[发明专利]一种根据小麦植株吸氮量核心波长确定适宜带宽的方法

说明书

技术领域

本发明属于无损监测领域，尤其涉及一种根据小麦植株吸氮量核心波长确定适宜带宽的方法。

背景技术

除了水分和光能辐射外，氮素是冬小麦及其他作物生长和产量形成的主要限制因素。而由植株氮含量和生物量构成的植株吸氮量显著地影响小麦产量、品质形成，是监测植株氮素状况的优良指标。

近来的研究表明窄波段在农作物生理参数的定量研究中可以提供比宽波段更多的信息，从而可以显著的提高模型预测精度。窄波段对监测植物生长参数具有更高的敏感性，窄波段植被指数还可以缓解植被指数在高生物量情况下的饱和以及在低生物量时降低土壤背景的影响。但另一些研究却发现窄波段数据在实际应用中表现并不是很理想。Broge和Leblanc研究表明相对于窄波段植被指数，宽波段植被指数在监测叶面积和叶绿素密度时受到外界因素的影响较小。Knox等地研究也指出高光谱数据中的噪音较大，原因是窄波段能够捕捉的能量较小易被传感器自身的噪声所掩盖。

目前的技术方法比较宽波段与窄波段植被指数时，会选择特定的核心波段和固定带宽的宽波段植被指数与相应的窄波段植被指数来比较，或者在特定的核心波段条件下通过带宽的变化来研究随着带宽的增加植被指数预测能力的变化规律。然而随着带宽的增加核心波段会有所变化，因而每一个核心波段都应有特定的最适带宽，较少的研究同时考虑到带宽和核心波段的同时变化对植被指数预测能力的影响以及带宽和核心波段的互作效应，从而不能系统分析不同带宽下所有核心波段组合的表现，并由此来确定核心波段及其最适的带宽。

发明内容

本发明提供了一种根据小麦植株吸氮量核心波长确定适宜带宽的方法，旨在解决目前的技术很少同时考虑到带宽和核心波段同时变化对植被指数预测能力的影响，从而不能系统分析不同带宽下所有核心波段组合的表现，并由此来确定核心波段及其最适的带宽的问题。

本发明的目的在于提供一种根据小麦植株吸氮量核心波长确定适宜带宽的方法，所述方法包括以下步骤：

采集不同年份、生态点、品种、氮肥、播期和密度处理的小麦植株样本；

对小麦植株样本进行冠层光谱反射率和植株吸氮量的测定；

基于任意两波段组合的归一化植被指数(NDVI)，构建植被指数与小麦植株吸氮量的线性模型并确定核心波段的范围；

在确定的核心波段范围内任意两波段组合的归一化植被指数(NDVI)分别构建了不同带宽下的植株吸氮量监测模型，对于每一组特定波段组合的监测模型中，R²最大的模型所对应的带宽为该波段组合下的最适带宽。

进一步，在确定的核心波段范围内利用高斯响应函数模拟带宽及核心波段同时变化对已建模型精度和准度的影响，核心波段范围内任意两波段组合的归一化植被指数(NDVI)分别构建了不同带宽下的植株吸氮量监测模型，对于每一组特定波段组合的监测模型中，R²最大的模型所对应的带宽为该波段组合下的最适带宽；所有波段组合中最大的R²所对应的核心波段和带宽即为植株吸氮量监测的最优核心波段和最适带宽。

进一步，小麦植株样本的采集来自于8个大田实验，涉及不同年份、生态点、品种、氮肥、播期和密度处理。

进一步，所述冠层光谱反射率主要是采用FieldSpec Pro FR2500型背挂式野外高光谱辐射仪田间测量；该光谱仪的350～1000nm波段采样间隔为1.4nm，光谱分辨率为3nm；1000～2500nm波段采样间隔为2nm，光谱分辨率为10nm。

进一步，所述光谱仪的测量方法为：

在关键生育时期，在无云、无风或风速很小时进行，时间为10:00～14:00，于小麦冠层上方1.2m测量，测试时传感器探头垂直向下，光谱仪视场角为25°所测数据通过白板(Labsphere，North Sutton，NH，USA)校正后获得反射率数据，以15条光谱为一采样光谱，以其平均值作为该小区的光谱反射值。每测定5条光谱数据进行白板校正。

进一步，所述植株吸氮量的测定的实现方法为：

田间破坏性取样0.25m²，在105°下杀青并在80°下烘干至恒重后称重，测定植株干重；计算为单位土地面积植株干重；称重后将植株样本磨碎后进行氮含量分析。

进一步，所述植株氮含量采用凯氏定氮法测定，通过植株干重(PDW，g DW m^-2)与植株氮含量(PNC，g 100g^-1)相乘计算出植株吸氮量(PNU，g N m^-2)。