研究进展12-21
• 1.1 我国玉米的研究现状12-13
• 1.2 作物氮素营养研究现状13
• 1.3 玉米氮素营养的变化规律13-14
• 1.4 植物氮营养的诊断方法研究进展14-16
• 1.5 玉米氮营养诊断研究进展16-21
• 第二章 研究内容、技术路线、拟解决问题及创新点21-25
• 2.1 研究内容21-22
• 2.2 技术路线22-23
• 2.3 拟解决的关键科学问题23
• 2.4 可行性分析23-24
• 2.5 创新点24-25
• 第二篇 研究内容25-88
• 第一章 东北春玉米整个生育期营养指标动态变化25-36
• 1.1 材料与方法25-27
• 1.1.1 试验材料25-26
• 1.1.2 试验方法26-27
• 1.2 结果与分析27-34
• 1.2.1 东北春玉米土壤无机氮动态及与营养指标相关性27-29
• 1.2.2 玉米整个生育期氮含量动态变化29-33
• 1.2.3 玉米整个生育期叶片叶绿素含量动态变化33-34
• 1.3 讨论34-35
• 1.4 小结35-36
• 第二章 东北春玉米主要生育期光谱特征研究36-48
• 2.1 材料与方法36-38
• 2.1.1 试验材料36-37
• 2.1.2 试验方法37-38
• 2.2 结果与分析38-46
• 2.2.1 东北春玉米主要生育期冠层光谱特征38-39
• 2.2.2 东北春玉米主要生育期光谱“三边”特征39-41
• 2.2.3 不同品种春玉米冠层光谱特征及聚类分析41-46
• 2.3 讨论46
• 2.4 小结46-48
• 第三章 东北春玉米主要生育期营养指标与光谱反射率相关性48-55
• 3.1 材料与方法48-49
• 3.1.1 试验材料48-49
• 3.1.2 试验方法49
• 3.2 结果与分析49-53
• 3.2.1 东北春玉米主要生育期氮含量与光谱反射率相关性49-52
• 3.2.2 东北春玉米主要生育期叶绿素含量与光谱反射率相关性52-53
• 3.3 讨论53-54
• 3.4 结论54-55
• 第四章 东北春玉米氮营养光谱指数预测模型及校验55-70
• 4.1 材料与方法56
• 4.2 结果与分析56-68
• 4.2.1 春玉米植株氮含量光谱指数预测模型及校验56-62
• 4.2.2 春玉米叶片氮含量光谱指数预测模型建立及校验62-68
• 4.3 讨论68-69
• 4.4 小结69-70
• 第五章 东北春玉米叶绿素光谱指数预测模型及校验70-78
• 5.1 材料与方法70
• 5.2 结果与分析70-77
• 5.2.1 喇叭.期叶绿素含量光谱指数预测模型建立及校验71-74
• 5.2.2 吐丝期叶绿素含量光谱指数预测模型建立及校验74-77
• 5.3 讨论77
• 5.4 小结77-78
• 第六章 基于高光谱优化NDVI值反演玉米叶片氮含量78-85
• 6.1 材料与方法78-80
• 6.1.1 试验材料78-79
• 6.1.2 试验方法79-80
• 6.2 结果与分析80-83
• 6.2.1 不同施氮量下玉米叶片NDVI值差异80-81
• 6.2.2 NDVI测定值与计算值相关性81-82
• 6.2.3 NDVI值与叶片氮相关性82
• 6.2.4 玉米叶片氮含量的NDVI反演82-83
• 6.3 讨论83-84
• 6.4 结论84-85
• 第七章 结论与展望85-88
• 7.1 研究结论85-87
• 7.2 研究展望87-88
• 参考文献88-102
• 作者简介102-103
• 致谢103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 佟屏亚;中国玉米综合利用及其发展策略[J];调研世界;1998年11期

2 陈进发;陈凯敏;徐剑波;;基于TM-NDVI的草地生产力遥感监测研究(英文)[J];Agricultural Science & Technology;2011年01期

3 赵满兴;陈宗礼;;西北旱地冬小麦氮素营养诊断生理指标初探[J];中国农学通报;2010年20期

4 张玉森;姚霞;田永超;曹卫星;朱艳;;应用近红外光谱预测水稻叶片氮含量[J];植物生态学报;2010年06期

5 李志宏,张云贵,刘宏斌,张福锁;叶绿素仪在夏玉米氮营养诊断中的应用[J];植物营养与肥料学报;2005年06期

6 郭建华;王秀;孟志军;赵春江;宇振荣;陈立平;;主动遥感光谱仪Greenseeker与SPAD对玉米氮素营养诊断的研究[J];植物营养与肥料学报;2008年01期

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本文编号：712032