基于柑橘葉、花近紅外高光譜信息的營(yíng)養(yǎng)診斷與成花能力預(yù)測(cè)研究.pdf

1、本文以15年生枳橙(Citrus.sinensis× Poncirus.trifoliata，“Carrizo Citrange”)砧哈姆林甜橙(C.sinensis(L.)，“Hamlin Sweet Orange”)為對(duì)象，研究基于高光譜圖像信息的葉、花營(yíng)養(yǎng)和成花能力的光譜預(yù)測(cè)方法，旨在為建立甜橙葉片和花器營(yíng)養(yǎng)水平實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與高效合理施肥管理技術(shù)提供依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.哈姆林甜橙葉片營(yíng)養(yǎng)的近紅外高光譜特征與預(yù)測(cè)研究

2、
　　(1)哈姆林甜橙植株花芽分化期當(dāng)年生春梢、夏梢和盛花期上一年春梢葉片450-1000nm光譜平均反射率曲線呈現(xiàn)規(guī)律為:葉片成熟度越高，光譜曲線波動(dòng)越趨于平穩(wěn)，即光譜曲線綠峰、紅谷、近紅外平臺(tái)區(qū)域光譜反射率間差值越小。
　　(2)為消除或減小試驗(yàn)材料本身、儀器和外界環(huán)境因素噪聲對(duì)光譜信息的干擾，本研究選用五點(diǎn)移動(dòng)平均平滑（SG-平滑）、多元散射校正(MSC)、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換(SNV)、一階導(dǎo)數(shù)(1-Der)和二階導(dǎo)數(shù)(

3、2-Der)等五種方法對(duì)甜橙葉片原始光譜（RAW）進(jìn)行預(yù)處理，并在此基礎(chǔ)上分析基于PLS模型的氮(N)、磷(P)、鉀(K)和可溶性總糖(TC)含量預(yù)測(cè)精度。結(jié)果顯示，花芽分化期當(dāng)年生春梢葉片光譜經(jīng)過(guò)五種方法預(yù)處理后對(duì)葉片N、P、K和TC含量的PLS模型預(yù)測(cè)，以SG-平滑算法預(yù)處理光譜預(yù)測(cè)效果優(yōu)于其他預(yù)處理方法;花芽分化期當(dāng)年生夏梢葉片光譜2-Der預(yù)處理后PLS建模預(yù)測(cè)N、P、K和TC的效果更優(yōu);盛花期上一年春梢營(yíng)養(yǎng)枝葉片光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)S

4、G-平滑預(yù)處理后對(duì)N、P、K和TC含量的預(yù)測(cè)效果優(yōu)于其他預(yù)處理方法。
　　(3)基于哈姆林甜橙葉片的近紅外高光譜信息可以較好實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片N、P、K和全C含量的預(yù)測(cè)。其中，對(duì)葉片N含量的預(yù)測(cè)以花芽分化期當(dāng)年生春梢葉片近紅外光譜SG-平滑算法預(yù)處理后的PLS建模預(yù)測(cè)精度較高，預(yù)測(cè)精度可達(dá)0.735;對(duì)P含量的光譜預(yù)測(cè)以花芽分化期當(dāng)年生春梢葉片原始光譜PLS建模最好，預(yù)測(cè)精度達(dá)0.733;對(duì)K含量的近紅外高光譜預(yù)測(cè)以花芽分化期當(dāng)年生春梢葉

5、片原始光譜的PLS建模預(yù)測(cè)較好，預(yù)測(cè)精度達(dá)0.728;對(duì)全C含量的光譜預(yù)測(cè)以采用盛花期上一年春梢葉片光譜，SG-平滑算法預(yù)處理后PLS建模預(yù)測(cè)，對(duì)全C含量預(yù)測(cè)精度達(dá)0.688。
　　2.哈姆林甜橙花營(yíng)養(yǎng)的近紅外高光譜特征與預(yù)測(cè)研究
　　(1)研究建立以0.1最優(yōu)閾值間隔和0.5～0.6灰度值的甜橙花朵高光譜圖像有效光譜信息提取技術(shù)，篩選出哈姆林甜橙花的N營(yíng)養(yǎng)含量特征光譜波段為692.146～735.3nm，以及440.07～

6、481.07nm，692.146～735.3nm波段組合。以該特征波段組合反射光譜的siPLS預(yù)測(cè)模型，可以較好的預(yù)測(cè)花的N含量，其預(yù)測(cè)精度達(dá)0.762;通過(guò)特征波段組合篩選使得預(yù)測(cè)模型運(yùn)算所需實(shí)際波點(diǎn)數(shù)減少為108個(gè)，比全光譜預(yù)測(cè)減少了85.8％，預(yù)測(cè)效率較大提高。
　　(2)經(jīng)過(guò)篩選，得到哈姆林甜橙花P含量預(yù)測(cè)特征光譜波段為573.757～633.437nm，特征波段組合為573.757～633.437nm和693.74～75

7、2.653nm;以該特征波段組合反射光譜的siPLS預(yù)測(cè)模型，可以較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)花的P含量預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)精度達(dá)0.885，且實(shí)際僅用152個(gè)波點(diǎn)數(shù)參與模型預(yù)測(cè)運(yùn)算，比全光譜預(yù)測(cè)的波點(diǎn)數(shù)減少了80.0％
　　(3)篩選出哈姆林甜橙花K含量預(yù)測(cè)的特征高光譜波段為593.313～643.711nm，表明以特征波段篩建立的iPLS預(yù)測(cè)模型，對(duì)于花K含量的預(yù)測(cè)效果最優(yōu)，其預(yù)測(cè)精度達(dá)到0.916，實(shí)際采用64個(gè)波點(diǎn)數(shù)參與預(yù)測(cè)運(yùn)算，比全光譜波點(diǎn)數(shù)減

8、少了91.6％。
　　3.葉片碳氮比和樹(shù)體花量的高光譜預(yù)測(cè)
　　(1)哈姆林甜橙葉片C/N估測(cè)的特征波長(zhǎng)為507.117，507.886，523.294，527.928，534.114，543.41nm，iPLS建模預(yù)測(cè)精度達(dá)0.914。
　　(2)秋季上一年春梢葉片對(duì)次年植株花量預(yù)測(cè)的特征波長(zhǎng)為544.186，552.726，567.516，572.196，575.319，582.352，588.613和593.31