冬小麦苗期叶绿素含量检测光谱学参数寻优

光谱分析技术是作物生长检测的主要手段,为了解决大田漫反射采集所造成的光谱基线漂移和偏移问题,研究采集了冬小麦冠层325~1 075 nm范围反射光谱,采用多元散射校正方法对小麦原始光谱进行预处理。采取遗传算法对光谱特征参数寻优并结合相关分析结果,选取486、599、699和762 nm波长处反射率值并组合计算了RVI(ratio vegetation index),DVI(difference vegetation index),NDVI(normalized difference vegetation index)和SAVI(soil-adjusted vegetation index)共12个植被指数,分析了各植被指数与叶绿素含量值之间的相关关系,结果显示:DVI和SAVI可抑制苗期土壤背景干扰并对叶绿素含量响应较为敏感,与叶绿素含量相关性最优的参数分别为DVI(762,599)、SAVI(762,599)、DVI(762,699)和SAVI(762,699),与叶绿素含量的相关系数都达到0.6以上。基于相关性最优光谱植被指数DVI(762,699)和SAVI(762,599)利用最小二乘-支持向量回归建立冬小麦叶绿素含量预测模型,建模集决定系数为0.681,验证集决定系数为0.611。该模型可用于无损检测冬小麦苗期叶绿素含量,以期为后续施肥决策提供支持。

基于透射光谱的玉米叶片水分含量快速检测

为实现玉米叶片水分含量快速检测,利用近红外光谱仪在300~1 700 nm采用透射法对玉米叶片水分含量进行快速检测。试验利用烘干法对叶片水分梯度进行控制,并测量玉米叶片的透射光谱曲线和含水率。对透射光谱数据采用Savitzky-Golay方法进行平滑预处理,滤除光谱波动噪声干扰。分析了叶片透射光谱与含水率之间的相关关系,通过相关性分析提取敏感波长800、932、1 423 nm;利用主成分分析法提取敏感波长478、748、1058和1 323 nm。综合二者敏感波长最终筛选出水分敏感波长800、1 323、1 058和1 423 nm。利用这4个波长的组合得到比值植被指数、差值植被指数和归一化植被指数等12种植被指数,选取了最优差值植被指数DVI(1423、800)与透射率T1 323和T1 058建立了玉米叶片含水率多元线性回归诊断模型,建模集决定系数Rc2=0.968 8,验证集决定系数Rv2=0.951 9,预测结果方根误差为0.061。结果表明,利用透射光谱技术检测的玉米叶片水分含量具有较高的精度,可为植物叶片水分快速检测仪器开发提供指导。

基于正交变换与SPXY样本划分的冬小麦叶绿素诊断

冬小麦叶绿素含量的准确预测,可为冬小麦田间精细化管理提供依据。采集冬小麦冠层400~900 nm范围反射光谱,经一阶微分预处理后,为了抑制由于连续波长自变量多重共线性对叶绿素含量诊断模型的干扰,利用Gram-Schmidt正交变换算法初步提取叶绿素敏感波长特征参数为848、620、677 nm。在定量模型的建立过程中,对比了传统随机样本集划分与以空间中样本间距离远近为指导的SPXY样本集划分方法,并讨论了大田冠层反射光谱对叶绿素浓度诊断的最优精度,研究结果表明,以620 nm和677 nm两个敏感波长结合SPXY样本划分方法建立的多元线性回归模型预测精度较高,且叶绿素质量浓度为0.3 mg/L分辨间隔时,建模决定系数和验证决定系数分别达0.730和0.739,可为无损检测冬小麦拔节期叶绿素含量提供技术支持。

基于反射光谱探测与二维分析的玉米叶片叶绿素诊断

设计了一套基于微小型光谱学传感器的轻量级作物冠层反射光谱探测系统,系统硬件主要由光学传感器、数据存储传输模块、控制器组成,软件包含采集参数设置、采集控制、数据管理3个模块。经系统标定,系统与标准仪器ASD的数据相关性平均达到0.94以上。分析了玉米冠层反射率随叶片叶绿素含量和含水率变化而变化的趋势,针对叶片叶绿素含量分别进行了一维和二维相关光谱分析。基于548、594、652 nm一阶微分光谱建立了叶片叶绿素含量MLR模型,建模决定系数为0.43,验证决定系数为0.36。结合二维相关光谱分析,讨论了玉米叶片叶绿素含量与水分光谱的响应关系,修正敏感波长为480、594、652、819 nm,建立了大田夏玉米的叶片叶绿素含量诊断优化模型,建模决定系数和验证决定系数分别为0.47和0.34。

基于比色光谱的氧乐果和毒死蜱农药残留快速检测

为快速、安全地检测氧乐果和毒死蜱农药残留,使用改进的氯化钯比色法,分别采集2种农药比色反应后的吸收光谱,利用主成分分析法(PCA)和偏最小二乘法(PLS)建立预测模型。结果表明:1)使用乙酸代替传统浓盐酸配制的氯化钯比色试剂效果更理想,氧乐果和毒死蜱的吸收光谱可以区分的检测下限分别是0.05和0.50mg/L,基本满足GB 2763—2014对部分果蔬的检测要求。2)氧乐果和毒死蜱吸收光谱的敏感波长分别为510和499nm,由此确定最优建模波段。对比PCA和PLS方法建模效果,2种农药的原始光谱数据都是在Savitzky-Golay(SG)平滑处理后,使用PLS方法在主成分为4时预测效果较好。PLS模型在2-折交叉验证下,氧乐果在480~680nm波段,建模集相关系数Rc=0.977 0,均方根误差RMSEC=5.801,验证集相关系数Rp=0.963 0,均方根误差RMSEP=7.904;毒死蜱在460~850nm波段,Rc=0.997 0,RMSEC=2.281,Rp=0.984 7,RMSEP=3.170。该方法比色试剂配制简单安全,室温下比色反应时间为2min,满足快速、安全的检测要求,为进一步研究实用的农残检测仪器提供了新方法。