東北春玉米冠層光譜特征與氮營(yíng)養(yǎng)診斷依據(jù)的研究

東北春玉米冠層光譜特征與氮營(yíng)養(yǎng)診斷依據(jù)的研究玉米生產(chǎn)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位,如何使其高產(chǎn)量、高品質(zhì)和高效益是擺在當(dāng)前農(nóng)業(yè)工作者面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。玉米施肥過(guò)程中普遍存在氮肥不合理使用的現(xiàn)象,如用量逐年增加、利用率較低等,嚴(yán)重污染玉米田間生態(tài)環(huán)境;因此為實(shí)時(shí)掌握玉米田間氮素的盈缺狀況,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)東北春玉米氮肥使用最優(yōu)化;本文采用田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,使用ASDFieldSpec波譜儀測(cè)定不同品種、不同生育期及不同施氮水平(N1~N6)下的玉米冠層光譜反射率,確定了不同生育期玉米冠層葉片光譜特征,明確了冠層葉片光譜響應(yīng)的敏感區(qū)域及最佳波長(zhǎng),建立了氮含量檢測(cè)光譜參數(shù)及預(yù)測(cè)模型,使用優(yōu)化NDVI指數(shù)反演了喇叭口期葉片氮含量,研究結(jié)果為東北春玉米氮營(yíng)養(yǎng)無(wú)損檢測(cè)提供新的方法依據(jù),為研制低成本、高精度的田間光譜傳感器提供數(shù)據(jù)支撐。全文主要研究結(jié)論如下:(1)植株氮和葉片氮含量隨著玉米生育期推進(jìn)逐漸降低,拔節(jié)期植株氮含量和吐絲期葉片氮含量與施氮量均呈二次曲線(xiàn);葉綠素含量在玉米整個(gè)生育期呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì);喇叭口期葉綠素含量與施氮量呈指數(shù)曲線(xiàn),達(dá)到顯著水平。(2)東北春玉米冠層光譜反射率在可見(jiàn)光區(qū)隨著施氮量增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì),紅外光譜區(qū)呈現(xiàn)上升趨勢(shì);吐絲期光譜反射率在整個(gè)測(cè)定波段明顯高于喇叭口期;不同玉米品種在相同條件下冠層光譜反射率不同;正常施氮量和減施氮量條件下,12個(gè)玉米品種冠層光譜反射率聚類(lèi)分析反映的聚類(lèi)程度不同。(3)東北春玉米喇叭口期和吐絲期,冠層葉片光譜反射率及一階導(dǎo)數(shù)(可部分消除線(xiàn)型背景噪聲光譜)與植株氮、葉片氮和葉綠素含量在可見(jiàn)光區(qū)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),在可見(jiàn)光波范圍內(nèi)相關(guān)系數(shù)有兩個(gè)峰值,在紅外及遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)呈正相關(guān)。植株氮、葉片氮及葉綠素光譜敏感波段主要集中在綠光區(qū)、紅光區(qū)和近紅外區(qū);玉米營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)含量對(duì)玉米冠層近紅外光譜反射率的影響較小,敏感波段的確定為玉米氮營(yíng)養(yǎng)光譜指數(shù)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建提供了理論依據(jù)。(4)分別構(gòu)建東北春玉米喇叭口期和吐絲期玉米氮(x)及其光譜指數(shù)(y)預(yù)測(cè)模型,確定不同生育期玉米氮含量最佳光譜預(yù)測(cè)指數(shù),其中喇叭口期植株氮含量的光譜指數(shù)中差值植被指數(shù)R760-R718、吐絲期歸一化植被指數(shù)(R765-R548)/(R765+R548)預(yù)測(cè)精度和準(zhǔn)確度較高;喇叭口期葉片氮含量的光譜指數(shù)中歸一化植被指數(shù)(R711-R553)/(R711+R553)和吐絲期差值植被指數(shù)R715-R548具有較高的預(yù)測(cè)精度和準(zhǔn)確度,可以用于反演玉米葉片氮含量。(5)分別構(gòu)建東北春玉米喇叭口期和吐絲期葉綠素(x)及其光譜指數(shù)(y)估算模型,確定了玉米葉綠素最佳光譜預(yù)測(cè)指數(shù);喇叭口期葉綠素含量的光譜指數(shù)中比值植被指數(shù)R749/R712和歸一化植被指數(shù)(R749-R551)/(R749+R551)及吐絲期歸一化植被指數(shù)(R755-R711)/(R755+R711)預(yù)測(cè)精度和準(zhǔn)確度最高,可以用于反演玉米葉片葉綠素含量。(6)NDVI測(cè)定值和NDVI計(jì)算值隨施氮量增加增加,均能用于反演玉米葉片氮含量,NDVI測(cè)定值反演葉片氮含量的相關(guān)性小于NDVI計(jì)算值;近紅外波段光譜反射率最大值和紅光波段光譜反射率最小值構(gòu)建優(yōu)化NDVI值與NDVI測(cè)定值顯著相關(guān),與玉米葉片氮含量顯著線(xiàn)性相關(guān),能較好的反演喇叭口期玉米葉片氮含量;780nm和670nm波長(zhǎng)和850nm和660nm波長(zhǎng)構(gòu)建的NDVI值與NDVI測(cè)定值顯著相關(guān),與玉米葉片