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基于无人机成像高光谱估算马铃薯植株氮含量 被引量:1
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作者 樊意广 冯海宽 +3 位作者 刘杨 龙慧灵 杨贵军 钱建国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1524-1531,共8页
植株氮含量(PNC)是评价作物长势和氮营养状况的重要指标,因此,准确高效地获取PNC信息,对动态监测马铃薯长势及精准施控氮肥具有重要意义。首先于马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期获取无人机高光谱影像,并基于... 植株氮含量(PNC)是评价作物长势和氮营养状况的重要指标,因此,准确高效地获取PNC信息,对动态监测马铃薯长势及精准施控氮肥具有重要意义。首先于马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期获取无人机高光谱影像,并基于预处理的影像提取5个生育期冠层的原始光谱和一阶微分光谱;其次将提取的冠层光谱与马铃薯PNC进行相关性分析,筛选出PNC的敏感波长;然后分别利用灰度共生矩阵和1~3阶颜色矩,提取冠层原始光谱特征波长处高光谱图像的纹理和颜色2种图像特征,并将提取的特征与马铃薯PNC进行相关性分析,筛选出相关性较高的前5个图像特征;最后分别基于光谱特征、图像特征和图谱融合特征利用弹性网络回归(ENR)、贝叶斯线性回归(BLR)和极限学习机(ELM)3种方法建立马铃薯PNC估算模型。结果表明:(1)马铃薯5个生育期的冠层光谱特征波长存在差异,但多数位于可见光区域。(2)冠层原始光谱特征波长图像的纹理和颜色特征与PNC的相关性较高,且现蕾期到淀粉积累期的相关性明显高于成熟期。(3)基于单一光谱特征和单一图像特征构建的马铃薯PNC估算模型在现蕾期到淀粉积累期效果较好,成熟期效果较差。(4)现蕾期到淀粉积累期,基于图谱融合特征的马铃薯PNC估算效果明显优于单一光谱特征和单一图像特征。(5)马铃薯各生育期,基于同种变量利用ENR构建的PNC估算模型效果较好,BLR次之,ELM较差。其中,以图谱融合特征为模型变量,利用ENR构建的PNC估算模型精度和稳定性最好,5个生育期的建模R^(2)分别为0.91、0.75、0.82、0.77和0.69,RMSE分别为0.24%、0.31%、0.26%、0.22%和0.29%,NRMSE分别为6.59%、9.79%、9.58%、7.87%和11.03%。该研究可为马铃薯的氮营养监测提供一种快捷高效的技术手段。 展开更多
关键词 无人机 马铃薯 高光谱 图像特征 植株氮含量
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利用光谱空间特征估算马铃薯植株氮含量
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作者 樊意广 冯海宽 +4 位作者 刘杨 边明博 赵钰 杨贵军 钱建国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1532-1540,共9页
植株氮含量(PNC)是评价作物长势和营养状况的重要指标,快速准确获取作物的PNC信息可为农田管理策略的制定与实施提供重要依据。已有研究表明,仅采用影像的光谱信息估算作物的PNC存在饱和现象,该研究尝试采用植被指数(VIs)结合二维离散... 植株氮含量(PNC)是评价作物长势和营养状况的重要指标,快速准确获取作物的PNC信息可为农田管理策略的制定与实施提供重要依据。已有研究表明,仅采用影像的光谱信息估算作物的PNC存在饱和现象,该研究尝试采用植被指数(VIs)结合二维离散小波分解技术(DWT)提取的多个尺度的高频信息(HFI)构建一种光谱空间特征(VIs+HFI),探究VIs、 HFI和VIs+HFI估算PNC的能力。首先,以无人机为遥感平台获取马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期5个氮营养关键生育期的数码影像并实测各生育期的PNC数据。其次,基于预处理的无人机影像,提取各生育期冠层的光谱信息构建VIs,并采用DWT提取各生育期1~5尺度的HFI。然后,将各生育期提取的VIs和HFI与马铃薯PNC进行相关性分析,分别筛选出相关系数绝对值较大的前7个VIs和前10个HFI。为降低共线性对实验结果的影响,根据KMO检验结果对筛选的HFI进行主成分分析(PCA)降维处理。最后,采用岭回归和极限学习机(ELM) 2种方法分别以VIs、 HFI主成分和VIs+HFI主成分为模型变量构建马铃薯各生育期的PNC估算模型,并进行评估。结果表明:(1)马铃薯各生育期,1~5尺度的HFI对估算PNC均有贡献。(2)以VIs+HFI为模型变量构建的马铃薯PNC估算模型的精度和稳定性高于单一VIs和HFI。(3)马铃薯各生育期,以岭回归方法构建的PNC估算模型优于ELM方法。其中,以VIs+HFI为模型变量构建的PNC估算模型效果最优,5个生育期的建模R^(2)分别为0.833、 0.764、 0.791、 0.664和0.435, RMSE分别为0.332%、 0.297%、 0.275%、 0.286%和0.396%;NRMSE分别为9.113%、 9.425%、 10.336%、 9.547%和15.166%,该研究可为马铃薯氮营养状况的实时高效监测提供一种新的技术支撑。 展开更多
关键词 无人机 马铃薯 植株氮含量 植被指数 高频信息
