[发明专利]基于群体长势遥感检测与分级的小麦健壮群体培育方法

说明书

基于群体长势遥感检测与分级的小麦健壮群体培育方法，利用无人机遥感平台采集遥感图像，建立决策树分类模型，将植被覆盖度、叶片重叠度、植株高度平均值、土壤碱解氮含量作为输入，对小麦群体长势自动进行分级处理，最终根据小麦群体长势状况实施精准减量追施氮肥，按照“抑强扶弱”、“促控结合”的原则调控小麦群体长势，培育小麦健壮群体，最终实现小麦高产稳产、氮肥减量增效的目标。

技术领域

本发明涉及小麦培育技术领域，具体说的是基于群体长势遥感检测与分级的小麦健壮群体培育方法。

背景技术

小麦是我国第二大粮食作物，随着选育优良品种、优化水肥运筹、建设高标准农田等技术的推广实施，我国小麦产量得到了大幅提升。近年来，由于上述增产措施的边际效益日益显现，持续小麦单产的任务愈发艰巨。另一方面，随着工业化与城镇化深入发展，我国小麦种植面积逐年减少，亟须提高小麦单产以保障粮食供应能力。小麦单产受品种特性、环境条件及栽培措施等多重因素影响，由亩穗数、穗粒数及千粒重三个指标共同决定。而亩穗数作为小麦产量的基础，是左右小麦产量高低的主导因素。

小麦是具有分蘖特性的禾本科作物。小麦主茎上的分蘖节可以产生腋芽，由腋芽生成的新的茎秆即小麦分蘖。小麦分蘖是小麦群体的重要组成部分，是小麦亩穗数的重要来源。能够抽穗结实的小麦分蘖为有效分蘖，而不能抽穗或抽穗但不结籽粒的则为无效分蘖。小麦群体结构随小麦的生长发育不断变化，在一定限度内具有较强的调节能力。也就是说，当水、肥、光照、积温等条件适合时，大量分蘖可以转化为有效分蘖；相反地，水肥胁迫往往导致小麦的无效分蘖数量增多。有效分蘖占小麦分蘖总数的比例即有效分蘖成穗率。小麦分蘖数量与有效分蘖成穗率直接决定小麦的亩穗数指标，最终影响小麦产量。

分蘖节内具有十分活跃的分生组织，呼吸作用旺盛，需要充足的养分供应。氮是作物生长发育所必需的大量元素，是叶绿体和蛋白质的重要组成成分。氮肥胁迫是限制小麦健壮群体形成的主要因素之一。在小麦分蘖期适时适量追施氮肥可显著促进小麦分蘖的发生与发育、提高小麦分蘖数与有效分蘖成穗率，是保障小麦高产稳产的重要技术措施。

小麦在分蘖期对氮肥施用量十分敏感。在小麦群体长势差的区域，氮肥供应不足易导致分蘖节分生组织发育障碍，小麦分蘖数减少。而在小麦群体长势旺盛、分蘖数量充足的区域过量施用氮肥，往往造成小麦倒伏、贪青旺长、有效分蘖成穗率下降等问题。此外，过度施用氮肥不仅增加生产成本、降低氮素利用率与氮肥农学效率，还导致氮淋失量上升，造成面源污染，妨碍农业可持续发展。

开展节肥行动，实现化肥使用量负增长，已成为全社会共识。但是，忽视小麦分蘖期氮肥需求高峰的生理特性与小麦群体长势的实际发育状况，盲目开展减量追施氮肥则易造成小麦分蘖数量少，叶面积指数提前下降，穗小、粒少，最终导致产量下降。

根据小麦分蘖期的群体长势差异，精准调整氮肥追施用量可有效解决这一结构性矛盾。小麦分蘖期的群体长势指标包括群体数量与群体分布。群体数量即单位面积总茎蘖数，是小麦有效穗数的基础。群体分布的主要指标有叶片重叠度与植株高度。叶片重叠度表征叶片的空间分布，是衡量小麦群体长势强弱的重要指标。小麦群体的叶片重叠度过高，造成光合效率低，影响有效分蘖成穗率，需要对群体长势进行适当抑制。相反地，小麦群体的叶片重叠度过低则无法高效利用冠层空间与光照条件，不能充分发挥潜在产量，亟需进一步提高个体的分蘖能力，进而改善群体长势。类似地，植株高度过低表明小麦发育受阻，群体长势有待提高。

传统的小麦群体长势检测依赖于人工田间巡查，效率低、精度差、覆盖面积小。而无人机遥感通过图像分割与植被特征提取等技术可以高效实现田块尺度的小麦群体长势定量解析与检测。在无人机遥感图像中，像元不仅具有光谱属性，还表征了地物的空间分布状况。无人机遥感图像除仅包含单一植被特征的像元即植被端元与仅包含土壤特征的像元即土壤端元外，往往存在大量同时包含不同植被特征的像元即植被-植被混合像元、同时包含植被与土壤两种特征的像元即植被-土壤混合像元。传统的无人机遥感仅关注植被与土壤两类特征而忽略混合像元的影响，无法在大田环境下高效、准确地检测小麦群体长势。

发明内容