油菜叶片的光谱特征与叶绿素含量之间的关系研究

叶绿素是作物生长中的重要因素,是植物营养胁迫、光合作用能力和生长状况的良好指示剂。实时、可靠的作物营养诊断是进行科学施肥管理的基础,也是实践精细农业的关键技术之一。采用便携式可见-近红外光谱仪,在室外自然光照条件下对不同氮肥水平下油菜叶片的光谱特性进行了研究,并根据作物特有的光谱特征,采用逐步回归分析方法建立了油菜叶片的叶绿素含量与红边位置和绿峰位置之间的定量分析模型。结果表明,将红边位置、绿峰位置二者作为自变量时,建立的模型效果优于采用单一的红边位置为自变量时建立的模型效果。其相关系数分别为0.863和0.848;校正标准偏差SEC分别为5.273和5.459, 说明采用红边位置和绿峰位置这两个参数更能很好地预测叶片的叶绿素含量。     

高光谱成像技术的油菜叶片氮含量及分布快速检测

应用高光谱成像技术实现了油菜苗-花-角果整个生命期叶片氮含量的快速检测和氮素水平分布的可视化。采集三个生长时期共计420个叶片样本的高光谱图像信息(380～1 030 nm),提取图像中感兴趣区域的平均光谱数据,经过不同光谱预处理后,利用连续投影算法(SPA)选择特征波长,将提取的12个特征波长(467,557,665,686,706,752,874,879,886,900,978和995 nm)作为自变量,叶片氮含量作为因变量,分别建立偏最小二乘法(PLS)和最小二乘-支持向量机(LS-SVM)模型。SPA-PLS和SPA-LS-SVM模型对叶片氮含量的预测相关系数R_P分别为0.807和0.836,预测均方根误差RMSEP分别为0.387和0.358。高光谱图像中的每一个像素点都有对应的光谱反射值,利用结构简单、更易提取回归系数的SPA-PLS模型,快速计算出12个特征波长下高光谱图像中每个像素点对应的氮含量预测值,结合像素点的空间位置生成氮素浓度的叶面分布图。可视化分布图详细且直观的反应出同一叶片内部或不同叶片之间氮含量的差异。结果表明,应用高光谱成像技术分析整个油菜生长期的叶片氮含量及其可视化分布是可行的。     

基于高光谱成像技术的油菜叶片SPAD值检测

以油菜叶片为研究对象,利用高光谱成像技术,成功建立了叶绿素相对值SPAD值的预测模型。共采集了160个油菜叶片样本在380～1030 nm范围内的高光谱图像。选择500～900 nm之间的平均光谱作为油菜叶片样本的光谱。利用蒙特卡罗最小二乘法(monte carlo partial least squares, MC-PLS)剔除了13个异常样本,基于剩余的147个样本光谱数据与SPAD测量值进行分析,采用了不同的方法建立了多种预测模型,包括：全光谱的偏最小二乘法(partial least squares, PLS)模型,连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)选择特征波长的PLS预测模型,“红边”位置(λ_red)的简单经验估测模型,三种植被指数R₇₁₀/R₇₆₀,(R₇₅₀-R₇₀₅)/(R₇₅₀-R₇₀₅)和R₈₆₀/(R₅₅₀*R₇₀₈)分别建立的简单经验估测模型,以及基于这三种植被指数的PLS预测模型。建模结果显示,全光谱的PLS模型预测效果最为精确,其预测相关系数r_p为0.833 9,预测均方根误差RMSEP为1.52。而使用SPA算法选出的8个特征波长所建立的PLS模型其预测结果可达到与全光谱的PLS模型非常接近的水平,而且在保证一定精度的条件下减少了大量运算,节省了运算时间,大幅提高了建模的速度。而基于红边位置和选择的三种植被指数而建立的简单经验估计模型其预测结果虽与基于全光谱的PLS预测模型有一定差距,但模型简单、运算量小,适合用于对精度要求不高的场合,对后续的便携仪器设备开发有一定的指导作用。     