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基于无人机影像特征的冬小麦植株氮含量预测及模型迁移能力分析 被引量:3
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作者 郭燕 井宇航 +4 位作者 王来刚 黄竞毅 贺佳 冯伟 郑国清 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期850-865,共16页
【目的】氮素的精准监测和合理施用对小麦健康生长、产量及品质提升、减少农田环境污染与资源浪费尤为重要。为精准监测小麦生长关键生育期植株氮含量,探索机器学习方法构建的植株氮含量预测模型的迁移能力。【方法】小区试验于2020—2... 【目的】氮素的精准监测和合理施用对小麦健康生长、产量及品质提升、减少农田环境污染与资源浪费尤为重要。为精准监测小麦生长关键生育期植株氮含量,探索机器学习方法构建的植株氮含量预测模型的迁移能力。【方法】小区试验于2020—2022年在河南省商水县开展,在冬小麦拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期,采用M600大疆无人机搭载K6多光谱成像仪获取5波段(Red、Green、Blue、Rededge、Nir)多光谱影像。基于5个波段冠层反射率提取20种植被指数和40种纹理特征,采用相关分析从65个影像特征中筛选冬小麦植株氮含量敏感特征。基于筛选出的敏感特征,采用BP神经网络(BP)、随机森林(RF)、Adaboost、支持向量机(SVR)4种机器学习回归方法构建植株氮含量预测模型,并对模型预测效果和在不同水处理条件下模型的迁移预测能力进行分析。【结果】(1)植株氮含量与影像特征的相关系数通过0.01极显著水平检验的包括22个光谱特征和29个纹理特征。(2)4种机器学习回归方法构建的冬小麦植株氮含量预测模型存在差异,RF和Adaboost方法预测植株氮含量集中于95%的置信区间,多分布于1:1直线附近,而BP和SVR方法预测的植株氮含量分布相对较为分散;RF方法构建的预测模型R^(2)最大,RMSE最小,MAE中等,分别为0.81、0.42%和0.29%;SVR方法构建的预测模型R^(2)最小,RMSE和MAE较大,分别为0.66、0.54%和0.40%。(3)以W1处理(按需灌溉)实测植株氮含量为训练集,采用BP、RF、Adaboost和SVR方法构建的模型对W0处理冬小麦植株氮含量迁移预测R^(2)分别为0.75、0.72、0.72和0.66;以W0处理(自然状态)实测植株氮含量为训练集,BP、RF、Adaboost和SVR方法构建的模型对W1处理冬小麦植株氮含量迁移预测R^(2)分别为0.51、0.69、0.61和0.45。【结论】4种机器学习方法构建的冬小麦植株氮含量预测模型均表现出了较强的迁移预测能力,尤以RF和Adaboost方法构建的模型预测效果和迁移能力为好。 展开更多
关键词 无人机 光谱特征 纹理特征 机器学习 冬小麦植株氮含量 迁移能力
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氮肥对设施‘红地球’葡萄品质及植株氮含量的影响
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作者 李强 史星雲 +6 位作者 陈岩辉 叶芳 胡芳 韩登山 何彩 李春玲 杨宪龙 《中外葡萄与葡萄酒》 北大核心 2023年第5期27-33,共7页
以设施‘红地球’葡萄为材料,设氮肥20 cm浅施、40 cm深施两个施肥深度,不同施肥深度下设3个氮肥水平,为低氮(180 kg·hm^(-2))、中氮(240 kg·hm^(-2))、高氮(300 kg·hm^(-2)),调查氮肥对设施葡萄品质及植株氮含量的影响... 以设施‘红地球’葡萄为材料,设氮肥20 cm浅施、40 cm深施两个施肥深度,不同施肥深度下设3个氮肥水平,为低氮(180 kg·hm^(-2))、中氮(240 kg·hm^(-2))、高氮(300 kg·hm^(-2)),调查氮肥对设施葡萄品质及植株氮含量的影响。结果表明,氮肥施用深度相同时,3个施用量处理的葡萄产量、果实纵径、粒质量、可溶性固形物、可溶性糖、Vc含量及成熟期植株氮含量均显著增加,而中高氮肥施用量(240、300 kg·hm^(-2))处理的葡萄产量、果实外观品质、植株氮含量差异不显著;氮肥施用量相同时,随着施用深度的增加,葡萄产量、果实品质显著降低。综合考虑葡萄产量、品质和植株氮含量等因素,浅施中氮(施肥深度20 cm、施肥量240 kg·hm^(-2))为祁连山沿山冷凉区设施‘红地球’葡萄较为适宜的氮肥施用方式。 展开更多
关键词 红地球 产量 果实品质 植株氮含量
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小麦叶绿素荧光参数叶位差异及其与植株氮含量的关系 被引量:26
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作者 冯伟 李晓 +2 位作者 王永华 王晨阳 郭天财 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期657-664,共8页
