水肥胁迫对基于时间序列图像的苗木表型信息的影响

【目的】构建多视角植物表型信息采集平台,以固定时间间隔获取水肥胁迫处理下苗木图像,从形态变化中提取表征簸箕柳苗木水肥胁迫的应激反应表型参数,为苗木栽培和精确水肥管理提供参考。【方法】构建一套多视角表型信息采集平台,探讨一种基于时间序列图像的苗木表型信息提取方法,采用近似拼接算法将局部植株图像有效拼接成完整植株图像,基于多视角图像提出株高、主茎直径等表型信息的提取算法及株高可视化算法。以簸箕柳为研究对象开展水肥胁迫试验,设置水分因素和氮肥因素,包括正常水分处理与干旱胁迫处理2个水平以及6个氮肥水平,对比观察时间序列下簸箕柳株高和主茎直径的变化情况。【结果】1)图像近似拼接算法相较于传统直接拼接算法和暴力拼接算法在多视角表型信息采集平台上具有更好适应性,能够很好消除拼接痕迹,实现图像无缝拼接。2)多视角下株高提取算法的决定系数(R^(2))为0.96、主茎直径提取算法的R^(2)为0.74,能够解决单视角下因植物叶片遮挡导致的株高测量不准确和主茎直径无法测量等问题。3)整个生长周期时间序列下,簸箕柳苗木平均株高和主茎直径随时间的变化受不同水分处理显著影响,正常水分处理簸箕柳苗木平均株高和主茎直径分别为33.6 cm和2.49 mm,干旱胁迫处理簸箕柳苗木平均株高和主茎直径分别为22.8 cm和2.25 mm,正常水分处理簸箕柳苗木平均株高和主茎直径相比干旱胁迫处理高47.4%和10.7%。4)整个生长周期时间序列下,簸箕柳苗木平均株高和主茎直径在6个氮肥水平呈现出显著差异性,随氮肥含量增加呈先增加后降低趋势。正常水分处理下,除T5处理组外,其他组平均株高和主茎直径均高于CK处理组,其中T2处理组生长速率最高,速率分别为1.92 cm·d^(-1)和0.075 mm·d^(-1);干旱胁迫处理下,T1、T2处理组平均株高高于CK处理组,其中T2处理组平均生长速率最高,平均株高和主茎直径生长速率分别为1.05 cm·d^(-1)和0.035 mm·d^(-1)。【结论】基于连续图像序列的分析处理方法在监测苗木表型信息中具有可靠性和实用性。当氮肥含量不足时,植物生长速度放缓,当氮肥含量过量时,会抑制植物生长速度甚至出现烧苗等情况。综合株高与主茎直径,正常水分处理下T2处理组(尿素每盆0.1 g,扦插种植第40天再施加尿素每盆0.1 g)为最佳施肥指标。