旱作馬鈴薯作物氮素營養快速診斷方法與機理研究

《旱作馬鈴薯作物氮素營養快速診斷方法與機理研究》是依託中國農業大學，由孫紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：旱作馬鈴薯作物氮素營養快速診斷方法與機理研究
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：孫紅
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

馬鈴薯被確定為我國第四大主糧，對其全生長期進行營養診斷實施精細化管理具有重要意義。作為塊莖作物，馬鈴薯冠層氮素營養快速診斷尚存在數據源干擾大、生長動態解析不深入和氮素診斷模型精度不高的問題，進一步開展“旱作馬鈴薯作物氮素營養快速診斷方法與機理研究”很有必要。為獲取有效檢測數據源，以近地多光譜成像、光譜輻射儀、超音波測距感測器和GPS多源感測器同步獲取田間馬鈴薯作物表型參數（顏色、單位面積覆蓋度、株高、光譜反射率、植被指數和位置信息），提出冠層多光譜圖像精準分割和光學信號干擾消噪方法，消減土壤背景、雜草和開花等信息帶來的干擾，解析不同生長期表型參數對氮素營養在地上和地下莖間 “峰式”轉移的動態回響， 從而建立起適於馬鈴薯塊莖生長階段追蹤的量化指標；根據多源檢測參數與生長期馬鈴薯氮素之間的相關分析，最佳化氮素敏感檢測參數，建立高精度馬鈴薯氮素營養診斷模型，最終實現旱作馬鈴薯作物氮素營養的快速診斷

結題摘要

馬鈴薯是我國第四大主糧，對其全生長期進行營養診斷實施精細化管理具有重要意義。作為塊莖作物，馬鈴薯冠層氮素營養快速診斷生長動態解析不深入、診斷模型在精準化管理中套用不足、田間套用感測器技術水平不高等問題。開展“旱作馬鈴薯作物氮素營養快速診斷方法與機理研究”，闡明了馬鈴薯生長期檢測參數對氮素動態的回響機理，建立了生長時期分類模型、葉綠素和水分診斷模型。研發了基於光譜分析和WSN的馬鈴薯作物診斷套用感測器和數據管理服務平台，並對馬鈴薯結薯品質進行了檢測方法研究。可對馬鈴薯作物全生長期營養診斷、田間精細化管理提供理論和技術支持。研究主要內容和重要成果包括： （1）基於高光成像的馬鈴薯作物營養快速診斷機理研究。基於高光譜成像和光譜輻射儀採集葉片、植株和冠層不同尺度數據，對葉綠素和水分含量展開了消噪方法、吸收特徵、回響動態分析，建立高精度診斷模型後，實現了營養動態空間分布可視化。進而建立了生長期判別模型，可為馬鈴薯光譜學診斷機和田間適時管理提供理論支持。 （2）基於光譜分析和WSN的馬鈴薯作物診斷套用感測器研發。分別開發了基於光譜成像的作物葉綠素含量診斷套用系統、攜帶型馬鈴薯作物氮素快速診斷感測器系統、基於透射光譜的植物葉片水分快速診斷系統、基於WSN的作物葉綠素監測大田套用感測器系統，上述系統分別在馬鈴薯、玉米和小麥作物上測試，可為田間套用提供技術支持。（ 3）馬鈴薯作物生長快速診斷套用系統開發。用於指導田間精細化管理，開發大田馬鈴薯作物葉綠素含量診斷的套用系統，集成高光譜感測器，形成了馬鈴薯葉綠素含量診斷可視化軟體。進而，開發了作物長勢田間分布分析軟體開發、遠程管理系統平台，可為田間管理提供技術支持。 （4）基於機器視覺技術的馬鈴薯品質檢測方法研究。利用光譜分析和立體視覺技術對馬鈴薯外觀形態、體積、病害發生、品種分類等進行了研究，建立了快速檢測模型與分類模型，可為未來馬鈴薯作物產品品質定級提供支持。