以中蛋白质含量小麦品种矮抗58和高蛋白质含量品种郑麦366为试验材料,2008—2010年连续2个生长季进行了施氮梯度下(0、90、180和270kghm2)的田间试验。在关键生育时期同步测定叶片荧光参数、叶和茎生物质量及氮含量,建立了基于叶位差的... 以中蛋白质含量小麦品种矮抗58和高蛋白质含量品种郑麦366为试验材料,2008—2010年连续2个生长季进行了施氮梯度下(0、90、180和270kghm2)的田间试验。在关键生育时期同步测定叶片荧光参数、叶和茎生物质量及氮含量,建立了基于叶位差的小麦植株氮含量荧光估算模型。结果表明,在小麦旺盛生长的拔节至孕穗期叶绿素荧光参数Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo与对应叶片氮含量的相关系数分别为0.557、0.601、0.619和0.633,均达极显著水平(P<0.01)。顶三叶间荧光参数差异较小,随施氮水平提高,顶部第4叶荧光参数与顶三叶间差异逐渐缩小,说明其对增施氮肥反应敏感。顶部第4叶与顶部第1叶间的荧光参数差异(LPD4-1)可较好拟合小麦拔节期植株氮含量变化,Fv/Fo和Fv/Fm方程决定系数R2分别为0.644(P<0.001)和0.651(P<0.001);顶部第4叶与顶部第2叶间的荧光参数差异(LPD4-2)方程拟合决定系数有所降低,分别为0.626(P<0.002)和0.592(P<0.005);而顶部第4叶与顶三叶之间的差异(LPD4-n)与小麦孕穗期植株氮含量间呈显著线性关系,其Fo、Fv和Fm方程决定系数分别为0.726(P<0.001)、0.791(P<0.001)和0.784(P<0.001)。独立数据检验结果表明,小麦拔节期对Fv/Fo和Fv/Fm的LPD4-1预测精度R2分别为0.844(P<0.001)和0.828(P<0.001),相对误差(RE)分别为13.0%和16.7%,而LPD4-2估算植株氮含量精度有所降低,R2分别为0.793(P<0.001)和0.813(P<0.001),RE分别为16.9%和18.4%。小麦孕穗期对Fv和Fm的LPD4-n预测方程的R2分别为0.831(P<0.001)和0.815(P<0.001),RE分别为13.2%和16.4%。比较而言,小麦拔节期Fv/Fo的LPD4-1和孕穗期Fv的LPD4-n可更好地用于评估不同条件下植株氮含量的变化,为施肥调控提供决策依据。 展开更多
关键词 冬小麦 植株氮含量 叶位 荧光参数
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基于赤池信息准则的冬小麦植株氮含量高光谱估算 被引量:16
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作者 杨福芹 戴华阳 +3 位作者 冯海宽 杨贵军 李振海 陈召霞 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第23期161-167,共7页
为了快速、准确地测定冬小麦植株氮含量,利用2014?2015年的冬小麦冠层反射光谱数据构建了16种氮素或叶绿素敏感光谱指数,基于变量投影重要性(variable importance projection,VIP)-偏最小二乘(partial least squares,PLS)-赤池信息准则(... 为了快速、准确地测定冬小麦植株氮含量,利用2014?2015年的冬小麦冠层反射光谱数据构建了16种氮素或叶绿素敏感光谱指数,基于变量投影重要性(variable importance projection,VIP)-偏最小二乘(partial least squares,PLS)-赤池信息准则(Akaike’s information criterion,AIC)整合模型构建了不同生育期植株氮含量最佳回归模型,并用2012?2013年挑旗期数据对模型进行了验证。结果表明:在AIC下,拔节期以4个植被指数为自变量的模型最优;挑旗期以5个植被指数为自变量的模型最优;开花期以4个植被指数为自变量的模型最优;灌浆期以6个植被指数为自变量的模型最优。4个生育期建模的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.71、0.86、0.75、0.46和0.23%、0.13%、0.12%、0.15%,以挑旗期决定系数为最大。挑旗期验证集的R2和RMSE分别为0.81和0.41%,预测模型和验证模型均具有较高的估算精度和可靠性,研究结果为选择小麦合适的生育期估算小麦植株氮营养状况提供参考。 展开更多
关键词 模型 光谱分析 冬小麦 植株氮含量 赤池信息量准则 变量投影重要性 偏最小二乘法
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施氮量和时期运筹对超级杂交稻植株氮含量与籽粒产量的影响研究 被引量:12
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作者 石丽红 纪雄辉 +4 位作者 李永华 朱校奇 李洪顺 彭华 刘昭兵 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期534-541,共8页
