东北春玉米冠层光谱特征与氮营养诊断依据的研究

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1、分类号：S15单位代码：10193密级：公开学号：2010701博士学位论文东北春玉米冠层光谱特征与氮营养诊断依据的研究Thecanopyspectrumcharacteristicofnortheastspringcornandnitrogennutritiondiagnosisresearch作者姓名：赵明家学位类别：农学专业名称：土壤学研究方向：土壤氮营养作物高效利用指导教师：李志洪所在学院：资源与环境学院2015年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢所列

2、内容外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本学位论文所有内容若有不实之处，本人愿意承担一切相关法律责任和后果。学位论文作者签名：签字日期：年月日关于学位论文使用授权的声明1、本人完全了解吉林农业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间所完成的论文及相关成果的知识产权属吉林农业大学所有，并同意将本论文的版权授权给吉林农业大学，学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许

3、论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。2、本人（同意/不同意，务必打印后填写）吉林农业大学将本论文版权授权给不同媒体进行电子出版、多媒体出版、网络出版以及其他形式出版（涉密学位论文解密后应遵守此协议）。3、本人声明毕业后若发表在攻读研究生学位期间完成的论文及相关的学术成果，必须以吉林农业大学作为第一署名单位。学位论文作者签名：签字日期：年月日指导教师签名：签字日期：年月日摘要玉米生产在我国国民经济中占有重要地位，如何使其高产量、高品质和高效益是摆在当前农业工作者面前的一项重要任务。玉米施肥过程中普遍存在氮肥不合理使

4、用的现象，如用量逐年增加、利用率较低等，严重污染玉米田间生态环境；因此为实时掌握玉米田间氮素的盈缺状况，进而实现东北春玉米氮肥使用最优化；本文采用田间试验和室内分析相结合的方法，使用ASDFieldSpec波谱仪测定不同品种、不同生育期及不同施氮水平（N1~N6）下的玉米冠层光谱反射率，确定了不同生育期玉米冠层叶片光谱特征，明确了冠层叶片光谱响应的敏感区域及最佳波长，建立了氮含量检测光谱参数及预测模型，使用优化NDVI指数反演了喇叭口期叶片氮含量，研究结果为东北春玉米氮营养无损检测提供新的方法依据，为研制低成本、高精度的田间光谱传感器提供数据支撑。

5、全文主要研究结论如下：（1）植株氮和叶片氮含量随着玉米生育期推进逐渐降低，拔节期植株氮含量和吐丝期叶片氮含量与施氮量均呈二次曲线；叶绿素含量在玉米整个生育期呈现先增加后降低趋势；喇叭口期叶绿素含量与施氮量呈指数曲线，达到显著水平。（2）东北春玉米冠层光谱反射率在可见光区随着施氮量增加呈现下降趋势，红外光谱区呈现上升趋势；吐丝期光谱反射率在整个测定波段明显高于喇叭口期；不同玉米品种在相同条件下冠层光谱反射率不同；正常施氮量和减施氮量条件下，12个玉米品种冠层光谱反射率聚类分析反映的聚类程度不同。（3）东北春玉米喇叭口期和吐丝期，冠层叶片光谱反射率及一

6、阶导数（可部分消除线型背景噪声光谱）与植株氮、叶片氮和叶绿素含量在可见光区呈现负相关，在可见光波范围内相关系数有两个峰值，在红外及远红外光谱区呈正相关。植株氮、叶片氮及叶绿素光谱敏感波段主要集中在绿光区、红光区和近红外区；玉米营养指标含量对玉米冠层近红外光谱反射率的影响较小，敏感波段的确定为玉米氮营养光谱指数预测模型的构建提供了理论依据。（4）分别构建东北春玉米喇叭口期和吐丝期玉米氮（x）及其光谱指数（y）预测模型，确定不同生育期玉米氮含量最佳光谱预测指数，其中喇叭口期植株氮含量的光谱指数中差值植被指数R760-R718、吐丝期归一化植被指数（R7

7、65-R548）/（R765+R548）预测精度和准确度较高；喇叭口期叶片氮含量的光谱指数中归一化植被指数（R711-R553）/（R711+R553）和吐丝期差值植被指数R715-R548具有较高的预测精度和准确度，可以用于反演玉米叶片氮含量。（5）分别构建东北春玉米喇叭口期和吐丝期叶绿素（x）及其光谱指数（y）估算模型，确定了玉米叶绿素最佳光谱预测指数；喇叭口期叶绿素含量的光谱指数中比值植被指数R749/R712和归一化植被指数（R749-R551）/（R749+R551）及吐丝期归一化植被指数（R755-R711）/（R755+R711）预测

8、精度和准确度最高，可以用于反演玉米叶片叶绿素含量。I（6）NDVI测定值和NDVI计算值随施氮量增加增加，均能用于反演玉米