應(yīng)用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行黃瓜和番茄氮素營(yíng)養(yǎng)診斷的研究.pdf

1、本文通過黃瓜和番茄兩種蔬菜作物田間氮肥試驗(yàn)，采用數(shù)碼相機(jī)荻取冠層數(shù)字圖像，利用圖像處理軟件對(duì)冠層圖像色彩信息進(jìn)行處理，結(jié)合葉綠素計(jì)及常規(guī)土壤-植株測(cè)試技術(shù)，探討將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用在蔬菜氮素營(yíng)養(yǎng)診斷和氮肥推薦上的可行性，確立表征黃瓜和番茄氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)狀況的圖像數(shù)字化指標(biāo)(特征值)，建立蔬菜冠層圖像獲取的標(biāo)準(zhǔn)化方法，最終實(shí)現(xiàn)了利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行黃瓜和番茄的氮肥推薦，主要研究成果如下： 隨著氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)水平的提高，黃瓜和番茄

2、在生物量、葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)量指標(biāo)顯著增加，在低水平氮素供應(yīng)狀況下響應(yīng)更加敏感。增施氮肥提高了黃瓜和番茄的光合作用能力，增加干物質(zhì)積累，促進(jìn)了干物質(zhì)向葉片和果實(shí)中分配，這是增施氮肥使蔬菜作物獲得高產(chǎn)的主要原因。黃瓜和番茄葉柄硝酸鹽濃度、葉片全氮、植株全氮和SPAD讀數(shù)等植物營(yíng)養(yǎng)測(cè)試指標(biāo)均隨著氮素供應(yīng)水平的提高而顯著提高。其中葉柄汁液硝酸鹽濃度對(duì)氮肥的響應(yīng)最敏感，能夠很好地反映黃瓜和番茄的氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)狀況。SPAD讀數(shù)、葉柄硝酸鹽濃度、葉片

3、全氮含量、植株全氮含量等指標(biāo)都可以用來作為黃瓜和番茄氮素營(yíng)養(yǎng)的診斷指標(biāo)，可以在關(guān)鍵生育期對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。 利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行黃瓜和番茄氮素營(yíng)養(yǎng)診斷是切實(shí)可行的。黃瓜和番茄冠層圖像綠色深度絕對(duì)值G與葉綠素計(jì)讀數(shù)、葉柄硝酸鹽濃度、葉片全氮和植株全氮等植株?duì)I養(yǎng)測(cè)試指標(biāo)都有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，冠層綠色深度絕對(duì)值G可以用來表征黃瓜和番茄田間氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)水平。 利用圖像處理軟件對(duì)黃瓜和番茄數(shù)碼圖像進(jìn)行處理，提取出R、G、B

4、和L四個(gè)圖像色彩基本參數(shù)，對(duì)這些基本圖像參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：黃瓜冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值G/(R+G+B)與土壤無機(jī)氮(N min)、SPAD讀數(shù)、葉柄硝酸鹽濃度、葉片全氮含量和植株全氮含量等土壤-植株?duì)I養(yǎng)測(cè)試指標(biāo)的相關(guān)性最好，而番茄冠層圖像綠光與藍(lán)光比值G/B與土壤-植株測(cè)試指標(biāo)的相關(guān)性最好。因此，冠層圖像綠光標(biāo)準(zhǔn)化值G/(R+G+B)和綠光與藍(lán)光比值G/B可以分別表征黃瓜和番茄田間氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)水平。 在本試驗(yàn)條件下，同一氮素營(yíng)養(yǎng)

5、供應(yīng)水平下不同蔬菜品種冠層圖像特征值存在一定差異。對(duì)于黃瓜而言，華北型和華南型兩個(gè)不同的生育類型之間的冠層圖像特征值差異較大，而同一生育類型內(nèi)不同品種之間圖像特征值差異較??；對(duì)于番茄而言，本試驗(yàn)中選用的兩個(gè)品種間冠層圖像特征值差異不大。 利用數(shù)碼相機(jī)在田間獲取圖像時(shí)，在每天12:00-13:00進(jìn)行，拍照時(shí)將相機(jī)與冠層成30°～60°，在1024×768分辨率下以JPEG格式存儲(chǔ)。圖像獲取時(shí)光線的強(qiáng)弱對(duì)冠層圖像信息沒有顯著的影響

6、，在陰天拍攝的圖像效果要略好于晴天；灌溉增加了土壤背景深度，減少冠層光反射量，導(dǎo)致灌溉前圖像的特征值要略高于灌溉后；黃瓜和番茄是連續(xù)結(jié)果、連續(xù)采收的蔬菜作物，果實(shí)顏色對(duì)蔬菜冠層光反射產(chǎn)生極大的影響，果實(shí)采收后冠層圖像特征值與SPAD讀數(shù)的相關(guān)性要顯著高于采收前。本文在應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行黃瓜和番茄氮肥推薦時(shí)，主要結(jié)合兩種蔬菜作物的幾個(gè)關(guān)鍵生育周期，實(shí)行氮肥分期推薦，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下； 黃瓜氮素營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)體系：在根瓜采收期，冠層

7、綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于0.391時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G/(R+G+B)處于0.391～0.413時(shí)，表明黃瓜供氮水平較為適宜，當(dāng)G/(R+G+B)大于0.413時(shí)，黃瓜植株處于缺氮狀態(tài)。在盛瓜初期，冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于0.415時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G/(R+G+B)處于0.415～0.427時(shí)，表明黃瓜供氮水平較為適宜，當(dāng)G/(R+G+B)大于0.429時(shí)，黃瓜植株氮素供應(yīng)不足。在盛瓜中期，冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于0.426時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G

8、/(R+G+B)處于0.426～0.440時(shí)，表明黃瓜供氮水平較為適宜，當(dāng)G/(R+G+B)大于0.442時(shí)，黃瓜植株處于氮素供應(yīng)不足狀態(tài)。在盛瓜末期，冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于0.448時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G/(R+G+B)處于0.447～0.461時(shí)，表明黃瓜供氮水平較為適宜，當(dāng)G/(R+G+B)大于0.461時(shí)，黃瓜植株氮素供應(yīng)不足。 番茄氮素營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)體系：在第一穗果實(shí)膨大，冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于1.461時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G/

9、B處于1.461～1.522時(shí)，表明番茄供氮水平較為適宜，當(dāng)G/B大于1.525時(shí)，番茄植株處于缺氮狀態(tài)。在第二穗果實(shí)膨大，冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于1.625時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G/B處于1.626～1.713時(shí)，表明番茄供氮水平較為適宜，當(dāng)G/B大于1.714時(shí)，番茄植株氮素營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足。在收獲初期，冠層綠光標(biāo)準(zhǔn)化值小于1.855時(shí)，氮素供應(yīng)過量，當(dāng)G/B處于1.855～1.914時(shí)，表明番茄供氮水平較為適宜，當(dāng)G/B大于1.916時(shí)，番