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基于高光谱的辣椒叶片氮素含量反演
1
作者 刘静 汪泓 +3 位作者 张磊 肖玖军 吴建高 龚明冲 《中国农业科学》 北大核心 2025年第2期252-265,共14页
【目的】氮素是植物生长和发育的必需营养元素之一,对加强农作物叶绿素合成、增强植物抗逆性以及提升产量和品质起到重要作用。通过高光谱技术对辣椒生长期间叶片氮素含量进行快速、准确且非接触性监测,研究辣椒叶片氮素含量(LNC)与光... 【目的】氮素是植物生长和发育的必需营养元素之一,对加强农作物叶绿素合成、增强植物抗逆性以及提升产量和品质起到重要作用。通过高光谱技术对辣椒生长期间叶片氮素含量进行快速、准确且非接触性监测,研究辣椒叶片氮素含量(LNC)与光谱反射特性之间的联系,以期提高农业生产效率与精准性,实现智能化管理与精准施肥。【方法】以采集自贵州省农业科学院辣椒研究所官庄示范基地2021年的辣椒种植区叶片高光谱数据为研究对象,基于4个辣椒品种(黔椒8号、红辣18号、辣研101号和红全球)和施用5种不同氮肥用量(0、120、240、360、480 kg·hm^(-2)),对辣椒叶片原始光谱进行多元散射校正(MSC)、Savitzky-Golay(SG)平滑和一阶导(FD)预处理后,结合Pearson相关系数、连续投影(SPA)和竞争性自适应重加权(CARS)筛选敏感波段。利用偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)和径向基神经网络(RBFNN)3种机器学习算法构建辣椒叶片氮素监测模型。【结果】原始光谱经预处理后,相关性系数均有较大提升,其中SG处理后的光谱数据模型反演效果最好,效果排序为SG>FD>MSC>原始光谱。对比不同波段筛选方法:使用Pearson相关系数法进行波段筛选会导致波段过于集中出现信息冗余或信息提取不全的情况;CARS算法筛选波段范围广、数量多,但包含较多冗余信息和噪声,其效果不如SPA;SPA筛选的氮素含量特征波段可有效减少共线性和冗余信息,建立的模型R2最优,RMSE最小。不同建模方法的辣椒LNC估算模型结果表现为:RBFNN最佳,PLSR次之,RF最差,其中SG-SPA-RBFNN组合模型反演精度最佳,建模结果R^(2)为0.98,RMSE为0.62,验证结果R2为0.98,RMSE为1.21,RPD为3.08。RBFNN模型在处理高维度光谱数据时表现出色,优于传统的PLSR和RF模型。【结论】利用高光谱反射率特征建立的氮素含量预测模型,能够有效监测辣椒叶片的氮素水平,提高农作物管理效率,可为辣椒生长的精准管理和变量施肥工作提供技术支撑。 展开更多
关键词 高光谱 辣椒 氮素含量 机器学习 连续投影算法 径向基 光谱分析
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无人机遥感监测果树氮素含量研究进展 被引量：1
2
作者 陈鲁威 曾锦 +3 位作者 袁全春 潘健 姚凤腾 吕晓兰 《中国农机化学报》 北大核心 2024年第2期235-243,共9页
氮素是果树生长发育不可或缺的成分,氮素含量超出正常范围会影响树体生长发育,会直接或间接降低果实产量及品质。快速准确掌握果树氮素含量,可为精准施肥提供技术支撑,从而达到果树的优质丰产。随着无人机产业的快速发展,无人机遥感监... 氮素是果树生长发育不可或缺的成分,氮素含量超出正常范围会影响树体生长发育,会直接或间接降低果实产量及品质。快速准确掌握果树氮素含量,可为精准施肥提供技术支撑,从而达到果树的优质丰产。随着无人机产业的快速发展,无人机遥感监测以其无损、快速、实时、高效等优点在氮素含量监测中发挥着重要作用。在介绍目前主流无人机的基础上,梳理数据获取及后续处理方式,阐述多光谱、高光谱、可见光以及其他类型传感器实现果树氮素含量监测研究现状。可以发现,多光谱和高光谱传感器对果树氮素监测效果更佳,且使用机器学习方法构建模型相较于传统方法具有更高精度。提出无人机遥感监测果树氮素含量在无人机飞行平台与传感器性能、数据获取与处理、推广与应用及政策4个方面现阶段存在的不足之处和未来精准化、高效化和智能化的发展方向。 展开更多
关键词 无人机 遥感 果树 氮素含量 机器学习
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基于GF-6/WFV卫星遥感的大田冬小麦叶片氮素含量估测
3
作者 姚永胜 任妮 +4 位作者 李卫国 李伟 马廷淮 张宏 董建宾 《麦类作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期911-918,共8页
