[发明专利]一种作物氮素营养诊断仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种营养诊断仪及方法，尤其涉及一种作物氮素营养诊断仪及方法；属于植被遥感测试技术领域。

背景技术

氮素是作物生长发育所必须的重要营养元素。为保证产量，农民往往向田间施入过量氮肥；氮肥滥施，不但降低农民收益，而且会造成环境污染。因此，迫切需要快速、无损获取作物氮素营养状况，根据作物自身的氮肥需求，精准定量的施用氮肥。

目前关于作物氮素营养状态快速测试的仪器大体可分为两类：一类通过测量透射光来实现；另一类通过测量反射光来实现。对于前一种仪器，测量时仪器夹住叶片，一面发射入射光，另一面接收透过叶片的光，根据叶绿素对光的吸收来判定作物氮素营养状况，相关仪器有SPAD等。这类仪器由于其测定的对象是单叶片的某个部位，这一部位能否反映整个叶片，而被测定的叶片能否又能反映整个冠层？往往受到诟病。如果测定多个叶片、多个植株求平均，无疑增加了工作量，违背了快速测定的目的。对于后一种测量反射光的仪器，测量时将传感器置于冠层上方，通过获取某些波长光的反射率信息来计算特定光谱指数，利用光谱指数实现作物氮素营养状况的判定。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)通常被用来设计这类仪器，如Geekseeker等。这类仪器的优点是其测定的对象是作物冠层，能快速反映某区域作物整体的长势状况。但已有仪器基于NDVI类光谱指数设计，将NDVI类光谱指数直接与作物氮素营养水平相联系。一方面,这类光谱指数测量的是作物绿度，引起作物绿度变化的因素有很多(比如：播种密度、土壤水分条件、土壤养分条件等)，是不是由氮素缺乏引起难以确定；另一方面,NDVI在中、高植被密度条件下容易“饱和”，测量精度会大大受到影响。因此，需要设计新的作物氮素营养诊断仪以克服以上缺陷。

基于近年农学家提出的利用临界氮浓度曲线开展作物氮素营养测试的理论，本发明设计新的测试作物植株氮浓度的光谱指数和新的测试生物量的光谱指数，耦合临界氮浓度曲线，实现作物氮素营养指数的估测，并基于氮素营养指数设计氮素营养亏缺等级划分标准与对应施肥量，最终构建实现该过程的仪器产品。

发明内容

为了解决上述问题中的不足之处，本发明提供一种便携式的作物氮素营养诊断仪，以实现对作物氮素营养状态的准确探测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种作物氮素营养诊断仪，它包括作物冠层信息测量模块、移动终端、远程服务器；远程服务器具有固定IP地址，用于接收移动终端通过GPRS传输的测量数据；

作物冠层信息测量模块由微控制器、太阳光强探测器，冠层反射光探测器、锂电池电源模块和蓝牙模块组成；

微控制器包括两个IIC接口、六个模拟I/O接口、一个数字I/O接口、一个连接蓝牙模块的串行通信接口；微控制器通过数字I/O接口连接并控制锂电池电源模块；

太阳光强探测器包括余弦校正片、六个太阳光强探测器滤光片和六个光电传感器；余弦校正片位于太阳光强探测器滤光片的上端；六个具有不同中心波长的滤光片紧密排列成排；光电传感器位于滤光片的下方；光电传感器均通过IIC接口连接到微控制器的两个IIC接口上。上述的余弦校正片、滤光片及光电传感器通过太阳光强传感器装配体进行固定；

冠层反射光探测器包括六个菲涅尔透镜、六个具有不同中心波长的冠层反射光探测器滤光片和六个硅探测器；冠层反射光探测器滤光片位于菲涅尔透镜的下方；硅探测器均安装于六个菲涅尔透镜的焦点处；上述的菲涅尔透镜、滤光片及硅探测器通过冠层反射光探测器装配体进行固定；硅探测器均通过模拟I/O接口连接到微控制器的模拟I/O接口上；

移动终端包括蓝牙模块、GPRS模块和核心板，移动终端通过蓝牙模块获取作物冠层信息测量模块的信息，经过核心板处理后，可通过GPRS模块发送到远程服务器。

诊断方法分为如下步骤：

(1)、利用作物冠层信息测量模块测定的550nm、680nm、700nm、720nm、750nm波段反射率计算光谱指数NCI1和NCI2，估测作物植株氮浓度N，计算公式为1-3；

NCI1＝(R₇₂₀-R₇₀₀)/(R₇₀₀-R₆₈₀)/(R₇₂₀-R₆₈₀+0.03)1