以当前长江中下游稻区具有代表性的高产超级稻品种Y两优1号为材料,采用不同施N量与施N时期分配的田间试验,研究施N对超级稻植株N含量与籽粒产量的影响,从而明确超级稻高产的穗肥N施用量和比例。结果表明:随着施N量的增加,超级稻茎叶和籽... 以当前长江中下游稻区具有代表性的高产超级稻品种Y两优1号为材料,采用不同施N量与施N时期分配的田间试验,研究施N对超级稻植株N含量与籽粒产量的影响,从而明确超级稻高产的穗肥N施用量和比例。结果表明:随着施N量的增加,超级稻茎叶和籽粒N含量均呈线性升高,而且施N量对生殖生长阶段茎叶N含量的影响更为显著;与总施N量相比,穗肥N对生殖生长阶段各时期茎叶N含量的影响斜率要高1.88、1.02、1.86和2.28倍,而对成熟期籽粒N含量的影响斜率要高3.59倍。分蘖盛期至抽穗期的茎叶N含量与籽粒产量呈显著线性相关,而成熟期茎叶和籽粒N均与籽粒产量表现为二次抛物线关系;通过模拟方程和不同施N比例处理的叶片外观特征均推算出超级杂交稻达到最高产量的穗肥N用量为59.0 kg/hm2,占总施肥量32.8%。对4个时期施N比例进一步分析表明,各处理籽粒产量与由方程计算的最高产量接近,10-50-25-15处理的籽粒产量要高1.7%,说明合理分配部分N作为粒肥更有利于提高超级杂交稻产量。超级杂交稻合理穗肥(和粒肥)N有利于优化成熟期茎叶和籽粒N含量,从而构建超级稻最大库容量,使其达到最高产量水平。 展开更多
关键词 超级杂交稻 素运筹 植株氮含量 穗肥
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施氮水平对多花黑麦草植株氮含量及反射光谱特征的影响 被引量:17
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作者 杨红丽 陈功 吴建付 《草业学报》 CSCD 北大核心 2011年第3期239-244,共6页
植株氮含量是评价牧草群体长势、估测产量和确定最佳施肥量的重要指标。对不同施氮水平下多花黑麦草植株氮含量及冠层反射光谱特征进行了测试,分析了冠层反射光谱与植株氮含量之间的相关性。结果表明,施氮水平对多花黑麦草植株氮含量具... 植株氮含量是评价牧草群体长势、估测产量和确定最佳施肥量的重要指标。对不同施氮水平下多花黑麦草植株氮含量及冠层反射光谱特征进行了测试,分析了冠层反射光谱与植株氮含量之间的相关性。结果表明,施氮水平对多花黑麦草植株氮含量具有显著影响,植株氮含量随着施氮水平的增加有所升高。在可见光区域,冠层光谱反射率随施氮水平的增加而降低。植株氮含量与单波段反射率呈负相关关系,在波段487~718 nm范围内,相关系数绝对值都大于0.5(P<0.01)。利用敏感波段估测植株氮含量最优模型为y=4.362-0.754x579+0.351x700。以植被指数估测植株氮含量最佳模型为y=3.026-0.670DVI(610,487)+4.997NDVI(700,579)。植株氮含量估测值与实测值之间存在显著相关关系。 展开更多
关键词 多花黑麦草 敏感波段 植被指数 植株氮含量 冠层反射光谱
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利用无人机多源传感器估算马铃薯植株氮含量 被引量:3
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作者 樊意广 冯海宽 +4 位作者 刘杨 边明博 赵钰 杨贵军 钱建国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期3217-3225,共9页
快速准确地获取作物的植株氮含量(PNC)信息,是农业精细化管理的关键和数字农业发展的研究热点。近年来,随着无人机和传感器技术的发展,利用多种传感器信息监测作物理化参数逐渐引起国内外学者的关注。以马铃薯为研究对象,首先,基于无人... 快速准确地获取作物的植株氮含量(PNC)信息,是农业精细化管理的关键和数字农业发展的研究热点。近年来,随着无人机和传感器技术的发展,利用多种传感器信息监测作物理化参数逐渐引起国内外学者的关注。以马铃薯为研究对象,首先,基于无人机获取了马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的高光谱影像和数码影像,同时采集各生育期的地面数码影像,并实测了株高(H)、PNC和11个地面控制点(GCPs)的三维空间坐标。其次,利用无人机数码影像结合GCPs生成试验区域的数字表面模型(DSM),分别从无人机数码影像和DSM中提取马铃薯的地面覆盖度(VC)和株高(H),并利用地面数码影像计算的覆盖度(VC)和实测H验证提取的VC和H的精度。然后,根据高光谱反射率数据计算绿边参数(GEPs),构造GEPs×H×VC,GEPs/(1+VC),(GEPs+VC)×H和GEPs/(1+H)4种融合特征参数(FFPs),对高光谱影像信息和数码影像信息进行融合。最后,将各生育期提取的GEPs和构造的FFPs分别与PNC作相关性分析,筛选最优绿边参数(OGEP)和最优融合特征参数(OFFP)构建5个生育期的PNC线性估算模型,并根据相关性较高的GEPs和FFPs利用偏最小二乘(PLSR)和人工神经网络(ANN)2种回归方法构建PNC的多参数估算模型,结果表明:(1)基于无人机数码影像提取的H和VC具有较高的精度,可以代替实测H和VC估算作物理化参数。(2)与GEPs相比,前4个生育期,构造的大部分FFPs与PNC的相关性更高,能更好地反映马铃薯的氮营养状况。(3)马铃薯5个生育期,OFFP估算PNC的效果优于OGEP。(4)与单参数模型相比,基于GEPs和FFPs利用PLSR和ANN 2种方法构建的模型精度和稳定性均明显提高,其中,以FFPs为模型因子利用ANN方法构建的模型效果最好。该研究表明融合高光谱绿边参数和高清数码相机传感器提取的株高和覆盖度信息能显著提升PNC的估算精度,可为马铃薯氮营养状况的动态无损监测和多源传感器信息的应用提供参考。 展开更多
关键词 植株氮含量 无人机 多源传感器 绿边 株高 覆盖度
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基于冠层光谱特征和株高的马铃薯植株氮含量估算 被引量:6