为对大田冬小麦叶片氮素含量(LNC)进行快速、准确及无损监测,通过在江苏省泰州泰兴市、盐城大丰区和南通如皋市布设冬小麦遥感监测大田试验,在获取试验样点冬小麦冠层红光波段反射率(REDref)、近红外波段反射率(NIRref)和计算的十个光... 为对大田冬小麦叶片氮素含量(LNC)进行快速、准确及无损监测,通过在江苏省泰州泰兴市、盐城大丰区和南通如皋市布设冬小麦遥感监测大田试验,在获取试验样点冬小麦冠层红光波段反射率(REDref)、近红外波段反射率(NIRref)和计算的十个光谱指数(RVI、NDVI、DVI、SAVI、OSAVI、MSR、RDVI、EVI2、NLI和SVI)基础上,将12个遥感光谱指标与冬小麦LNC进行相关分析,选出与LNC相关性较好的作为模型输入变量,构建基于BP神经网络的冬小麦LNC估测模型,并利用GF-6/WFV卫星遥感影像对县域冬小麦LNC的空间分布开展监测。结果表明,12个遥感光谱指标与冬小麦LNC之间存在不同程度的相关性,其中NDVI、RVI、MSR、OSAVI和NLI与冬小麦LNC的相关性较好(相关系数不低于0.65)。将优选的5个遥感光谱指标作为模型输入变量,构建基于BP神经网络的冬小麦LNC估测模型(LNC-BPEM),模型的估测精度r^(2)=0.866,RMSE=0.246%,ARE=12.9%。将冬小麦LNC-BPEM估测模型和GF-6/WFV影像结合对县域冬小麦LNC的空间信息监测,获得了如皋县域冬小麦LNC的空间分布特征,该区域冬小麦LNC范围在0.9%~2.0%(长势正常)的种植面积为29 693.3 hm^(2),占冬小麦总种植面积的74%。这说明利用GF-6/WFV卫星的多个遥感光谱指标与神经网络结合建模可有效估测县域大田冬小麦叶片氮素含量。 展开更多
关键词 冬小麦 GF-6/WFV卫星遥感 神经网络 叶片氮素含量 估测模型
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基于偏最小二乘回归的谷子冠层氮素含量高光谱估测研究 被引量：2
4
作者 蒋沛含 杨晓楠 +1 位作者 杨晨旭 张爱军 《中国农业科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期91-101,共11页
为构建多品种谷子冠层氮素含量的高光谱监测模型,通过设置不同氮素水平和多品种谷子田间试验,分别获取谷子全生育期冠层高光谱反射率和叶片氮素含量,采用卷积平滑、一阶导数变换对光谱曲线进行预处理,利用光谱数据与氮素含量相关性分析... 为构建多品种谷子冠层氮素含量的高光谱监测模型,通过设置不同氮素水平和多品种谷子田间试验,分别获取谷子全生育期冠层高光谱反射率和叶片氮素含量,采用卷积平滑、一阶导数变换对光谱曲线进行预处理,利用光谱数据与氮素含量相关性分析、连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)筛选出谷子各生育期和全生育期的氮素敏感波段、植被指数、高光谱特征参数,利用三者组合建立谷子冠层氮素含量的偏最小二乘回归(partial least square regression,PLSR)估测模型,并筛选各生育期最优模型。结果表明,不同生育期最优估测模型有所差异,拔节期基于敏感波段、植被指数、高光谱特征参数的模型精度最高;抽穗期基于敏感波段、植被指数的模型精度最高;灌浆期基于植被指数、高光谱特征参数的模型精度最高;成熟期基于敏感波段、植被指数的模型精度最高;全生育期基于敏感波段与植被指数的模型精度最高(R2=0.903,RPD=3.01)。多输入级综合模型可以充分利用光谱信息,有效提高模型预测精度和稳定性,其中基于敏感波段和植被指数的综合模型表现效果最好,预测集R2均在0.82以上、均方根误差均小于0.119、相对分析误差均大于2.1。以上研究结果为高光谱遥感诊断谷子全生育期氮素盈缺状况与施肥决策提供了理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 谷子 冠层氮素含量 高光谱遥感 偏最小二乘回归
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利用TOC/TN分析仪对复合肥料中氮素含量测定的方法探究
5
作者 张一 付时丰 +1 位作者 杨沫 黄玉威 《山东化工》 CAS 2024年第21期175-177,182,共4页
探讨利用TOC/TN分析仪在测定复合肥料中氮素含量的应用,通过与标准方法中的自动分析仪法和托马斯燃烧法比较,研究上述三种测定方法在准确性、精密度和操作便捷性方面的表现。实验结果表明,利用TOC/TN分析仪的分析方法能够有效地测定复... 探讨利用TOC/TN分析仪在测定复合肥料中氮素含量的应用,通过与标准方法中的自动分析仪法和托马斯燃烧法比较,研究上述三种测定方法在准确性、精密度和操作便捷性方面的表现。实验结果表明,利用TOC/TN分析仪的分析方法能够有效地测定复合肥料中的氮含量,且具有较高的精密度和准确度,为复合肥料的质量控制提供了有效的技术支持。 展开更多