基于热红外成像技术的油菜菌核病早期检测研究

将热红外成像技术和低空遥感技术相结合,基于冠层和叶片两个尺度对菌核病侵染油菜的过程进行检测研究。从冠层尺度分析,首先获取整株样本的温度值(平均温度与最大温差),并采集其生理指数(气孔导度、CO₂浓度、蒸腾速率及光合速率)。然后,将染病样本与健康样本的温度值进行判别分析,并对其进行单因素方差分析。从结果可知,平均温度和最大温差值都可以对染病样本与健康样本进行区分,且最大温差相较平均温度结果较明显。同时单因素方差分析也显示,最大温差三次检测中均存在显著性差异。对获取的生理指数进行分析,发现染病样本与健康样本之间可以通过生理指数进行明显区分。另外,将生理指数与叶片温度进行相关性分析,结果表明二氧化碳浓度与叶片温度之间的三次检测均存在显著性差异。基于叶片尺度,首先从单一叶片来看健康区域和染病区域的温度差异,可以明显区分出染病区域和健康区域的温度差异。然后,提取健康区域与染病区域的的温度值(最大温度、最小温度、平均温度以及最大温差)对进行对比分析,并对其进行单因素方差分析。结果表明,以上四个温度指标均可以区分叶片的染病区域和健康区域。但根据单因素方差分析结果可知,与冠层尺度相同,最大温差三次检测中均存在显著性差异,可以实现对油菜菌核病的早期识别。     

高光谱成像的油菜和杂草分类方法

利用高光谱成像技术结合化学计量学方法对油菜中的杂草进行分类识别。采用近红外高光谱技术,通过正态变量变换(SNV)、去趋势化(De-trending)、多元散射校正(MSC)、移动平均平滑法(MA)、多项式卷积平滑法(SG)、基线校正(baseline)及归一化(normalize)算法对光谱数据进行预处理,采用主成分载荷(PCA loadings)、载荷系数法(x-LW)、回归系数法(RC)、连续投影算法(SPA)分别进行特征波长提取,采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、极限学习机(ELM)和支持向量机(SVM)建立分类模型。结果表明,基于De-trending 预处理,通过PCA loadings,x-loading weights及SPA特征波长提取方法,基于极限学习机ELM算法建立的模型取得了最优的分类效果,建模集和预测集的分类精度均达到100%,另引入平均分类精度的指标,发现不同试验时间下,模型分类精度变化不大,表明应用近红外高光谱成像技术对油菜和杂草进行分类是可行的。     

NSB对油菜某些生理特性及产量的影响

在油菜的蕾苔期、初花期喷施一定浓度的植物生长调节剂萘乙酸、微量元素锶和硼的混合配方,可以促进植物的生长发育和增强花粉的生活力,提高泌蜜量、叶绿素含量和硝酸还原酶的活性,增强植株的根系活力和抗旱性,加快可溶性糖的转移,同时能有效地提高油菜产量。     

高效液相色谱-质谱分离鉴定荧光试剂标记的脂肪酸

以2-(2-(10-蒽基)-萘[2,3-d]咪唑)-乙基-对甲苯磺酸酯(ANITS)作为柱前衍生化试剂,在Eclipse XDB-C8色谱柱上,梯度洗脱实现了20种游离脂肪酸(FFA)衍生物的完全基线分离。90℃下在DMF溶剂中以K2CO3作催化剂,选取衍生试剂摩尔数为脂肪酸的7倍,衍生反应40min可获得稳定的荧光产物。激发和发射波长分别为250nm和512nm。采用大气压化学电离源(APCI)正离子模式,实现了油菜蜂花粉中游离脂肪酸的质谱鉴定。所有脂肪酸的线性相关系数均大于0.9999,检出限为24.76~98.79fmol。     

钕对缺钙油菜膜损伤和过氧化进程的影响

通过在缺钙条件下对油菜进行水培 ,探讨了Nd对缺钙油菜膜损伤和过氧化进程的影响。3 μmol·L- 1硝酸钕可降低根质膜相对透性和叶片中膜脂过氧化作用产物丙二醛含量 ,提高过氧化氢酶 ,过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性。Nd可减轻油菜缺Ca症状 ,抑制膜的过氧化进程 ,完全营养液中加入硝酸钕也有类似效果。     

近红外光谱法快速鉴定油菜杂交种的纯度

建立近红外光谱技术测定油菜杂交种纯度的方法。考察了样品杯类型、光谱预处理方法和波长范围对近红外模型预测性能的影响。结果发现,由不同样品杯采集近红外光谱所建立的校正模型,其预测性能存在较大的差异,旋转杯明显优于安瓿瓶;采用消除常数偏移量对光谱进行预处理能有效地提取光谱信息,选择5 000~8 000 cm–1波数范围作为建模谱区,其包含的有效信息率最高。在最佳条件下建立油菜杂交种纯度的校正模型,其决定系数(R2)为0.980 0,交互验证均方根误差(RMSECV)为0.008 59。利用该模型对预测集进行测定,预期均方根误差(RMSEP)为0.007 59,表明该模型具有很好的预测性能,近红外光谱法用于杂交种纯度的鉴定是可行的。