[发明专利]冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法

说明书

本发明公开了一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法。本发明根据不同施氮水平下各生育期冬小麦冠层光谱反射率与植株冠层含氮量数据，光谱信息基础变换与“三边”参数对植株冠层含氮量之间相关关系，提出了考虑各生育期特点且具有较高精度的适宜模型组合，并构建了综合光谱信息基础变换与“三边”参数等诸多自变量的植株冠层含氮量的主成分估算模型，突破了光谱监测生育时段制约与其他背景噪声的影响，为冬小麦冠层含氮量全生育期时段高光谱准确诊断提供理论依据和技术支持。

技术领域

本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法。

背景技术

氮素是小麦的主要营养元素，它对小麦的生命活动以及小麦的产量和品质有着极其重要的影响；所以大规模实时监测作物的氮肥状况，对提高冬小麦品质及土地的可持续利用，确保作物提质增效具有重要的理论和实践意义。植株氮素亏缺造成冬小麦生理生化特征变化与植株冠层光谱特征差异，使采用光谱技术监测植株冠层含氮量成为可能。相比传统的破坏性采样监测植株冠层含氮量方法，近年来随着光谱技术的快速发展，光谱时空分辨率大幅提高，为无损监测作物高光谱信息提供了技术支撑。

近年来国内外学者对作物营养状态监测进行了大量的研究，并建立了不同作物含氮量光谱估算模型。其中诸多研究成果多局限于特定生育期植株含氮量光谱监测模型构建；作物不同生育期内光谱特征变化较显著，特定生育期光谱模型能否适用于全生育期植株含氮量监测令人质疑。为了便于操作，相关学者也开展多种模型在不同生育阶段模拟效果对比研究，后提出适用于全生育期植株含氮量的光谱监测模型，但是该全生育期模型在各个生育期模拟精度与适用性有待进一步验证，才有利于该模型应用与推广；由于受不同生育期植株生理结构及生长特性指标等因素变异影响，不同生育时段光谱反射率也随之变化，采用特定全生育期光谱监测模型在各个生育期模拟精度存在较大差异，特别是针对整个生育期模型监测精度也亟待提高，才能满足作物营养诊断及长势监测技术的发展需求。

随着光谱分辨率提高，丰富了光谱信息数据，但也增加了背景和噪音干扰。相关研究表明，通过反射光谱信息的基础变换如倒数、对数与微分等，能降低背景与噪音影响，增强光谱吸收与提取特征，提高模型模拟精度。“三边”位置、幅值、面积等参数及其由该类参数构建的光谱指数等信息能较好反映绿色植被光谱特征，且“三边”参数对叶面积指数、氮含量和叶绿素含量较为敏感。基于此，本发明专利综合光谱变换与“三边”参数等光谱参量，构建了冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，确保各生育监测精准与稳定。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法突破了植株冠层含氮量光谱监测生育时段制约与其他背景噪声的影响，实现了作物生育期含氮量监测精准与稳定。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种冬小麦含氮量全生育时段光谱监测模型建立方法，包括以下步骤：

S1、测量冬小麦冠层的光谱反射率和含氮量；

S2、通过光谱反射率构建光谱参量；

所述光谱参量包括光谱变换形式和“三边”参数；

S3、对冬小麦冠层含氮量与光谱变换形式和“三边”参数进行相关性分析，选择各生育期相关性显著的光谱参量，对其进行主成分分析，通过主成分分析结果分别构建各生育时段综合光谱参量的含氮量监测模型，将各生育时段综合光谱参量的含氮量监测模型组合作为含氮量全生育时段光谱监测模型；

所述生育期包括拔节-抽穗期、抽穗-灌浆期和灌浆-成熟期。

进一步地：所述步骤S1中光谱反射率的测量方法为：

在每次监测前采用反射率为1的白板进行校正，将手持式地物光谱仪的探头垂直向下且距冬小麦冠层15cm，选择三处监测点并分别采用手持式地物光谱仪监测小麦植株冠层光谱，将光谱监测结果的平均值作为冬小麦冠层的光谱反射率。