关键词 复合肥料 氮素含量 TOC/TN分析仪 自动分析仪法 托马斯燃烧法
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油菜叶片和冠层水平氮素含量的高光谱反射率估算模型 被引量：56
6
作者 王渊 黄敬峰 +1 位作者 王福民 刘占宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期273-277,共5页
通过设计实验首先确定是否可以用油菜叶片反射率光谱预测其氮素含量,以及是否可以用预测的光谱特征值与氮素含量建立相关模型。实验结果表明,反射率光谱的转化形式R的一阶微分为预测油菜氮素含量的最佳形式,最佳波段选择与其他研究结果... 通过设计实验首先确定是否可以用油菜叶片反射率光谱预测其氮素含量,以及是否可以用预测的光谱特征值与氮素含量建立相关模型。实验结果表明,反射率光谱的转化形式R的一阶微分为预测油菜氮素含量的最佳形式,最佳波段选择与其他研究结果相似。短波红外光谱波段能较好预测氮素含量,但是选择的高相关性短波红外区域一般都较窄,因此可用高光谱和高辐射分辨率来准确描述油菜光谱特征。短波红外反射率的变化主要是由于植被化学信号的改变而引起的。直接太阳辐射率、观测设备、叶片振动以及大气湿度的细微变化都可能引起光谱一阶微分的变化。冠层反射率一阶微分R′建立的逐步回归模型拟合度较高。 展开更多
关键词 油菜 高光谱反射率 氮素含量 相关分析 逐步回归
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基于高光谱的苹果花氮素含量预测模型研究 被引量：28
7
作者 朱西存 赵庚星 +3 位作者 王凌 董芳 雷彤 战兵 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期416-420,共5页
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。在室内条件下，利用ASD FieldSpec 3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... 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。在室内条件下，利用ASD FieldSpec 3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374～696，1 340～1 890，2 052～2 433 nm波段呈极显著负相关，在736～913 nm呈极显著正相关;与一阶导数光谱反射率在637～675 nm呈极显著负相关，在676～746 nm呈极显著正相关。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640 nm和676 nm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R2分别为0.825 8和0.893 6，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。 展开更多
关键词 苹果花 高光谱 氮素含量 预测模型
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利用光谱红边参数监测黄萎病棉叶叶绿素和氮素含量 被引量：20
8
作者 陈兵 韩焕勇 +7 位作者 王方永 刘政 邓福军 林海 余渝 李少昆 王克如 肖春华 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期319-329,共11页
以黄萎病胁迫下棉花叶片为试验材料, 分析感染病害棉叶叶绿素（Chl）含量和氮素含量（LNC）与光谱红边参数间的关系, 建立病害棉叶Chl含量和LNC的光谱红边参数诊断模型。结果表明：（1）随着病情加重, 棉叶Chl a、Chl b、Chl a＋b和LNC... 以黄萎病胁迫下棉花叶片为试验材料, 分析感染病害棉叶叶绿素（Chl）含量和氮素含量（LNC）与光谱红边参数间的关系, 建立病害棉叶Chl含量和LNC的光谱红边参数诊断模型。结果表明：（1）随着病情加重, 棉叶Chl a、Chl b、Chl a＋b和LNC逐渐减小, 其中Chl a下降最快, Chl b下降最慢；（2）黄萎病叶片光谱反射率在可见光区（400~700 nm）, 近红外光区（700~1300 nm）和短波红外光区（1300~2500 nm）呈现逐渐上升趋势, 在520~680 nm间达极显著（P〈0.01）；光谱吸收率在可见光区和短波红外光区呈现逐渐下降的趋势, 达极显著（P〈0.01）, 在近红外光区呈现先升后降的趋势。