【摘要】：冬小麥產(chǎn)量的提高與糧食安全密切相關(guān),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用氮肥以期提高作物產(chǎn)量,但是過量施肥已經(jīng)造成環(huán)境污染等問題。及時(shí)監(jiān)測作物氮素含量,指導(dǎo)科學(xué)合理的施肥,對糧食生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)意義重大。高光譜技術(shù)能實(shí)現(xiàn)作物冠層光譜的快速獲取,但是冠層光譜的準(zhǔn)確性直接影響作物長勢估測的精度和穩(wěn)定性。為準(zhǔn)確及時(shí)了解作物長勢,提高生理指標(biāo)的高光譜估測精確度,本研究分析冬小麥SPAD值、氮含量、冠層光譜以及葉片光譜隨施氮量的變化規(guī)律及關(guān)系,運(yùn)用偏最小二乘法(PLS)選取基于冠層光譜和葉片光譜的SPAD值和氮含量特征波段,并進(jìn)行光譜估測模型的效果比較。為提高估測精度,對預(yù)處理方法及其組合進(jìn)行分析,結(jié)合PLS進(jìn)行模型的構(gòu)建,選擇出最佳預(yù)處理方法。主要結(jié)論如下:(1)冬小麥SPAD值變化在整個(gè)生育期呈拋物線趨勢,以開花期最高。拔節(jié)期,不同葉位葉片SPAD值大小為頂二葉頂三葉頂一葉。孕穗期、開花期和灌漿期,葉位SPAD值變化趨勢基本為頂一葉頂二葉頂三葉,且各葉位間SPAD值差異增大。葉片氮含量在拔節(jié)期、開花期和灌漿期表現(xiàn)為頂一葉頂二葉頂三葉,孕穗期含氮量大小趨勢基本為頂二葉頂一葉頂三葉,頂二葉和頂三葉對氮素的反應(yīng)較為敏感。植株氮含量隨生育期的推進(jìn)而降低,隨施氮量的增加而增加,與葉片氮含量呈(極)顯著相關(guān)關(guān)系。(2)冬小麥冠層反射率在可見光波段反射率隨施氮量增加而降低,近紅外和中紅外區(qū)域光譜反射率則升高。隨著施氮量的增加,不同葉位葉片反射率在可見光和近紅外區(qū)域的差異減小。葉片SPAD值和氮含量與冠層光譜的相關(guān)性順序均為:頂一葉頂二葉頂三葉,而與葉片光譜的相關(guān)性比較穩(wěn)定。(3)冠層光譜和葉片光譜監(jiān)測氮素的敏感波段多位于綠峰、近紅外區(qū)域,基于葉片光譜建立的頂一葉、頂二葉和頂三葉SPAD值估測模型R2分別為0.722、0.691和0.681,氮含量估測模型R2分別為0.732、0.719和0.706,估測效果均較好�；诠趯庸庾V建立的頂一葉氮素估測效果最好,但模型精度低于葉片光譜模型。(4)經(jīng)基線校正(BC)、多元散射校正(MSC)、噪音校正(NC)及組合預(yù)處理后在可見光區(qū)域光譜基線漂移明顯得到抑制,BC與MSC預(yù)處理提高了近紅外區(qū)域光譜曲線的集中性。單一預(yù)處理方法NC預(yù)處理建立的模型精度最高,SPAD值和氮含量估測模型R2分別為0.686和0.683,RMSE分別為1.150和0.326,MSC處理降低了模型估測效果。兩種預(yù)處理方法估測SPAD值和氮含量,分別為MSC+NC和NC+MSC建模效果最好,R2分別為0.768和0.762,RMSE為0.988和0.282。三種預(yù)處理方法組合NC+BC+MSC估測SPAD值和氮含量精度最高。研究表明預(yù)處理在一定程度上可以消減噪音,但不當(dāng)?shù)墓庾V預(yù)處理方法會降低模型預(yù)測效果。預(yù)處理方法并非越多越好。不同的預(yù)處理順序,估測結(jié)果不同。
【圖文】：

含量則在拔節(jié)期最高。孕穗期之后，氮含量下降，灌漿期尤為明顯，氮素輸出，為籽逡逑蛋白的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ)。冬小麥不同葉位葉片氮含量變化基本相同，在拔節(jié)期、開逡逑期和灌漿期，頂一葉氮含量最高，頂二葉次之，頂三葉最小。而在孕穗期，，除ＮＯ外，逡逑氮量大小趨勢基本變?yōu)轫敹~邋＞邋頂一葉邋＞邋頂三葉，表明頂二葉對氮素的反應(yīng)較為敏感，逡逑片氮含量隨葉位的降低而降低。ＮＯ處理下，不同葉位葉片氮含量呈顯著性差異，以逡逑０１６－２０１７年開花期為例，頂一葉與頂二葉的差距為１８．５９％，頂二葉與頂三葉的差距達(dá)逡逑４．０５％，頂一葉和頂二葉氮含量的差異小于頂二葉和頂三葉的差值。隨施氮量的增加，逡逑同葉位葉片氮含量的差異逐漸減小，同樣以２０１６－２０１７年開花期為例，Ｎ４水平下，逡逑一葉與頂二葉、頂二葉與頂三葉的差距分別為４．１６％和７．２４％，頂一葉和頂二葉差異逡逑顯著，頂二葉與頂三葉的差值也較小。逡逑．１．４同一葉位不同施肥水平葉片氮含量分析逡逑５邐魯麥１４５（＾邐長４７３８逡逑

含量基本高于頂一葉，之后氮含量逐漸降低。逡逑３．１．５全株氮含量的分析逡逑２０１６－２０１７年不同施氮水平下冬小麥植株氮素含量隨生育時(shí)期的變化如圖５所示，逡逑由圖可以看出，隨著冬小麥的生長，植株氮含量變化呈下降趨勢，從拔節(jié)期到抽穗期，逡逑氮含量降幅明顯，濟(jì)麥２２和長４７３８從拔節(jié)期到抽穗期分別下降了邋４３．８０％－６９．８６％和逡逑４０．４８°／。－５０．３８％，從抽穗期到灌漿期分別下降了邋２１．２７％－３６．８４％和２７．０３％－３８．４６％，氮含逡逑量下降速度較為緩慢，由于冬小麥進(jìn)行生殖生長，氮素向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)所致�？傮w來看，從逡逑Ｎ０到Ｎ４，兩品種植株氮含量呈上升趨勢，表明高施氮量能促進(jìn)冬小麥植株對氮的吸收逡逑和利用。長４７３８小麥植株氮含量高于濟(jì)麥２２，不同生育時(shí)期變化幅度不同，表明不同逡逑品種對氮含量的吸收和輸出存在差異，同時(shí)會造成干物質(zhì)積累量的不同。逡逑＾邐濟(jì)麥２
【學(xué)位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S512.11

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本文編號：2607250