东北春玉米冠层光谱特征与氮营养诊断依据的研究

东北春玉米冠层光谱特征与氮营养诊断依据的研究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