（3）病害棉叶红边位置（REP）、红边振动幅（Dr）、红谷位置（Lo）、红边深度（Depth672）和红边面积（Area672）的值均减小, 红边宽度（Lwidth）的值增加, 且Area672减小的幅度最大, Dr减小的幅度最小, Lwidth增加的幅度较大；（4）病害棉叶Chl a含量、Chl b含量、Chl a＋b含量和LNC均与红边参数REP、Lo、Depth672和Area672呈极显著正相关, 与Lwidth呈极显著负相关, 与Dr未达显著相关；（5）利用红边参数建立的棉叶Chl含量和LNC的诊断模型均达极显著（P〈0.01）, 其中以Area672为自变量建立的病害棉叶Chl a、Chl a＋b和LNC的诊断模型和Lo为自变量建立的Chl b诊断模型的精度最高, 能很好的诊断病害棉叶Chl含量和LNC。 展开更多
关键词 棉花 病害胁迫 高光谱 叶绿素含量 氮素含量 诊断模型
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条锈病胁迫下冬小麦冠层叶片氮素含量的高光谱估测模型 被引量：31
9
作者 蒋金豹 陈云浩 +1 位作者 黄文江 李京 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期35-39,共5页
为利用高光谱遥感诊断条锈病胁迫下作物的营养状况,测量感染条锈病的冬小麦冠层反射率以及相应叶片全氮(LTN)含量,利用线性和非线性回归方法,建立了微分光谱与小麦LTN含量之间的回归模型。研究表明随病情加重,小麦LTN含量逐渐降低,并与... 为利用高光谱遥感诊断条锈病胁迫下作物的营养状况,测量感染条锈病的冬小麦冠层反射率以及相应叶片全氮(LTN)含量,利用线性和非线性回归方法,建立了微分光谱与小麦LTN含量之间的回归模型。研究表明随病情加重,小麦LTN含量逐渐降低,并与一阶微分光谱在430～518、534～608、660～762 nm以及783～893 nm区域具有极显著相关性。经检验,以红边内一阶微分总和与蓝边内一阶微分总和比值(SDr/SDb)为变量的模型是估测LTN含量的最佳模型,其RMSE为0.3567,相对误差为8.33%。因此,利用高光谱遥感估测条锈病胁迫下作物LTN含量是可行的,且具有较高的反演精度。研究成果可为小麦氮素营养监测、精准施肥以及条锈病情诊断等提供理论依据和指导。 展开更多
关键词 高光谱 冬小麦 条锈病 叶片氮素含量 估测模型
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玉米叶片的光谱响应及其氮素含量预测研究 被引量：15
10
作者 陈志强 王磊 +4 位作者 白由路 杨俐苹 卢艳丽 王贺 王志勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1066-1070,共5页
以不同施肥水平下两年玉米田间试验为基础,利用高光谱技术探讨大喇叭口期不同层次玉米叶片光谱响应的敏感区域,并依据叶片氮素含量与原始光谱反射率及其一阶导数的相关性,最终构建了叶片氮素含量的预测模型。结果表明:不同施肥水平下叶... 以不同施肥水平下两年玉米田间试验为基础,利用高光谱技术探讨大喇叭口期不同层次玉米叶片光谱响应的敏感区域,并依据叶片氮素含量与原始光谱反射率及其一阶导数的相关性,最终构建了叶片氮素含量的预测模型。结果表明:不同施肥水平下叶片光谱反射率差别明显区域集中在550nm附近波段、761～1 300nm波段,不同层次间叶片光谱反射率差别明显区域集中在550nm附近波段,叶片氮素含量与470～760nm波段光谱反射率及其一阶导数呈极显著相关。经过对比筛选,以光谱指数DSI(564,681)和DSI(681,707)构建的指数预测模型效果最好,预测精度达93.43%和93.39%,能有效估测叶片氮素含量。 展开更多
关键词 玉米叶片 氮素含量 光谱反射率 预测模型
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氮肥运筹对水稻植株不同形态氮素含量的影响 被引量：13
11
作者 莫润秀 江立庚 +6 位作者 郭立 胡均铭 刘开强 周佳民 梁天锋 曾可 丁成泉 《中国水稻科学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期49-54,共6页
