基于高光谱成像技术的棉花钾营养估测模型研究

【作者】 姚秋双； 林皎； 马露露； 张泽； 吕新；

【机构】 石河子大学农学院；

【摘要】 【研究背景】棉花是具无限生长特性的喜钾作物,新疆又是我国主要的棉花生产基地。然而,我国钾矿资源短缺,虽然新疆历来被认为是"缺氮少磷钾丰富"的地区,但随着农业生产条件的改变,氮磷化肥用量的迅速增加,棉花品种的更新以及产量的提高,部分地区土壤速效钾以每年5～15 mg·kg^-1的速度递减。通常所认为的土壤中钾素含量并不能充分证明植株是否缺钾,更应该根据植株缺钾症状的反应来判断是否缺钾。但目前大多数研究主要集中在滴灌棉花的氮素营养诊断上,关于钾素营养棉花叶片估测的研究相对较少。因此,如何利用高新技术对棉花生长信息精准监测,快速、经济、可靠的进行钾肥精准管理是新疆膜下滴灌规模化生产研究的重点;【材料与方法】本研究选用新疆北部大面积推广的陆地棉新陆早53号,于2020年在石河子大学二连试验地进行大田试验,试验共分4个处理,即0、75、225、450 kg/hm² K₂O。利用室内高光谱成像系统获取棉花叶片高光谱图像数据,分析了棉花叶片钾含量与叶片光谱反射率之间的关系,建立了棉花叶片钾含量估测模型;【结果与分析】试验获取的可见光近红外高光谱波长范围为351-1044 nm,共128个波段。由于试验环境、仪器的影响以及暗电流干扰,造成获取光谱前后端有明显噪声,因此剔除噪声明显的波段,截取波长400～900 nm范围共97个波段光谱影像用于后续建模分析,并基于筛选的特征变量建立棉花叶片钾含量估测模型。通过对不同钾素水平的高光谱反射率与叶片钾含量的相关性分析,得到在440～500 nm、620～680 nm范围中,光谱反射率与钾含量的相关性最好;采用连续投影算法,当RMSE达到0.406时,筛选出5个波长,分别为401 nm、640 nm、667 nm、714 nm、788 nm;根据筛选的特征波段,建立了多元线性回归方程,其R²=0.502;【结论】通过筛选得到的最佳波段667 nm、714 nm、788 nm建立的棉花钾含量估算线性方程效果较好。更多还原