[发明专利]一种小麦植株氮含量的高光谱测定方法

说明书

本发明公开了一种小麦植株氮含量的高光谱测定方法，包括以下步骤：选取试验样本、数据采集、数据处理与模型筛选、构建最合适的小麦植株氮含量监测模型、优化小麦植株氮含量监测模型、测试与检验小麦植株氮含量监测模型。本发明以不同小麦基因型品种为材料，利用高光谱遥感技术对不同种植地点、年份、生育时期、施肥水平、种植密度等条件下的小麦植株含氮量进行测定，高光谱遥感技术克服了传统测定方法的繁琐费事耗力的缺点，可以快速有效、非破坏性地获得连续性的大量光谱信息，为实时监测作物长势、营养状况，估测作物氮含量、产量和品质等提供了可能。

技术领域

本发明属于农业技术领域，尤其涉及一种小麦植株氮含量的高光谱测定方法。

背景技术

小麦是世界上栽培最古老、种植面积最大、总产量最多和贸易量最大的作物，在我国的种植面积居第三位，是重要的商品粮和主要粮食储备品种；而氮素是小麦生长发育所必需的第一大矿质营养元素，其营养效率的高低直接影响着作物的产量和品质，具有“生命的元素”之称。近年来，我国氮肥施用量持续增加，在促进作物增产的同时，也因过度施用导致肥效急剧下降，并造成严重的资源浪费和环境污染问题。基于经济效益和生态环境保护双重要求，提高氮肥利用率已成为农业科技创新的前沿问题和保障我国粮食安全的重要需求。因此，大力发展小麦植株生长实时监测技术，对小麦植株氮素状况进行实时、快速和准确地检测，精确管理与调控氮肥施用量，对确保作物产量和品质目标，提高氮肥利用效率，减少环境污染具有重要意义，这也是现代农业施肥管理所迫切需要解决的关键技术。

长期以来，传统的小麦植株的氮素含量监测都是通过田间破坏性取样、室内分析测定而得，需要投入大量精力与时间，分析成本高，周期较长，时效性差。近年来，随着科学技术的发展，无损诊断氮素状况的方法已经被许多研究者提出，包括叶色诊断、叶绿素仪、叶绿素荧光技术等，相比之下，作物光谱诊断技术的目标样本不是单个的样本而是大范围的群体，能够快速准确的诊断作物的生长状态和大区域作物的空间变化。随着高光谱技术的快速发展，应用光谱无损探测技术能够实时快速监测作物氮含量状况，已成为当前及将来田间作物长势及营养诊断的重要方法，为作物氮含量精确管理提供可靠的技术支持。小麦植株体内大多数生理生化变化会引起某些特定波段反射光谱的变化。基于这一原理，可以利用小麦植株生长信息的光谱特征波长和植被指数来反演小麦植株的氮含量状态。然而目前关于氮含量的监测方法多以水稻、玉米为研究对象，对不同基因型小麦品种研究甚少，而利用不同试验条件下品种间高光谱特征构建生理生化指标监测模型，进而评价氮含量相关指标的研究更是少之甚少。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述传统的测定植物氮含量的方法多具有破坏性、分析成本高和费时费力，周期较长，时效性差且目前关于氮含量的监测方法多以水稻、玉米为研究对象，对不同试验条件下不同小麦基因型品种的研究甚少的问题，本发明提供一种小麦植株氮含量的高光谱测定方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种小麦植株氮含量的高光谱测定方法，包括以下步骤：

(1)试验样本：来自不同年份、不同地点、不同品种、不同施肥处理、不同种植密度和不同生育时期等条件下的960份小麦植株样本；

(2)数据采集：采用ASD Fieldspc FR2500光谱仪获取小麦植株垂直角度光谱反射率，并加测土壤背景光谱；

(3)数据处理与模型筛选：对试验采集的光谱数据，用挑选的15个常用光谱指数和1个新构建的光谱指数，采用SPSS17.0以及MATLAB software软件进行数据处理；

(4)构建最合适的小麦植株氮含量监测模型；

(5)优化小麦叶氮含量监测模型；

(6)测试与检验小麦叶氮含量监测模型。