氮磷互作对水稻冠层光谱的影响及其PNN识别

文献类型： 中文期刊

第一作者： 李颖

作者： 李颖;薛利红;潘复燕;杨林章

作者机构：

关键词： 氮磷互作;冠层光谱;PNN;营养诊断;水稻

期刊名称： 中国农业科学

ISSN： 0578-1752

年卷期： 2014 年 47 卷 14 期

页码： 2742-2750

收录情况： 北大核心 ; CSCD

摘要： 【目的】氮、磷均为作物必需的大量营养元素,其丰缺诊断直接关系到合理科学施肥,进而影响产量、效益以及环境。本文旨在研究准确、快捷、无损地区分水稻缺氮和缺磷信息的光谱识别方法,从而指导田间施肥决策,精确作物管理、节约种植成本并控制农田面源污染。【方法】基于水稻6个氮素及两个磷素营养水平交互下的盆栽试验,分别在分蘖、拔节和抽穗期测定水稻冠层的可见近红外反射光谱(350—1 330 nm)及植株全氮(TN)和全磷(TP)含量等数据,分析氮磷互作对水稻植株体内TN和TP含量以及冠层反射光谱的影响,并运用概率神经网络(PNN)分别对不同生育时期的冠层光谱进行氮水平、磷水平、氮磷交互水平和缺素水平4个尺度下的分类识别。为避免光谱测量时仪器误差和光照、风力、温度、水分等环境条件所造成光谱数据批次间的差异,PNN分类识别前对光谱数据进行标准化处理,并将其中2/3作为训练集,另外1/3作为测试集。【结果】植株全氮含量受氮肥、磷肥和氮磷交互作用的影响显著;植株全磷含量则主要受磷肥和氮肥水平的双重影响,但不存在氮磷交互作用。水稻冠层光谱对氮肥的响应规律不受磷肥水平的影响,缺氮使可见光区反射率升高,近红外区反射率下降。缺磷使近红外区反射率下降,但可见光区的响应则受氮肥水平的影响,施氮处理呈上升趋势,氮胁迫处理则呈现分蘖期下降、拔节期上升、抽穗期下降的趋势。利用冠层光谱PNN模型可以对各个生育时期氮水平、磷水平、氮磷交互水平和缺素水平等不同施肥尺度进行识别,拔节期分类精度最高,抽穗期分类精度相对最低。4种分类尺度下PNN模型对磷素水平的分类精度最高,分蘖期和拔节期分别为83%和94%;其次是缺素水平,分别为78%和88%;对氮素水平以及氮磷交互水平等有较多个分类输出的识别精度较低,为61%—75%。值得一提的是,PNN模型对水稻施肥关键生育时期分蘖期和拔节期水稻植株缺氮缺磷、缺氮不缺磷、缺磷不缺氮、不缺氮不缺磷等4种缺素水平的分类中,所有只缺氮处理没有被预测为只缺磷处理,所有只缺磷处理也没有被误判为只缺氮处理,表明冠层光谱PNN模型能有效区分开氮磷胁迫。【结论】水稻的冠层光谱受到氮、磷水平的共同影响,利用水稻冠层光谱建立的PNN模型不仅能分别辨识各氮素、磷素施肥水平,并且能有效地区分开水稻缺磷和缺氮处理,避免混淆,对有目的性的指导施肥具有重要的意义和价值,可避免不恰当的施肥策略造成的环境、产量和经济损失。

分类号： S511

  • 相关文献

[1]氮磷互作水稻冠层氮素敏感光谱筛选研究. 李颖,薛利红,马资厚,潘复燕,杨林章. 2015

[2]不同肥力水平对旱砂地春小麦白粉病发生程度影响的初步研究. 郭建国,曹世勤,骆惠生,金社林. 2005

[3]水稻高产土壤营养诊断. 胡芳林,樊铭勇. 1997

[4]水稻氮素及钾素叶位分布特点及诊断叶位研究. 郭彬,林义成,丁能飞,傅庆林,刘琛. 2009

[5]冠层光谱的多项式分析及生化参量反演. 颜春燕,刘强,牛铮,王纪华,黄文江,刘良云. 2005

[6]辣椒茶黄螨危害的冠层光谱特性与危害级别反演. 聂克艳,岳延滨,孙长青,李丽婕,赵泽英,杨红,涂祥敏,詹永发. 2012

[7]不同施氮量辣椒的冠层光谱特征. 聂克艳,黎瑞君,岳延滨,李莉婕,孙长青,彭志良,赵泽英. 2014

[8]水旱地冬小麦叶绿素含量高光谱监测. 李方舟,冯美臣,杨武德,李广信,王超,宋月荷,高龙梅,张凯. 2013

[9]玉米弯孢菌叶斑病为害后玉米冠层光谱变化和产量损失研究. 石洁,刘玉英,张老章,文丽萍. 2009

[10]基于近地高光谱与TM遥感影像的冬小麦冠层含水量反演. 程晓娟,杨贵军,徐新刚,陈天恩,王冬. 2014

[11]利用多角度光谱数据探测冬小麦氮素含量垂直分布方法研究. 杨绍源,黄文江,梁栋,黄林生,杨贵军,张东彦,蔡淑红. 2015

[12]基于近地高光谱信息的小麦条锈病病情指数反演. 董锦绘,杨小冬,杨贵军,王宝山. 2016

[13]基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究. 蒋阿宁,黄文江,赵春江,刘克礼,刘良云,王纪华. 2007

[14]新植被水分指数的冬小麦冠层水分遥感估算. 程晓娟,杨贵军,徐新刚,陈天恩,李振海,冯海宽,王冬. 2014

[15]棉花植株水分含量的高光谱监测模型研究. 苏毅,王克如,李少昆,肖春华,陈兵,王方永,唐强,陈江鲁,金秀良,吕银亮,王楷. 2010

[16]用冠层光谱比值指数反演条锈病胁迫下的小麦含水量. 蒋金豹,黄文江,陈云浩. 2010

[17]高光谱对冬小麦倒伏的响应. 曹利萍,王君杰,雷梦林,张晋. 2017

[18]不同灌溉条件下冬小麦冠层含水量的光谱响应. 孙乾,顾晓鹤,孙林,王淼,周龙飞,杨贵军,李卫国,束美艳. 2019

[19]玉米主要生育期冠层反射光谱特征分析. 杨淑婷,张学俭,刘俭. 2018

[20]冬小麦冠层光谱与土壤供氮状况相关性研究. 李广信,王超,冯美臣,杨武德,李方舟,冯瑞云. 2017

作者其他论文 更多>>

微信小程序