基于高光谱的苹果花氮素含量预测模型研究

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1、第30卷，第2期光谱学与光谱分析Vo1．30，No．2，pp416—4202010年2月SpectroscopyandSpectra1AnalysisFebruary，2010基于高光谱的苹果花氮素含量预测模型研究朱西存，赵庚星h，王凌，董芳。，雷彤，战兵。1．山东农业大学资源与环境学院，山东泰安2710182．济南大学城市发展学院，山东济南2500023．山东省栖霞市国土资源局，山东栖霞265300摘要苹果花氮素含量是反映其质量高低的重要因素，利用高光谱技术对苹果花氮素含量进行定量化反演，可为苹果信息化管理提供理论依据

2、。在室内条件下，利用ASDFieldSpec3地物光谱仪，测定了120个盛花期苹果花样品的高光谱反射率，并化验了其氮素含量。在分析苹果花原始光谱和一阶导数光谱特征的基础上，与其氮素含量进行相关分析，确定敏感波段，构建特征光谱参数，建立氮素含量预测模型，对模型进行了优选和检验。结果表明，苹果花氮素含量与原始光谱反射率在374~696，134O～1890，2052~2433nEn波段呈极显著负相关，在736~913m呈极显著正相关；与一阶导数光谱反射率在637~675nnl呈极显著负相关，在676~746nln呈极显著正相关

3、。构建的6个特征光谱参数与苹果花氮素含量均呈极显著相关。通过进一步比较和筛选，确定了基于640rtrn和676nln原始光谱反射率的2个苹果花氮素含量最佳预测模型。经检验，模型决定系数R。分别为0．8258和0．8936，平均预测精度达92．9和94。研究成果为快速预测苹果花氮素含量及苹果的实时营养诊断提供了理论依据和技术支撑。关键词苹果花；高光谱；氮素含量；预测模型中图分类号：TP79文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2010)02—0416—05物叶面积指数_3]、氮素含量_lu

4、等相关研究逐步兴起，并在农引言业领域得到了越来越广泛的应用。苹果花是苹果树重要的生殖器官，苹果花中氮素含量能地物反射光谱特征是遥感探测的基础，是定量遥感技术直接影响花的授粉、落花落果等，同时影响花的颜色、形态应用发展的前提条件l1]。作为高光谱技术应用先决条件的光结构，引起其高光谱特征的变化。本文将探讨苹果花的高光谱特征分析研究，在遥感领域具有重要技术支撑作用，在植谱特征，筛选苹果花氮素含量的敏感波段，进而研究基于高被遥感研究与应用中表现出强大优势[2’31。对于植物冠层和光谱特征的苹果花氮素含量预测模型，旨在探索苹果花

5、氮素叶片的高光谱特征，国内外学者已作了大量研究，并取得了含量的快速确定方法，为实时快速地进行苹果树营养诊断、丰硕成果。但研究对象多集中在大豆[4]、水稻_5]、小长势监测以至估产提供理论依据。麦E7lol、玉米I1]、油菜[”等大田作物，而对果树高光谱特征的研究相对较少，尤其对苹果花高光谱特征的研究尚未见1材料与方法报道。氮素是影响苹果树生长发育、产量和品质最为显著的营1．1样品采集养元素之一，对氮素营养诊断一直是农学家关注的重点。传样品采集于2008年4月24~28日在山东省苹果主产区统的营养诊断采用实验室测试方法，虽

6、准确性高，但时效性烟台栖霞市进行，供试苹果品种为盛花期的红富士。依据栖差，难以满足其在生产中的快速需求。高光谱技术具有光谱霞市土地利用现状图和果园分布布设采样点，选取14个镇分辨率高、波段连续性强、光谱信息量大的优点，在估测作32个果园的120棵苹果树进行采样。为保证实验结果的代表收稿日期：2009—02—16。修订日期：2009—05—2O基金项目：国家(863计划)项目(2oO8AAlOz2O3)，国家级“星火计划”重点项目(2007EA740002)和“十一五”国家科技支撑计划项目(2OO6BAD1OA1O)资助作

7、者简介：朱西存，1970年生，山东农业大学资源与环境学院讲师e-mail：zxc@sdau．edu．cn*通讯联系人e-mail：zhaogx@sdau．edu．cn第2期光谱学与光谱分析417性，随机多点取样，墒涵盖日F—r}1庸弱各种树势的花。每棵革树按东、、南、北4个力‘位，在冠层外围各取4～6朵充分展Jr的健康仡。将样品迅速装入保鲜袋、封口，放在保鲜{彳1f。1．2分析测试1．2．1光谱测定采川困ASDFieldSpec3光谱仪测定光蹭。波段值为35O～2500nm，中350～1000nm光谱采样问隔为1．4f)

8、0lnm．光游分辨率为3nrfi；l000-2500nFl光谱采样问隔为2nm．光潜分辨率为10nm．输Ⅲ波段数为2】51(重采样问f1005隔为1nm)。在一个能制光照条件的暗窄内进行光谱测『1最。样M于黑色橡胶“。．视场角25。，探头乖直向下，距样品表而0．10i"11；光源为5Ow卤化灯，光源乖直高度0．40m