以桂朝2号和叠加占为试验材料,以总氮、蛋白氮、叶绿素氮、可溶性蛋白氮、Rubisco-N、游离氨基态氮为指标,研究了氮肥运筹对水稻植株不同形态氮素含量的影响。结果表明,上述形态氮素含量对氮肥运筹表现出相同的趋势,即水稻抽穗期和成熟... 以桂朝2号和叠加占为试验材料,以总氮、蛋白氮、叶绿素氮、可溶性蛋白氮、Rubisco-N、游离氨基态氮为指标,研究了氮肥运筹对水稻植株不同形态氮素含量的影响。结果表明,上述形态氮素含量对氮肥运筹表现出相同的趋势,即水稻抽穗期和成熟期植株总氮、蛋白氮、叶绿素氮、可溶性蛋白氮、Rubisco-N、游离氨基态氮含量均随施氮水平提高而提高,在相同施氮量条件下,重施穗肥时其含量较高。氮肥运筹对不同形态氮素含量的影响程度是不同的,其中,对Rubisco-N和游离氨基态氮的影响明显。两个品种早晚季无论是抽穗期还是成熟期不同施氮水平下Rubisco-N和游离氨基态氮含量差异均达到显著或极显著水平。相关分析表明,早晚季抽穗期和成熟期水稻植株总氮含量与蛋白氮含量均呈极显著相关。 展开更多
关键词 水稻 氮素含量 氮肥运筹 氮素形态
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叶绿素仪CCM-200在测定茶树叶片叶绿素和氮素含量上的应用 被引量：12
12
作者 周小生 周月琴 +2 位作者 庞磊 江昌俊 李叶云 《安徽农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期150-153,共4页
叶绿素仪是一种快速、无损地测定植物叶片叶绿素和氮素含量的有效工具。采用分光光度计法和凯氏定氮法分别测定茶树叶片叶绿素含量和氮素含量,并与叶绿素仪测定的CCI值进行相关性分析。结果表明,CCI值与叶绿素含量均呈显著正相关,其中... 叶绿素仪是一种快速、无损地测定植物叶片叶绿素和氮素含量的有效工具。采用分光光度计法和凯氏定氮法分别测定茶树叶片叶绿素含量和氮素含量,并与叶绿素仪测定的CCI值进行相关性分析。结果表明,CCI值与叶绿素含量均呈显著正相关,其中单位面积叶绿素a(R2为0.972 8)、b(R2为0.858 6)及总量(R2为0.977 4)与CCI值的相关性均高于单位质量叶绿素含量与CCI值的相关性;不同品种茶树叶片叶绿素含量差异明显,但仍与其CCI值有良好的线性关系。研究还显示,CCI值和叶片全氮含量之间呈显著线相关性,其R2为0.982 8。说明叶绿素仪CCM-200在茶树叶片叶绿素和氮素含量估算上具较好的适用性。 展开更多
关键词 茶树 叶绿素仪 叶绿素含量 氮素含量
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利用神经网络提取棉花叶片数字图像氮素含量的初步研究 被引量：19
13
作者 李小正 谢瑞芝 +4 位作者 王克如 白中英 李少昆 王方永 高世菊 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第10期1662-1666,共5页
选取6种输入向量组合,利用线性网络、BP网络以及径向基网络等3种神经网络模型进行比较研究,筛选最适宜网络模型和最佳输入组合,建立叶片数字图像彩色信息和叶片氮含量的关系模型,探索利用神经网络技术获取叶片数字图像信息的方法。结果... 选取6种输入向量组合,利用线性网络、BP网络以及径向基网络等3种神经网络模型进行比较研究,筛选最适宜网络模型和最佳输入组合,建立叶片数字图像彩色信息和叶片氮含量的关系模型,探索利用神经网络技术获取叶片数字图像信息的方法。结果表明,径向基网络在利用数字图像(B,H,G-R,G/R)指标作为网络输入向量时,能够实现获取棉花叶片数字图像氮含量的目标。径向基网络训练的180组样本的训练精度均达到极显著水平(r=0.9022**),30组测试样本的预测值与实测值也达到极显著相关(r=0.8674**),径向基网络和(B,H,G-R,G/R)向量是一种适合本研究的数学模型。对利用神经网络提取棉花叶片数字图像氮含量技术的初步探索,拓展了神经网络和数字图像技术在农业生产中的应用。 展开更多
关键词 数字图像 线性网络 BP神经网络 径向基网络 氮素含量
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模拟氮沉降和CO_2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响 被引量：13
14
作者 张继舟 倪红伟 +2 位作者 王建波 袁磊 王宏韬 《地球与环境》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期216-225,共10页
利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个... 利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。 展开更多