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作者 樊意广 冯海宽 +3 位作者 刘杨 边明博 孟炀 杨贵军 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期202-208,294,共8页
为及时准确地掌握作物的植株氮含量(PNC)信息,监测作物生长状况,实现农田氮素施肥的科学管理,以马铃薯为研究对象,首先获取了现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的数码影像,并实测了各生育期的PNC、株高(H)和地面控制... 为及时准确地掌握作物的植株氮含量(PNC)信息,监测作物生长状况,实现农田氮素施肥的科学管理,以马铃薯为研究对象,首先获取了现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期的数码影像,并实测了各生育期的PNC、株高(H)和地面控制点(GCP)的三维坐标。其次利用各生育期的无人机数码影像与GCP结合生成试验区域的数字正射影像(DOM)和数字表面模型(DSM),并从中提取冠层光谱特征和株高(H_(dsm))。然后将各生育期提取的H_(dsm)和数码影像变量与地面实测的PNC进行相关性分析,从中筛选出相关性较好的影像变量和H_(dsm)作为马铃薯PNC估算模型的输入参数。最后分别基于影像变量和影像变量结合H_(dsm)利用多元线性回归(MLR)、误差反向传播(BP)神经网络和Lasso回归3种方法构建马铃薯PNC估算模型。结果表明:基于DSM提取的H_(dsm)与实测H具有较高的拟合度(R^(2)为0.860,RMSE为2.663 cm,NRMSE为10.234%);各生育期加入H_(dsm),均能提高马铃薯PNC的估算精度和稳定性;各生育期利用MLR方法构建的PNC估算模型优于BP神经网络和Lasso回归。该研究可为马铃薯PNC状况的高效、无损监测提供技术支撑。 展开更多
关键词 马铃薯 植株氮含量 株高 无人机 数码影像 冠层光谱特征
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基于无人机高光谱的冬小麦植株氮含量估算 被引量:2
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作者 肖天豪 周学军 +2 位作者 李存文 杨福芹 杨佳琪 《地理空间信息》 2022年第8期8-12,共5页
以冬小麦为研究对象,利用无人机搭载UHD185相机获取了挑旗期和开花期的高光谱影像,并同步采集了各小区的植株氮含量信息,结合相关性和方差膨胀因子,筛选了对植株氮含量敏感、植被指数之间共线性弱的植被指数,最后用多元线性回归、偏最... 以冬小麦为研究对象,利用无人机搭载UHD185相机获取了挑旗期和开花期的高光谱影像,并同步采集了各小区的植株氮含量信息,结合相关性和方差膨胀因子,筛选了对植株氮含量敏感、植被指数之间共线性弱的植被指数,最后用多元线性回归、偏最小二乘回归和逐步回归算法3种方法探究冬小麦氮含量的较优高光谱反演模型。结果表明,无论是挑旗期还是开花期,偏最小二乘回归构建的植株氮含量模型估算精度高于逐步回归和多元线性回归构建的植株氮含量估算模型,验证结果同样表明偏最小二乘回归的均方根误差为最小,将该模型应用于无人机高光谱影像上,可以为田块尺度的精准施肥提供参考。 展开更多
关键词 无人机高光谱 逐步回归法 偏最小二乘回归 多元线性回归 植株氮含量
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基于面积指数的植株氮含量遥感估算
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作者 杨福芹 冯海宽 +4 位作者 谢瑞 韩佩佩 戴渝心 蔡国盛 金丽妍 《商丘师范学院学报》 CAS 2020年第9期41-45,共5页
高光谱影像高效地评估冬小麦植株的氮含量是农业专业化发展的需要,为了对冬小麦进行实时的氮含量监测,该研究以构建的面积归一化植被指数A-NDVI和面积比值植被指数A-RVI为特征变量,利用逐步回归法分生育期建立冬小麦植株氮含量的遥感估... 高光谱影像高效地评估冬小麦植株的氮含量是农业专业化发展的需要,为了对冬小麦进行实时的氮含量监测,该研究以构建的面积归一化植被指数A-NDVI和面积比值植被指数A-RVI为特征变量,利用逐步回归法分生育期建立冬小麦植株氮含量的遥感估测模型.结果表明:在开花期,A-NDVI4,A-RVI8与冬小麦PNC的相关性最好,r均为0.63;在挑旗期,A-NDVI4与冬小麦PNC的相关性最好,r为0.67.开花期建模和验证的R2分别为0.77和0.72,验证的RMSE和NRMSE为0.14和10.48%;挑旗期建模和验证的R2分别为0.60和0.54,验证的RMSE和NRMSE为0.18和14%,两期的建模和验证结果均比较好,其研究结果可为今后冬小麦的植株氮含量估测提供参考价值. 展开更多
关键词 冬小麦 植株氮含量 植被指数 高光谱 逐步回归分析
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不同生育期冬小麦植株氮含量遥感反演方法比较
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作者 杨福芹 李蕊 +2 位作者 冯海宽 李天驰 王果 《东北农业科学》 2023年第3期118-124,共7页
