基于无人机遥感的棉花氮素快速诊断方法研究

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为了探究无人机遥感技术对棉花氮素实时、高效的诊断方法,加强棉田减氮增效技术的管理,为新疆棉花的优质高产提供现实可行的技术支持。本研究于2021年在新疆阿克苏地区沙雅县海楼镇海楼村棉花试验基地,设置配方减氮试验(CK、N150、N225、N300和N450)和时空减氮试验(CK、N4、N6、N8和N10)两种施氮模式,使用大疆经纬M300 RTK无人机获取棉花主要生育期的可见光和多光谱影像的植被指数,同时获取SPAD值、叶部氮素含量和植物氮素积累量3种棉花氮素诊断指标,分析氮素诊断指标和植被指数的相关性,构建线性或非线性估算模型,探究氮素诊断模型最佳获取方法。主要研究结果如下:(1)棉花生育期和处理对氮素诊断指标有极显著性(P<0.01)影响,SPAD值和植物氮素积累量变化规律为苗期<花期<蕾期<铃期,叶部氮素含量变化规律为铃期<花期<苗期<蕾期。配方减氮试验的氮素诊断指标均在N300处理达到峰值,时空减氮试验的氮素诊断指标主要在N8处理存在峰值。氮素诊断指标与处理之间存在较强的线性关系,决定系数R~2在0.3280~0.9977之间。各生育期氮素诊断指标和产量之间存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关性。(2)各生育期氮素诊断指标与可见光植被指数存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关性。可见光植被指数NPCI和NRI与氮素诊断指标相关性较强,NPCI相关系数绝对值在0.107~0.750之间,NRI相关系数绝对值在0.040~0.745之间。各生育期植被指数与SPAD值多项式线性拟合估算模型的RMSE取值在2.0974~4.8750之间,R~2取值在0.0913~0.7556之间,拟合度高,精度好,模型较为优质。(3)各生育期氮素诊断指标与多光谱植被指数也存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关性。多光谱植被指数GNDVI和DVI与氮素诊断指标相关性较强,GNDVI相关系数绝对值在0.078~0.779之间,DVI相关系数绝对值在0.065~0.864之间。各生育期植被指数与SPAD值多项式线性拟合估算模型的RMSE取值在0.1702~4.4269之间,R~2取值在0.0168~0.9745之间,拟合度高,精度好,模型较为优质。综合上述结果得出结论:棉花氮素诊断指标相关性强,有相互指示作用。SPAD值构建多项式模型较精度高、拟合度好,更适合氮素快速诊断的方法。多光谱植被指数构建的氮素诊断估算模型的精度和拟合度优于可见光植被指数构建的氮素诊断估算模型。
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