关键词 氮沉降 CO2浓度 土壤 有机碳含量 氮素含量 三江平原
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高光谱和NSGA2-ELM算法的粳稻叶片氮素含量反演 被引量：9
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作者 冯帅 曹英丽 +4 位作者 许童羽 于丰华 陈春玲 赵冬雪 金彦 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2584-2591,共8页
为提供一种高效、快速和无损的粳稻叶片氮素含量反演方法,以粳稻小区试验为基础,利用高光谱技术和室内化学实验,获取粳稻分蘖期、拔节期和抽穗期三个生育期共280组叶片高光谱数据以及相对应的水稻叶片氮素含量数据,分析不同施氮水平的... 为提供一种高效、快速和无损的粳稻叶片氮素含量反演方法,以粳稻小区试验为基础,利用高光谱技术和室内化学实验,获取粳稻分蘖期、拔节期和抽穗期三个生育期共280组叶片高光谱数据以及相对应的水稻叶片氮素含量数据,分析不同施氮水平的粳稻叶片光谱特征,采用随机青蛙算法(random_frog)与迭代和保留信息变量算法(IRIV)相结合的方式筛选特征波段,并将任意两个光谱波段随机组合构建差值植被指数DSI(Ri,Rj)、比值植被指数RSI(Ri,Rj)和归一化植被指数NDSI(Ri,Rj),分别将较优的特征波段组合和植被指数组合作为模型输入,构建BP神经网络、支持向量机(SVR)和非支配的精英策略遗传算法优化极限学习机(NSGA2-ELM)粳稻叶片氮素含量反演模型,并对模型进行验证分析。结果表明:随着施氮水平的增加,粳稻叶片近红外波段范围反射率逐渐升高,在可见光波段范围反射率逐渐降低。采用random_frog与IRIV相结合的方式筛选特征波段共得到8个特征波段,其中可见光波段7个,分别为414.2, 430.9, 439.6, 447.9, 682.7, 685.4和686.3 nm,近红外波段仅有1个为999.1 nm,该方法较好地剔除了干扰信息,大大降低了波段间的共线性。同时从三种植被指数(DSI(Ri,Rj), RSI(Ri,Rj), NDSI(Ri,Rj))与粳稻叶片氮素含量的决定系数等势图中可知, DSI(R648.1,R738.1), RSI(R532.8,R677.3)和NDSI(R654.8,R532.9)与叶片氮素含量相关性最好,R^2分别为0.811 4, 0.829 7和0.816 9。在输入参量不同的建模效果对比分析中,以特征波段组合作为模型输入所构建的模型反演效果略优于植被指数组合,R^2均大于0.7, RMSE均小于0.57。而在反演模型间的对比分析中,提出的NSGA2-ELM反演模型的估测效果要优于BP神经网络模型和SVR模型,训练集决定系数R^2为0.817 2,均方根误差RMSE为0.355 5,验证集R^2为0.849 7, RMSE为0.301 1。鉴于此, random_frog-IRIV筛选特征波段方法结合NSGA2-ELM建模方法在快速检测粳稻叶片氮素含量中具有显著优势,可为粳稻田间精准施肥提供了参考。 展开更多
关键词 高光谱数据 叶片氮素含量 特征波段 植被指数 反演模型
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基于光谱红边参数的棉花黄萎病叶片氮素含量诊断研究 被引量：8
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作者 陈兵 王方永 +7 位作者 韩焕勇 刘政 邓福军 林海 余渝 李少昆 王克如 肖春华 《棉花学报》 CSCD 北大核心 2013年第3期254-261,共8页
以黄萎病胁迫下棉花叶片为供试材料,分析了黄萎病棉叶氮素含量(LNC)与光谱红边参数间的关系,建立了黄萎病棉叶LNC(Leaf nitrogen content)的光谱红边参数诊断模型。结果表明:(1)随着黄萎病严重程度的增加,棉叶LNC逐渐减小,且差异显著;(2... 以黄萎病胁迫下棉花叶片为供试材料,分析了黄萎病棉叶氮素含量(LNC)与光谱红边参数间的关系,建立了黄萎病棉叶LNC(Leaf nitrogen content)的光谱红边参数诊断模型。结果表明:(1)随着黄萎病严重程度的增加,棉叶LNC逐渐减小,且差异显著;(2)黄萎病棉叶红边参数红边位置(REP)、红边振幅(Dr)、红谷位置(Lo)、红边深度(Depth672)和红边面积(Area672)均减小,红边宽度(Lwidth)增加,且Area672的值减小的幅度最大,Dr减小的幅度最小,Lwidth的值增加的幅度较大;(3)黄萎病棉叶LNC含量均与红边参数REP、Lo、Depth672和Area672呈极显著正相关,与Lwidth呈极显著负相关,与Dr未达显著相关;(4)基于红边参数建立的黄萎病棉叶LNC含量的诊断模型均达到极显著水平(P<0.01),其中以Area672为自变量建立的黄萎病棉叶LNC的诊断模型的精度最高,R2超过0.7,RMSE小于0.6,RE小于0.007,能很好地诊断黄萎病棉叶LNC。 展开更多
