基于光谱特征分析的苹果树叶片营养素预测模型构建

该文旨在利用光谱分析技术建立高精度苹果叶片营养素预测模型,为苹果树的精细管理提供技术支持。在苹果树年度生长周期的坐果期、生理落果期和果实成熟期等重要物候期,采集了180个果树叶片样本并测量了果树叶片在可见光和近红外波段的反射光谱,同时在实验室采用化学方法获取了果树叶片的氮素以及叶绿素含量。对于聚类后样本,分别分析了果树叶片反射光谱以及经小波滤波后的反射光谱与叶绿素以及氮素之间的相关关系,而后利用偏最小二乘和支持向量机(SVM,support vector machine)方法分别建立了果树叶片叶绿素和氮素含量的回归模型。研究发现,随着生长阶段的推进,在可见光处的反射率逐渐升高,在近红外处的反射率逐渐降低,且基于小波滤波反射光谱的营养素SVM回归模型精度最高:建立的叶绿素回归模型,其测定系数R2达到0.9920,均方根误差RMSE为0.0039,验证精度R2达到0.9036,RMSE为0.1979;建立的氮素回归模型,其测定R2和验证R2也达到0.74以上,模型的回归RMSE为0.0554,验证RMSE为0.1215。结果表明,采用支持向量机回归模型可以精确估计果树叶片叶绿素含量,对氮素含量的估计精度也达到了实用化水平。

基于光谱学原理与小波包分解技术预测苹果树叶片氮素含量

为探索不同生理物候期苹果树叶片氮素含量的快速检测方法。分别在果树坐果期、生理落果期和果实成熟期,使用光谱仪测量了果树叶片在可见光和近红外区域的反射光谱,同时在实验室测定了果树叶片的全氮含量。研究首先将实验所得的光谱反射率与氮素含量以果树为单位进行聚类,利用小波包分析技术对每棵果树的光谱信息进行分解,提取出的低频信号和去除高频噪音后的信号分别组成了低频全光谱和去噪全光谱。针对这两个全光谱均实施了主成分分析,利用提取主成分分别建立了果树不同生长阶段的氮素含量多元线性回归模型。对比基于归一化植被指数(NDVI)建立的氮素含量估测模型发现,利用全光谱信息建立的氮素含量预测模型精度更高;在坐果期和果实成熟期,使用去噪全光谱提取的主成分建立的氮素预测模型最优;而在生理落果期,使用低频全光谱提取的主成分建立的模型最优。结果表明,利用小波包分析技术能够有效地提高苹果果树叶片氮素含量的光谱预测能力。

基于新梢叶节距的苹果树叶片氮含量检测

为实现苹果树叶片氮含量的快速无损检测,提出一种基于苹果树新梢叶节距估测叶片氮含量的方法。通过图像处理技术提取不同施氮水平下的苹果树新梢叶节距图像特征,得到新梢叶节距与叶片含氮浓度之间的关系,建立出苹果树叶片氮含量检测模型。试验验证,建立的随机森林检测模型决定系数为0.838 6,均方根误差为2.376 9。本方法可以为苹果园合理施用氮肥提供科学参考。

基于色调差的自然光照条件下苹果树叶片含氮量快速检测

该文旨在应用数字图像处理技术建立苹果树叶片氮含量检测模型。该方法以自然光条件下的叶片图像为分析对象,首先通过色彩恒常理论MSR算法进行去光照处理,然后应用阈值分割、改进的Sobel算子剔除叶片噪声点、叶脉等的影响,最后对不同含氮量的叶片与潘通标准色卡进行色调差分析,得到果树叶片色调差和含氮量之间的关系,建立出苹果树叶片的含氮量检测模型。经试验验证,苹果树叶片去光照图像与标准色卡图像的色调差与果树各个时期的叶片含氮量的相关系数均在0.75以上,且回归方程的F检验P值均小于0.01,具有极显著的相关关系,其中盛花期传统施肥组、结果中期传统施肥组、施复合肥组、采收期传统施肥组相关系数均在0.8以上,用最小二乘法建立的检测模型的检测值与实际值的相对误差小于10%。说明利用色调差测定苹果叶片含氮量的方法可行,该方法为实时、准确地监控苹果树整个生长过程中叶片含氮量的变化以及合理地施用氮肥提供科学理论基础。

基于整合分析的黄土高原苹果施氮增产效应研究

为探讨施氮条件下黄土高原苹果增产效应的影响因素,以公开发表的试验数据为依据,采用整合分析法定量分析了施氮条件下,气候、海拔、土壤类型、树龄、栽植密度、氮肥用量对产量的影响,并对各影响因素进行了通径分析。结果表明:当年降水量小于500 mm时,施氮增产率为29.83%,且随年降水量的增加其增产效应不明显;年均温≥10℃时,施氮对苹果产量的提高有积极作用,年均温<10℃时增产效应不显著(P>0.05)。在黑垆土、[土娄]土上施氮均能有效提高苹果增产率,分别为26.10%(95%CI:13.08%~39.11%)(CI为置信区间,下同)、34.53%(95%CI:13.88%~55.19%),黄绵土上施氮增产不显著(P>0.05)。当海拔<850 m时,施氮条件下苹果增产率显著提高(P<0.05),并随着海拔的增加而降低。树龄高的果树在施氮条件下增产效应明显,当树龄≥10 a时,增产率为26.93%(95%CI:14.64%~39.22%),并随树龄的减小而降低。在不同栽植密度下施用氮肥存在不同的增产效应,55~110株·666.7m-2时效果最佳,增产28.70%(95%CI:18.12%~39.28%)。施氮量在0.25~0.50 kg·株-1时,增产效应明显(P<0.05);施氮量≥0.50 kg·株-1时,不存在显著的增产效应(P>0.05)。通径分析结果表明,栽植密度、年降水量和施氮量是施氮条件下影响苹果增产率的三大主导因素,海拔次之,年均温和树龄对苹果增产效果接近但比较小。由此可见,施氮的增产效果与外界因素关系密切,综合上述各条件在适宜范围施氮更有利于苹果增产。

富士苹果萌芽至新梢旺长期肥料氮去向和土壤氮库盈亏

运用^(15)N同位素示踪技术,以5年生‘烟富3’/SH6/平邑甜茶苹果为试材,研究了萌芽至新梢旺长期不同施氮水平(0、50、100、150、200、250 kg·hm^(-2))下肥料氮的吸收利用、土壤残留和土壤氮库盈亏特点.结果表明:早春施氮后,15N均优先分配到根系中,然后转运用于地上部新生器官(果实、新生枝叶)的形态建造.新梢旺长期结束后(施氮2个月后),5.9%~9.9%的肥料氮被树体吸收,29.8%~33.4%的肥料氮残留在0~60 cm土体中,56.7%~64.4%的肥料氮通过其他途径损失.随施氮水平的提高,树体吸收的肥料氮量和土壤残留氮量逐渐增加,但肥料氮利用率和土壤残留率却不断降低,同时损失量和损失率不断增加.随施氮水平的提高,土壤氮素总平衡由亏缺转为盈余,且盈余量随施氮水平的提高而显著提高.表明施氮不足将会造成土壤氮肥力的下降;而过量施氮则会加剧土壤氮素累积,增加氮素污染风险.施氮水平与土壤氮素总平衡呈显著线性相关关系,拟合方程为:y=0.3511x-20.808(R^2=0.9927),当施氮量为59.27 kg·hm^(-2)时,由萌芽至新梢旺长期的土壤氮库达到平衡.