【摘 要】
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甘薯生长发育过程对氮素需求较为严格,及时、准确的氮肥运筹方式是保障甘薯产量和提高氮素利用效率的重要措施。利用图像技术快速诊断作物氮素营养状况是实现精准农业和高效养分管理的研究热点,本研究基于盆栽和田间试验,以烟薯25号为试材,分别利用数码相机和手机获取甘薯冠层图像,同步结合氮营养指标分析,确定甘薯氮素营养诊断的最佳拍摄媒介、适宜时期、颜色指标和诊断模型,并进行拍摄参数的标准化研究,最后利用数字图像
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甘薯生长发育过程对氮素需求较为严格,及时、准确的氮肥运筹方式是保障甘薯产量和提高氮素利用效率的重要措施。利用图像技术快速诊断作物氮素营养状况是实现精准农业和高效养分管理的研究热点,本研究基于盆栽和田间试验,以烟薯25号为试材,分别利用数码相机和手机获取甘薯冠层图像,同步结合氮营养指标分析,确定甘薯氮素营养诊断的最佳拍摄媒介、适宜时期、颜色指标和诊断模型,并进行拍摄参数的标准化研究,最后利用数字图像技术建立推荐追施氮肥模型,为甘薯氮素营养诊断体系建立奠定理论基础。1.应用数字图像技术进行甘薯氮素营养诊断具有可行性。数码相机获取的最佳冠层颜色指标为绿光标准化值NGI,适宜使用时期为收获期之前,与红、绿、蓝光值（R、G、B）、红光标准化值NRI、蓝光标准化值NBI、G/R、G/B、B/R、比颜色指标（R/（G+B）、G/（R+B）、（R-B）/G）、（G-B）/R、归一化差分颜色指标（（G-R）/（R+G+B）、（G-B）/（R+G+B）、（1.4R-G）/（R+G+B）、（2G-R-B）/（R+G+B））相比,绿光标准化值NGI与地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素a含量的相关系数均达到显著或极显著水平。在薯蔓并长期数码相机获取冠层NGI与氮肥用量、地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素a含量的直线方程模型分别为y（t/hm~2）=17.82x-6.95、y（t/hm~2）=6999.70x-2697.90、y（g/kg）=613.67x-188.78和y（mg/g）=75.38x-26.96。手机获取甘薯冠层图像颜色指标,茎叶封垄期,冠层颜色指标（1.4R-G）/（R+G+B）较其他冠层颜色指标能更好的表征甘薯氮素营养状况;在薯蔓并长期,R、NGI、G/B均可表征甘薯氮素营养状况,其中以NGI较好;在块根膨大期,NGI和G/（R+B）均可表征甘薯氮素营养状况,其中以NGI较好;综合分析,选择绿光标准化值NGI作为手机拍摄冠层图像检验甘薯氮素营养诊断的最佳指标,适宜时期为薯蔓并长期之后（包括薯蔓并长期）。在薯蔓并长期手机获取冠层图像NGI与氮肥用量、地上部鲜重、叶片氮浓度、叶绿素a的直线方程模型分别为y（t/hm~2）=7.46x-3.23、y（t/hm~2）=4360x-1854.50、y（g/kg）=302.19x-81.23和y（mg/g）=23.92x-7.77。其中利用数码相机和手机获取的冠层NGI对叶片氮浓度和叶绿素含量进行预测,数码相机的预测值与实测值之间的R~2分别达到0.835和0.810,均方根误差分别为2.496和0.261,手机的R~2分别达到0.752和0.647,均方根误差分别为2.383和0.194。两者的数值表现稳定,验证结果精度较好,可用于模型预测,且数码相机对叶片氮含量和叶绿素含量的预测结果优于手机。2.基于数码相机和手机获取数字图像的推荐操作:最优拍摄角度为数码相机或手机与地平面呈60°～90°,选择晴天拍摄,最佳时间为光线稳定且太阳高度角较大的中午;数码相机可选择下午顺光拍摄,手机可选择上午顺光拍摄;数码相机在晴天中午或下午拍摄的冠层图像与氮素营养指标的相关性优于手机。手机在晴天不同角度、不同时间段以及顺逆光获取的冠层图像NGI均表征叶片氮含量和叶绿素含量,为日后手机拍摄数字图像用于甘薯氮素营养无损诊断以及设计开发氮素营养诊断的手机软件系统提供理论基础。3.本研究中施氮量和产量之间的方程关系为y（kg/hm~2）=-2.235x~2+528.22x+22726,明确最高理论产量和对应总施氮量分别为53927 kg/hm~2和118 kg/hm~2;确定薯蔓并长期数码相机和手机拍摄冠层图像的临界NGI值为0.402和0.447,表示低于此值时甘薯出现缺素症状,需要追施氮肥,初步构建了基于数码相机和手机拍摄冠层图像的氮肥追施模型分别为N追（kg/hm~2）=118-（NGI-0.391）/(3.556×10-5)、N追（kg/hm~2）=118-（NGI-0.441）/(4.074×10-5)
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