及时、有效地预测作物氮含量,能够为作物氮素养分的监测和诊断提供合理的信息支持。本研究通过采集冬小麦开花期和灌浆期的光谱信息和相应的植株氮含量,对原始光谱及其变换形式与植株氮含量进行相关性分析,筛选不同光谱反射条件下的敏... 及时、有效地预测作物氮含量,能够为作物氮素养分的监测和诊断提供合理的信息支持。本研究通过采集冬小麦开花期和灌浆期的光谱信息和相应的植株氮含量,对原始光谱及其变换形式与植株氮含量进行相关性分析,筛选不同光谱反射条件下的敏感波段,采用多元线性回归、逐步回归和偏最小二乘法分别建立植株氮含量遥感估算模型。结果表明:(1)开花期所筛选的最佳敏感波段为FR_(689)、FLR_(753)、FR_(768)、F/R_(749)、FLR_(495);灌浆期所筛选的最佳敏感波段为1/R_(955)、LR_(955)、L/RR_(955)、F/R_(490)、R_(955);(2)开花期采用PLS建立的模型效果最好,建模和验证的R^(2)和RMSE分别为0.72、0.12和0.62、0.16;(3)灌浆期采用PLS建立的模型效果最好,建模和验证的R^(2)、RMSE分别为0.70、0.11和0.32、0.18。研究发现开花期所构建的植株氮含量遥感估算模型有较高的精度和可靠性,可为更好地检测冬小麦氮素利用效率和精准施肥提供理论依据。 展开更多
关键词 冬小麦 植株氮含量 多元线性回归 逐步回归 偏最小二乘回归
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作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO_2排放的影响 被引量:47
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作者 孙文娟 黄耀 +2 位作者 陈书涛 杨兆芳 郑循华 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期1-6,共6页
为探讨作物生物学特征对土壤 作物系统CO2 排放的影响 ,本研究基于逐步收割法和静态暗箱 气相色谱技术 ,以冬小麦和水稻作物为研究对象 ,采用盆栽和大田试验的方法 ,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤 作物系统CO2 排放速率 ,同... 为探讨作物生物学特征对土壤 作物系统CO2 排放的影响 ,本研究基于逐步收割法和静态暗箱 气相色谱技术 ,以冬小麦和水稻作物为研究对象 ,采用盆栽和大田试验的方法 ,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤 作物系统CO2 排放速率 ,同时测定了作物生物量和氮含量 .研究结果表明 :①土壤 作物系统CO2 排放在生长季内呈现动态变化 ,土壤 水稻系统CO2 排放高于土壤 冬小麦系统 .②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关 .③作物暗呼吸系数 (Rd)的季节变化可以用植株氮含量来描述 .冬小麦Rd 与N含量的关系可用线性方程Rd=0 0 12 4N - 0 0 0 76 (R2 =0 9879,p <0 0 0 1)表示 ;水稻Rd 与N含量的关系可用二次方程Rd=0 0 0 85N2 - 0 0 0 4 9N(R2 =0 9776 ,p <0 0 0 1)表示 .④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸 .冬小麦生长季土壤表观呼吸CO2 平均值为 2 4 7 2mg·(m2 ·h) -1,高于未种作物土壤 1 78倍 ,水稻生长季为 2 15 3mg·(m2 ·h) -1CO2 ,高于未种作物土壤的 3 38倍 .冬小麦根系呼吸系数大于水稻 ,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻 . 展开更多
关键词 土壤-作物系统 CO2排放 植株氮含量 作物生长 呼吸系数
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不同解磷菌处理下巨尾桉幼苗不同部位干质量及氮、磷、钾含量的变化 被引量:5
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作者 林凤莲 张亮 +3 位作者 林勇明 吴承祯 谢安强 陈灿 《植物资源与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期23-32,116,共11页
采用高效解磷菌P19和P7(解无机磷)以及YP17(解有机磷),研究不同浓度单一及混合解磷菌处理对巨尾桉(Eucalyptus grandis Hill ex Maiden×E.urophylla S.T.Blake)幼苗干质量、氮和钾含量的影响以及叶片磷含量的动态变化。结果表明:用... 采用高效解磷菌P19和P7(解无机磷)以及YP17(解有机磷),研究不同浓度单一及混合解磷菌处理对巨尾桉(Eucalyptus grandis Hill ex Maiden×E.urophylla S.T.Blake)幼苗干质量、氮和钾含量的影响以及叶片磷含量的动态变化。结果表明:用5×10~6、2×10~6和1×10~6CFU·mL^(-1)解磷菌单一及混合处理后,巨尾桉幼苗的地上部分和地下部分干质量、总干质量以及氮含量总体上高于空白对照(CK_B)和供磷对照(CK_P,添加18 mg·kg(-1) KH_2PO_4),且总体上差异显著(P<0.05),而仅少数处理组的幼苗钾含量显著高于CKB和CKP。随处理时间延长,不同解磷菌处理组的叶片磷含量呈现不同的变化趋势,但不同月份间叶片磷含量差异极显著(P<0.01);各处理组的叶片磷含量平均值均高于CK_B,且混菌处理组总体上高于单菌处理组。