关键词 棉花 黄萎病 胁迫 高光谱 红边参数 氮素含量 诊断模型
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苹果叶片氮素含量快速检测模型 被引量：9
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作者 张瑶 郑立华 +1 位作者 李民赞 邓小蕾 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第S1期300-304,共5页
利用UV-2450型光谱分析仪测量苹果叶片光谱反射率,同时在实验室利用凯氏定氮法测量苹果叶片的氮素质量比,建立了适用于便携式检测仪的苹果叶片氮素含量快速检测模型。研究了苹果叶片光谱特性并进行了光谱反射率与氮素的相关性分析,获得... 利用UV-2450型光谱分析仪测量苹果叶片光谱反射率,同时在实验室利用凯氏定氮法测量苹果叶片的氮素质量比,建立了适用于便携式检测仪的苹果叶片氮素含量快速检测模型。研究了苹果叶片光谱特性并进行了光谱反射率与氮素的相关性分析,获得了两个氮素敏感波长652 nm和772 nm。同时,利用分段减量精细采样法,构建了350～730 nm与740～880 nm波段内所有两两波段形成的归一化植被指数NDVI,并获取了与氮素含量相关性最高的波段组合(859 nm,364 nm)来构建苹果树NDVI。最后建立了基于苹果树NDVI、652 nm处反射率以及772 nm处反射率的偏最小二乘回归模型,建模精度达到0.904 8,均方根误差为0.159 7,检验模型精度达到0.917,均方根误差为0.283 3。 展开更多
关键词 苹果叶片 氮素含量 检测模型 植被指数 高光谱
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基于改进红边面积的夏玉米叶片氮素含量导数光谱监测 被引量：11
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作者 刘炜 常庆瑞 +2 位作者 郭曼 邢东兴 员永生 《西北农林科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2010年第4期91-98,共8页
【目的】从夏玉米叶片一阶导数光谱中提取监测叶片氮素含量变化的敏感红边面积，为夏玉米氮素营养遥感监测提供依据。【方法】使用高光谱仪ASDFieldSpecPro，于喇叭口期（08—05）、抽雄期（08—22）、吐丝期（09—05）和乳熟期（09—1... 【目的】从夏玉米叶片一阶导数光谱中提取监测叶片氮素含量变化的敏感红边面积，为夏玉米氮素营养遥感监测提供依据。【方法】使用高光谱仪ASDFieldSpecPro，于喇叭口期（08—05）、抽雄期（08—22）、吐丝期（09—05）和乳熟期（09—13）采集不同氮素处理水平下（O，120，240kg／hm。）的夏玉米叶片光谱，并在红边波长范围（680～760nm）求取一阶导数（一阶导数光谱），然后采用基于小波变换的阈值去噪方法对一阶导数光谱进行去噪处理；考察夏玉米4个生育时期内一阶导数光谱对不同氮素处理水平的响应特征，以及当波长范围从红边核心区域720～740nm逐步扩展到700～760nm时，对应包围面积与叶片氮素含量相关系数的变化情况，在此基础上分析红边面积常规计算方法的不足，并提出针对性的改进措施；在4个生育时期内，对改进红边面积MSred和通过常规计算所得红边面积Sred与叶片氮素含量的相关性进行分析，并评价MSred的效果。【结果】（1）对于不同的氮素处理水平，位于红边核心区域720～740nm的一阶导数光谱值相对于红边边缘区域具有更显著的响应特征。（2）在4个生育时期内，当波长范围处于红边核心区域时对应红边面积值较小，但其与叶片氮素含量的相关性较高；当波长范围以720～740nm为中心、2nm为步长扩展至700～760nm时，对应包围面积值总体上呈线性增长趋势，而其与叶片氮素含量的相关性则逐渐降低。（3）在喇叭期、抽雄期、吐丝期、乳熟期，MSred与夏玉米叶片氮素含量的相关系数分别为0．8768，0．8275，0．8442和0．8838，比同生育时期Sred与叶片氮素含量的相关系数分别提高了7．50％，5．00％，9．75％和5．54％。【结论】改进红边面积MSred可以更准确地指示叶片氮素含量的变化，为采用高光谱技术快速诊断夏玉米氮素营养亏缺状况提供了新途径。 展开更多
