CGMD302作物生長監(jiān)測診斷儀的測試與評價.pdf

1、作物生產過程的精確管理是精確農業(yè)的重要內容之一，其核心思想是針對作物群體的差異實施動態(tài)調控、精確投入，以最少量的生產投入，產生最大化生產效益。其中作物生長信息實時獲取與在線診斷是作物精確管理的依據(jù)，對作物的生長發(fā)育、品質、產量起著決定性的作用?；诠趯臃瓷涔庾V的作物生長信息無損監(jiān)測技術是目前作物生長精確管理的關鍵技術，傳感器作為感知信息的重要裝備，成為獲取作物冠層光譜信息的主要途徑和手段。但是，目前我國作物生長信息的監(jiān)測主要依賴于國外進

2、口光譜儀集中在某一地區(qū)某一生育期建立作物光譜特征和生物理化參數(shù)的模型，尚未有利用監(jiān)測儀進行系統(tǒng)性的推廣田間試驗測試與評價，難以有效滿足作物生產精確管理需要。
　　本研究運用CGMD302作物生長監(jiān)測診斷儀進行了稻麥田間測試，并評價了儀器的性能。主要完成以下工作:
　　(1)利用CGMD302作物生長監(jiān)測診斷儀在蘇州吳江、江西及如皋、徐州對不同施氮水平的稻麥冠層光譜進行了測試，研究發(fā)現(xiàn)兩個波段的反射率的大小為R815＞R730

3、，且紅邊波段730nm的光譜反射率隨施氮水平的增加而降低，而近紅外波段815nm的光譜反射率則隨著施氮水平的增加呈上升趨勢。在同一波段的相同氮素處理下，稻麥品種間冠層光譜反射率在5％水平下無顯著差異。通過不同稻麥品種冠層反射光譜隨生育時期和施氮量的差異分析的結果表明，在近紅外波段815nm，稻麥品種間的冠層光譜反射率差異很大，而在紅邊波段730nm的反射率差異較小;稻麥冠層光譜植被指數(shù)隨著生育進程逐漸增大，到抽穗期達到最大值，之后逐漸減

4、小。通過不同氮素處理稻麥冠層反射光譜隨生育時期變化的差異分析的結果表明，稻麥冠層光譜反射率在近紅外波段815nm隨著施氮量的增加表現(xiàn)出較大差異，在抽穗期達到最大值，而在紅邊波段730nm的反射率差異較小，在抽穗期達到最小值;稻麥冠層光譜植被指數(shù)在不同氮素處理下隨著生育進程逐漸增大，在抽穗期達到最大值，之后逐漸減小。表明監(jiān)測儀有助于實現(xiàn)稻麥不同株型和葉色品種的識別與分類。
　　(2)通過兩年蘇州吳江水稻田間小區(qū)試驗，得到基于CGMD

5、302作物生長監(jiān)測診斷儀的水稻冠層光譜歸一化植被指數(shù)與3個農學參數(shù)LNC、LAI、LDW之間的擬合方程的決定系數(shù)(R2)分別為0.7665、0.7918、0.8181;比值植被指數(shù)與3個農學參數(shù)LNC、LAI、LDW之間的擬合方程的決定系數(shù)(R2)分別為0.7218、0.7799、0.8222;差值植被指數(shù)與3個農學參數(shù)LNC、LAI、LDW之間的擬合方程的決定系數(shù)(R2)分別為0.6548、0.7849、0.8466。并用第二年的獨立

6、試驗數(shù)據(jù)檢驗了試驗1所提出的由歸一化植被指數(shù)和農學參數(shù)擬合的方程，發(fā)現(xiàn)葉片氮含量、葉片干重、葉面積指數(shù)的預測值與實測值之間的決定系數(shù)(R2)分別達到了0.7361、0.67、0.7656，均方根誤差（RMSE）分別為0.2635、0.0464、0.5554，平均相對誤差（RE）分別為0.0943、0.1625、0.1012，經獨立試驗數(shù)據(jù)的檢驗表明其具有較好的檢驗結果。表明CGMD302作物生長監(jiān)測診斷儀對水稻農學參數(shù)具有良好的監(jiān)測性能

7、，可行性較好。
　　(3)通過江西和蘇州吳江兩個示范點的水稻田間試驗，綜合起來分析得到冠層光譜歸一化植被指數(shù)與4個農學參數(shù)LNC、LNA、LAI、LDW之間的擬合方程的決定系數(shù)(R2)分別為0.6497、0.8394、0.6964、0.7014;比值植被指數(shù)與4個農學參數(shù)LNC、LNA、LAI、LDW之間的擬合方程的決定系數(shù)(R2)分別為0.6299、0.7477、0.6451、0.6858。同時將這兩個示范點的水稻品種按照株型類

8、別不同進行分類，分析了不同株型水稻品種葉片農學參數(shù)與植被指數(shù)之間的關系，結果表明歸一化植被指數(shù)與農學參數(shù)建立的擬合方程的決定系數(shù)比不同示范點建立的決定系數(shù)要高，比值植被指數(shù)與農學參數(shù)建立的擬合方程的決定系數(shù)反而比不同示范點建立的決定系數(shù)要低。因此，對于建立不同示范點的光譜監(jiān)測模型采用分不同株型的方法具有一定的應用價值和可行性。顯示了監(jiān)測儀良好的田間測試能力和多指標預測能力，研究結果說明監(jiān)測儀具有較高的穩(wěn)定性和精確性。
　　(4)通

9、過如皋和徐州兩地小麥田間試驗，不僅建立了基于CGMD302作物生長監(jiān)測診斷儀的兩波段光譜植被指數(shù)與小麥農學參數(shù)之間的光譜估算模型，還用試驗5的試驗資料對試驗4所提出的由歸一化植被指數(shù)和農學參數(shù)擬合的方程進行測試及檢驗，驗證結果顯示，LNC、LDW、LAI的預測值與實測值之間的決定系數(shù)(R2)分別達到了0.6382、0.763、0.7205，均方根誤差（RMSE）分別為0.7754、0.1309、0.7383，平均相對誤差(RE)分別為0