方差分析结果表明:不同解磷菌和不同菌液浓度对幼苗总干质量的影响效应均有显著差异;二者对幼苗氮含量有极显著或显著影响,但二者的交互作用对幼苗氮含量无显著影响(P>0.05);不同解磷菌、不同菌液浓度及二者间的交互作用对幼苗钾含量均有极显著影响;不同解磷菌、不同菌液浓度、不同时间及三者间的交互作用对叶片磷含量均有极显著影响。多重比较结果表明:P19-YP17、P7-YP17和P7-P19处理对幼苗氮含量和叶片磷含量平均值的提升作用明显,YP17、P19-YP17和P7-P19处理对幼苗总干质量平均值的提升作用明显,不同解磷菌对幼苗钾含量平均值无显著提升作用;不同菌液浓度下幼苗的总干质量、氮和钾含量以及叶片磷含量的平均值总体上显著高于CK_B,其中,中浓度(2×10~6CFU·mL(-1))和低浓度(1×10~6CFU·mL(-1))菌液处理对叶片磷含量以及幼苗氮和钾含量平均值的提升作用明显。综合分析结果显示:P19-YP17、P7-YP17和P19-YP17解磷菌混合处理对巨尾桉幼苗生长有明显的促进作用,可作为混合解磷菌剂加以进一步开发研究。 展开更多
关键词 土壤解磷菌 巨尾桉 植株生长 叶片磷含量 植株氮含量 植株含量
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北京地区冬小麦不同生育期植株氮营养高光谱诊断 被引量:3
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作者 杨福芹 冯海宽 +3 位作者 李振海 陈超 高磊磊 周龙 《山西农业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第5期99-108,共10页
[目的]基于冬小麦不同生育期数据,探讨不同生育期何种氮素可以更好的反应冬小麦氮素营养状况,为冬小麦氮素营养精准探测提供新的技术方法。[方法]该文利用2014-2015年北京市昌平区小汤山国家精准农业示范研究基地的冬小麦冠层反射光谱... [目的]基于冬小麦不同生育期数据,探讨不同生育期何种氮素可以更好的反应冬小麦氮素营养状况,为冬小麦氮素营养精准探测提供新的技术方法。[方法]该文利用2014-2015年北京市昌平区小汤山国家精准农业示范研究基地的冬小麦冠层反射光谱数据和相应植株氮含量及氮累积量数据,开展了不同生育期植株氮素营养高光谱诊断研究并用留一交叉法进行了模型验证。分析了不同生育期植株氮素状况和原始光谱特征、红边参数、常用植被指数之间的相关性,在此基础上构建不同生育期的氮素营养诊断模型并比较分析何种氮素状况可以很好的监测作物氮素营养状况。[结果]最佳植株氮素营养诊断模型随着生育期的变化而变化。拔节期和挑旗期mSR705、开花期REPgauss、灌浆期MTCI为自变量构建的植株氮含量模型可以很好的诊断氮素状况,其中mSR705构建的植株氮含量模型可以较好的监测不同生育期氮素状况,建模的R2分别为0.33、0.73、0.51和0.36;拔节期NBH、挑旗期和开花期MTCI、灌浆期VOGb为自变量构建的植株氮累积量模型可以很好的诊断氮素状况,其中VOGb构建的植株氮累积量诊断模型可以较好的监测不同生育期氮素状况,建模的R2分别为0.70、0.78、0.80和0.63;植株氮累积量诊断模型的精度优于植株氮含量诊断模型的精度,这不仅和叶绿素吸收有关,还与植株生物量有关。[结论]不同生育期氮素营养诊断模型与冬小麦生育期紧密相关,生长阶段氮累积量模型将优先用于估算氮素状况诊断。 展开更多
关键词 冬小麦 植株氮含量 植株累积量 高光谱指数 营养状况
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不同氮水平下鄂麦18氮养分积累规律及产量变化 被引量:1
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作者 熊又升 袁家富 +5 位作者 郝福新 阮际洲 赵书军 王朝辉 彭成林 徐祥玉 《湖北农业科学》 北大核心 2009年第10期2391-2394,共4页
采用氮素6水平4重复随机区组大田试验设计,研究鄂麦18氮素营养积累规律和产量变化。结果表明,随着施氮量的增加鄂麦18的子粒产量、干物质积累量、植株含氮量均增加,但当氮水平达到225kg.hm-2时再增加施氮量增产不显著;从苗期到成熟期,... 采用氮素6水平4重复随机区组大田试验设计,研究鄂麦18氮素营养积累规律和产量变化。结果表明,随着施氮量的增加鄂麦18的子粒产量、干物质积累量、植株含氮量均增加,但当氮水平达到225kg.hm-2时再增加施氮量增产不显著;从苗期到成熟期,不同处理小麦植株含氮量逐渐下降,氮吸收积累量在齐穗开花期前呈逐渐增加趋势,成熟期出现下降,这可能与植株氮素挥发和淋溶损失有关。所以,在湖北省小麦种植区中等肥力条件下,鄂麦18适宜施氮量为225 kg.hm-2,单产可达6 948 kg.hm-2。 展开更多
关键词 水平 干物质 植株氮含量 植株积累量 小麦产量
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基于无人机图像参数对滴灌条件下玉米氮素营养的动态诊断 被引量:3
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作者 翟勇全 魏雪 +2 位作者 运彬媛 马健祯 贾彪 《中国农业气象》 CSCD 北大核心 2022年第4期308-320,共13页
