基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发.pdf

《基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第7期1522010年7月农业工程学报TransactionsoftlleCSAEV

2、01．26No．7Jul．20lO基于光谱技术的水幂FiPt片氮素测定仪的开发聂鹏程1，袁石林1，章伟聪2，邵咏妮1，何勇瞅(1．浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310029；2．浙江万里学院智能控制研究所，宁波315101)摘要：在理论分析的基础上设计开发了一套基于光谱技术的水稻叶片SPAD值和氮素测定仪。该测定仪主要包括光路部分、调理电路和控制与数据采集器等。光路部分包括光源、检测点以及光电传感器等元器件，主要作用是：控制光源的亮灭、收集透过叶片光线、将光信号转换为电信号；调理电路主要

3、将所得微弱电信号进行电流电胝转换以及放大到合适的幅度；控制与数据采集器包括AD转换电路，液晶显示电路和SD忙存储电路。对该测定仪的性能进行了测试，试验分为两步：先建立AD采样电压信号与SPAD值之问的模型，然后建立SPAD值与氮素之间的模型。经过大量的试验测得：传感器转换的电压信号与SPAD值之间存在很高的相关性(R2=o．956)，SPAD值与氮含量建立的模型的决定系数为萨=0．802，结合以上两种模型得到该仪器的氮素模型的决定系数为尺2---0．766。该仪器适合用于田问水稻叶片氮素含量的快速测量。关键词：LED，氮素，单片机，光谱分析，精细农业，水稻doi：10．3969／j．iss

4、n．1002—6819．2010．07．027中图分类号：TH83，S13文献标识码：A文章编号：1002—6819(20lO)一07—0152-05聂鹏程，袁石林，章伟聪，等．基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发[J]．农业工程学报，2010，26(7)：152—156．NiePengcheng，YuanShilin，ZhangWeieong，eta1．Developmentoffast-determinationinstrumentforfleeleafnitrogencontentbasedonspectroscopy[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，2

5、6(7)：152—156．(inChinesewithEnglishabstract)0引言氮素是植物必需的营养元素之一，是氨基酸、蛋白质、生物碱、核酸和叶绿素等物质的主要组成成分，水稻器官的发育和成长都要维持一定的氮水平。氮素的缺乏直接影响作物的氨基酸、蛋白质和核酸等物质的合成，使作物光合作用能力降低，从而导致产量降低。由于氮在土壤中的淋洗作用，施氮过多，容易造成地下水污染，因而如何在保证作物高产优质的同时，又防止作物生产带来的环境污染是各国政府、农学家和生产者所面临的重要的问题【l～1。这就需要一种能够在作物生产过程中准确、快速、实时地监测作物氮素状况和长势动态的有效方法，以实现按需精

6、确施肥。叶片是植株的主要光合营养器官，叶片全氮浓度是诊断作物氮素营养的一个重要指标。传统的作物氮素监测方法一般是从田间植株取样和室内化学测试，这样的操作繁琐，无法在时间和空间尺度上满足实时、快速、无损氮素诊断的要求。光谱技术作为一种快速、无损的测量技术，在作物叶片氮素分析方面有着深入的研究和收稿日期：2009．05．Ol修订日期：2010-07．18基金项目：国家农业科技成果转化基会资助项目(2009GB23600517)：浙江省自然科学基金重点资助项目(Z3090295)；宁波自然科学基金资助项目(2010-2011)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目作者简介：聂鹏程(1982一)

7、，男，湖北通城人，博士生，主要从事农业仪器与智能化装备研究。杭州浙江大学生物系统工程与食品科学学院，310029。Email：niepengc@163．corn※通信作者：何勇(1963一)，男，浙江慈溪人，教授，博士，博士生导师，中国农业工程学会高级会员(E04120015ls)，主要从事数字农业及3s技术研究。杭州浙江大学生物系统上程与食品科学学院，310029。Email：yhe@,zju．edu．cn进展[3-8]。目前国内外利用近红外光谱技术快速测量仪已取得一定的成果，如日本产的SPAD．502叶绿素计，美国产的CCM．200叶绿素测量仪。而测量叶片氮含量的仪器很少，只有针对某种

8、植物叶片氮含量测量的仪器，如日本佐竹的稻叶氮素测定仪CCN6000。这些仪器测量点很小，如SPAD．502叶绿素计的测量接触面只有6ImTl2，这对测量点的要求很高，否则会影响研究结果。这些仪器功能单一，存在技术壁垒，价格昂贵，不利于精细的发展与应用。因此，急需研制一种快速、无损、自主开发的叶片氮素测量仪。本文研制了基于光谱技术的水稻叶片氮素测量仪，该仪器町以根据操作者来选择测量水稻叶片的氮含量或叶片的SPAD(soil