关键词 夏玉米 叶片氮素含量 一阶导数光谱 小波去噪 数值积分 红边面积
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基于光谱特征参数的粳稻冠层氮素含量反演方法 被引量：12
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作者 陈春玲 周长献 +2 位作者 于丰华 许童羽 曹英丽 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期218-224,共7页
粳稻氮素含量的快速、无损、准确估算,可以及时掌握粳稻的生长状况,对指导粳稻田间管理具有重要意义。为提高粳稻冠层氮素含量的高光谱反演精度,利用沈阳农业大学路南试验基地2018年粳稻3个关键生育期无人机高光谱影像和同步测定的粳稻... 粳稻氮素含量的快速、无损、准确估算,可以及时掌握粳稻的生长状况,对指导粳稻田间管理具有重要意义。为提高粳稻冠层氮素含量的高光谱反演精度,利用沈阳农业大学路南试验基地2018年粳稻3个关键生育期无人机高光谱影像和同步测定的粳稻冠层氮素含量作为数据源,选用从粳稻冠层光谱中提取的高光谱位置变量、面积变量和植被指数变量3种类型20个光谱特征参数与氮素含量进行相关性分析,选出各个生育期内相关性较高的前3个光谱特征参数作为模型输入分别建立偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络(BPNN)和思维进化算法优化BP神经网络(MEA-BPNN)3种粳稻冠层氮素含量反演模型并验证。结果表明:在粳稻分蘖期、拔节期、抽穗期,与粳稻氮素含量相关性最好的高光谱特征参数均为红边面积SDr,相关系数分别为0.771,0.664,0.775;MEA-BPNN反演模型与PLSR、BPNN相比,无论在模型精度还是预测能力都有明显提高,在各个生育期,MEA-BPNN模型的建模集和验证集决定系数R^2均达到0.700以上,RMSE均低于0.400以下,说明MEA-BPNN反演模型是筛选出的最佳粳稻冠层氮素含量反演模型。综上研究,该模型能够快速无损反演粳稻冠层氮素含量,可为后续施肥决策提供支持。 展开更多
关键词 粳稻 氮素含量 无人机遥感 光谱特征参数 思维进化算法优化BP神经网络
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基于光谱指数的棉花黄萎病叶片氮素含量提取 被引量：4
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作者 陈兵 邓福军 +3 位作者 林海 韩焕勇 王方永 刘政 《新疆农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2222-2228,共7页
【目的】研究棉花黄萎病叶片氮素含量与高光谱的关系,以期用简便、无损的遥感技术提取病害棉叶氮素含量,为大面积遥感监测棉花病害提供理论依据。【方法】通过小区和大田同步调查棉花黄萎病,在不同生育期测定病叶光谱及其氮素含量。将... 【目的】研究棉花黄萎病叶片氮素含量与高光谱的关系,以期用简便、无损的遥感技术提取病害棉叶氮素含量,为大面积遥感监测棉花病害提供理论依据。【方法】通过小区和大田同步调查棉花黄萎病,在不同生育期测定病叶光谱及其氮素含量。将病叶光谱特征参数与氮素含量进行相关分析,建立病叶氮素含量估测模型并检验。【结果】随着病害严重度的增加,棉叶氮素含量逐渐减小。病叶氮素含量与光谱指数FD731、NDVI[670,890]、DVI[FD554,FD731]、PVI[FD554,FD731]、RDVI[702,758]、RDVI[FD554,FD731]、SAVI、OSAVI、PRI[570,531]、PRI[702,758]、REP、Lo、Depth672和Area672呈极显著正相关,与11550、R680、R702、SD737、DVI[4So,560]、NDVI[702,758]、DVI[702,758]、RVI[702,758]、SIPI、TCARI、CCII、PPR[550,450]、Lwidth和ND672均呈极显著负相关,与Dr未达显著相关。选取相关系数较大的光谱参数建立的病叶氮素含量估测模型均达到显著水平,整体上利用DVI[702,758]、PVI[FD554,FD731]和NDVI[702,758]进行氮素含量的估测精度最高,模型的预测的相对误差均小于2%。【结论】考虑到DVI[702,758]建立的模型更为实用,可作为病害棉叶氮素含量的最佳估测模型。 展开更多
关键词 棉花 病害胁迫 高光谱 氮素含量 估测模型
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