于2018和2019年在宁夏平吉堡农场进行滴灌水肥一体化氮肥梯度试验,以天赐19为试验材料,设6个氮素水平,即0(N0)、90(N1)、180(N2)、270(N3)、360(N4)和450(N5)kg·hm^(−2),在玉米拔节期(V6)、小喇叭口期(V10)、大喇叭口期(V12)、吐丝... 于2018和2019年在宁夏平吉堡农场进行滴灌水肥一体化氮肥梯度试验,以天赐19为试验材料,设6个氮素水平,即0(N0)、90(N1)、180(N2)、270(N3)、360(N4)和450(N5)kg·hm^(−2),在玉米拔节期(V6)、小喇叭口期(V10)、大喇叭口期(V12)、吐丝期(R1)和乳熟期(R3)利用无人机搭载数码相机获取玉米冠层图像,利用Matlab编写代码开发的数字图像识别系统提取玉米冠层图像红光值R、绿光值G、蓝光值B,研究基于此计算的10个冠层图像参数指标与氮素营养指标间的相关性,筛选出稳定性好且敏感度高的图像色彩参数,构建玉米氮素营养诊断指标与图像参数间关系模型并进行验证,以探究利用无人机图像进行宁夏引黄灌区滴灌玉米拔节-乳熟期氮素营养动态估测的可行性。结果表明:冠层图像参数指标绿光与红光比值(G/R)、绿光标准化值(NGI)、红绿蓝植被指数(RGBVI)与植株氮含量和叶片氮含量相关性高且变异系数小,可作为氮素营养诊断的潜在最佳色彩参数;将最佳色彩参数与植株氮含量和叶片氮含量分别进行回归模型构建,幂函数模型可以更好地预估玉米氮素营养状况;利用2019年相同氮素试验进行模型验证,发现NGI与植株氮浓度和叶片氮浓度实测值与估测值的R^(2)分别为0.738和0.689,检验指标RMSE为2.594和3.014,nRMSE为13.125%和13.347%,预测精度和准确性高于G/R和RGBVI。故选择NGI作为滴灌玉米拔节−乳熟期氮素营养动态诊断的最优参数,参数NGI与植株氮浓度的关系模型(NP=4.967×106NGI^(14.26))R^(2)为0.707,与叶片氮浓度的关系模型(NL=1.707×106NGI^(12.88))R^(2)为0.654。说明应用无人机图像技术可以较好地对宁夏引黄灌区玉米拔节−乳熟期氮素营养状况进行动态估测,构建的氮素营养诊断模型可为宁夏引黄灌区滴灌玉米氮肥精准配施提供理论依据。 展开更多
关键词 滴灌 玉米 图像参数 植株氮含量 叶片含量 诊断模型
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农田养分调控对冀中南冬小麦生育期群体动态和养分浓度的影响 被引量:1
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作者 孙彦铭 杨振立 +2 位作者 杜晓东 韩宝文 贾良良 《河北农业科学》 2016年第3期44-48,共5页
在冀中南中低产农田,采用对比试验设计,以农民习惯养分管理为对照(CK),对农田养分管理模式进行了优化调控(OPT,氮素追施时间后移至拔节期),通过田间养分试验,分析了小麦返青至拔节期的群体数量、籽粒产量以及植株氮磷钾养分浓度的变化... 在冀中南中低产农田,采用对比试验设计,以农民习惯养分管理为对照(CK),对农田养分管理模式进行了优化调控(OPT,氮素追施时间后移至拔节期),通过田间养分试验,分析了小麦返青至拔节期的群体数量、籽粒产量以及植株氮磷钾养分浓度的变化规律。结果表明:氮素适当后移至拔节期的养分优化管理模式,最终成穗率达到了生育期最高总茎数的33.0%,明显高于农民习惯养分管理的成穗率(26.9%),从而促进了产量的提高。优化处理的植株氮浓度、氮素吸收量分别在拔节期和孕穗期显著高于农民习惯处理;植株磷浓度在全生育期均低于农民习惯处理,但磷吸收量则从孕穗期开始高于农民习惯处理;植株钾浓度在全生育期呈先上升后下降的变化趋势,农民习惯处理的植株钾浓度均显著高于优化处理。总体来看,优化处理在拔节期植株氮素浓度显著高于农民习惯处理,这可能是促进优化处理群体成穗数提高的关键;而磷钾浓度则无明显影响。 展开更多
关键词 冬小麦 群体动态 植株氮含量 养分管理
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复合包裹控释肥对小麦生长发育及土壤养分的影响 被引量:16
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作者 党建友 杨峰 +2 位作者 屈会选 程麦凤 张定一 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 2008年第6期1365-1370,共6页
通过田间试验,研究了复合包裹控释肥对小麦产量、光合特性、植株养分及土壤速效养分的影响。结果表明,3种复合包裹控释肥较不施肥(CK)、氮磷钾配施(NPK)、复合肥(CF)及单一控释肥(CCRF)冬小麦中后期叶片净光合速率(Pn)和灌浆速率提高,... 通过田间试验,研究了复合包裹控释肥对小麦产量、光合特性、植株养分及土壤速效养分的影响。结果表明,3种复合包裹控释肥较不施肥(CK)、氮磷钾配施(NPK)、复合肥(CF)及单一控释肥(CCRF)冬小麦中后期叶片净光合速率(Pn)和灌浆速率提高,灌浆持续时间延长,千粒重提高,穗粒数增加,籽粒产量增加,蛋白质含量提高,但成穗数减少;分别较NPK和CF增产8.93%~16.05%和5.34%~12.23%。复合包裹控释肥使土壤速效养分在冬小麦生长发育前中期相对较低后期较高,促进了干物质积累与转移,使植株干重和全氮全钾含量明显提高。复合包裹控释肥中以WCRF效果最佳,其冬小麦籽粒产量、中后期叶片Pn、植株干重及全氮全钾均最高,养分释放更符合冬小麦需肥规律。 展开更多
关键词 复合包裹控释肥 冬小麦 净光合速率 灌浆参数 植株含量 土壤速效养分
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