基于氮平衡光谱法的小麦春季氮肥施用方法及其追氮量模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于氮平衡光谱法的小麦春季氮肥施用方法及其追氮量模型的构建方法，该模型构建方法包括：（1）小麦目标产量及增产系数确定；（2）氮肥空白区小麦光谱测定；（3）春季足量施氮区小麦光谱测定；（4）筛选植被差异指数与优化施氮总量间的当量表达形式；（5）构建追氮量模型。该氮肥施用方法包括：（A）信息采集；（B）确定增产系数；（C）确立目标产量的优化施氮总量；（D）确立单位植被差异指数所需补氮当量；（E）计算追氮量。本发明专利技术通过实时实地获取的小麦作物生长状况，确定适宜的氮肥时空优化方案，在保证作物产量前提下提高氮肥利用率，适应了现代农业发展的必然要求，为精准农业的技术发展提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及农业植被生长信息无损监测
，具体设及一种基于氮平衡光谱 法的小麦春季氮肥施用方法及其追氮量模型的构建方法。
技术介绍
小麦是我国主要粮食作物，其产量高低直接影响人民生活和国家粮食安全。小麦 氮素的科学合理调控是小麦生产管理中最重要环节。随着小麦产量水平提高，氮肥用量持 续上升，我国有些地区习惯施氮量高达300kg.hnf2及W上，而实际的氮肥利用率只有20%。随 着施氮量增加，作物单产虽有一定程度提高，但氮素利用率明显降低，环境污染效应加重。 生产中氮肥管理是基于经验的均一施肥，而由于±壤肥力变异导致作物长势空间 差异很大，±壤库供肥与作物营养需求存在矛盾，严重影响作物生长发育。现代科学施肥大 多采用测±施肥，但常规的田间±壤取样和室内分析，方法步骤复杂、费时费事，大面积高 密度±壤化验成本太高。因此，借助现代快速无损检测技术，实时监测小麦长势及氮素营养 状况，进而建立基于遥感监测技术的小麦氮肥追施方法，对确保小麦产量和品质目标，提高 资源利用效率，减少环境污染具有重要意义，运也是当今作物氮素精确管理所迫切需要解 决的关键技术。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够实现小麦氮肥精量施用管理、提高小麦 氮肥利用率、减少环境污染的基于氮平衡光谱法的小麦春季氮肥施用方法及其追氮量模型 的构建方法。[000引为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案： 设计一种基于氮平衡光谱法的小麦春季追氮量模型的构建方法，包括下列步骤： (1)小麦目标产量及增产系数确定 所述小麦目标产量根据决策点前Ξ年生态点高产田平均产量和增产系数来确定： 目标产量二前Ξ年生态点高产田平均产量x(l+增产系数）。 (2)氮肥空白区小麦光谱测定 决策点小麦全生育期不施氮肥的区域作为氮肥空白区，该区小麦在播种时仅仅不添加 氮肥，而其他肥料和种植方式W及栽培措施均与相邻的待施肥调控田块一致； 先按常规方法分别采集氮肥空白区内的拔节期前后小麦冠层高光谱信息，再采用常规 的五步平滑方法对光谱曲线进行平滑处理。 (3)春季足量施氮区小麦光谱测定 依据决策点当地小麦前Ξ年的平均产量与施氮量统计关系，通过拟合的抛物线二次函 数求出获得小麦最高产量的全生育期优化施氮总量，按照该优化施氮总量全部作为底肥施 用、春季不追氮肥方式种植的田块小麦为足量施氮区； 先按常规方法分别采集足量施氮区内的拔节期前后小麦冠层高光谱信息，再采用常规 的五步平滑方法对光谱曲线进行平滑处理。 (4)筛选植被差异指数与优化施氮总量间的当量表达形式 基于地物光谱数据计算优化±壤调节植被指数0SAVI，所用波长为670皿和800nm， 计算公式为： 0SAVI = (1+0.16) X (R8〇〇-R67〇)/(R8〇o+R67〇+0.16) 其中：Rsoo和R670分别为800nm和670nm的光谱反射率值； 根据上述公式计算足量施氮区与氮肥空白区的±壤调节植被指数，分别表示为OSAVIt和OSAVIo; 依据小麦拔节期前后植被长势差异值与目标产量优化施氮总量的显著相关性，获得单 位苗情差值所需补氮当量K: K=Nt-〇pt / (OSAVIt-OSAVIo) 其中，Nt-opt为小麦全生育期优化施氮总量，OSAVIt为足量施氮区的±壤调节植被指 数，OSAVIo为氮肥空白区的±壤调节植被指数。 巧)构建追氮量模型 通过测定待施肥区小麦长势，计算其与足量施氮区长势的差异值，从而计算小麦待施 肥区春季追氮量，构建小麦追氮量模型如下：其中，α为增产系数，Nt-opt为小麦全生育期优化施氮总量，OSAVIt为足量施氮区的± 壤调节植被指数，OSAVIo为氮肥空白区的±壤调节植被指数，OSAVIs为春季待施肥区域的± 壤调节植被指数。 本专利技术还设及一种基于氮平衡光谱法的小麦春季氮肥施用方法，包括下列步骤： (A)f目息义集 先按常规方法采集拔节期前后足量施氮区、氮肥空白区、待施肥区的小麦冠层群体的 高光谱信息，再W常规的五步平滑方法对光谱曲线进行平滑处理，依照上述步骤(4)中±壤 调节植被指数0SAVI的计算公式进行提取计算，得到足量施氮区小麦±壤调节植被指数 OSAVIt，氮肥空白区小麦±壤调节植被指数OSAVIo,待施肥区的小麦±壤调节植被指数 OSAVIs。 (B)确定增产系数 确定小麦目标产量，根据目标产量与决策点前Ξ年生态点高产田平均产量的比值减1， 得到增产系数α: α=目标产量/前=年生态点高产田平均产量一1。 (C)确立目标产量的优化施氮总量 依据决策点拟合的前Ξ年氮肥-产量二次曲线模拟算法求出的当地生态区小麦适宜氮 肥用量，表示小麦正常生长结实获得较高巧粒产量时所需的由外界氮素补给量，即小麦目 标产量的全生育期优化施氮总量Nt-Dpt: Y=ax^+bX+c 运里Y为目标产量，X为总氮肥用量，a和b为系数，C为常数项； 由巧优化方程求解得到Nt-Dpt,即Nt-Dpt= -b/2a〇 (D)确立单位植被差异指数所需补氮当量 依据小麦拔节期前后植被长势差异值与目标产量优化施氮总量的显著相关性，获得单 位苗情差值所需补氮当量K: K=Nt-〇pt/ (OSAVIt-OSAVIo) 其中，Nt-opt为小麦全生育期优化施氮总量，OSAVIt为足量施氮区的±壤调节植被指 数，OSAVIo为氮肥空白区的±壤调节植被指数。 (E)计算追氮量 W待施肥区小麦氮肥追施量为因变量，拔节期前后足量施氮区与待施肥区光谱指数的 差值为自变量，根据上述步骤巧)所构建的追氮量模型计算出待施肥区小麦追氮量： 追氮量Na-Dpt= (1 +日）体* (0SAVIt-OSAVIS)其中，α为增产系数，Nt-opt为小麦全生育期优化施氮总量，OSAVIt为足量施氮区的± 壤调节植被指数，OSAVIo为氮肥空白区的±壤调节植被指数，OSAVIs为春季待施肥区域的± 壤调节植被指数。 本专利技术的有益效果在于：能够实时实地快速获取小麦作物生长状况，据此确定适 宜的氮肥时空优化方案，在保证作物产量前提下提高氮肥利用率，适应了现代农业发展的 必然要求，为精准农业的技术发展提供技术支撑。通过本专利技术确立的光谱法追氮管理方法 能大大减少农民看苗施肥的盲目性，克服了专家看苗施肥的主观性，为小麦指标化、规程化 和模式化栽培管理提供技术支撑。【附图说明】 图1是本专利技术基于氮平衡光谱法的小麦春季氮肥施用方法的流程图； 图2是本专利技术实施例中小麦植被差异指数与优化施氮总量间的间的当量关系示意图 側州点）； 图3是本专利技术实施例中小麦植被差异指数与优化施氮总量间的间的当量关系示意图 (商水点）。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例来说明本专利技术的【具体实施方式】，但W下实施例只是用来详 细说明本专利技术，并不W任何方式限制本专利技术的范围。 实施例：根据上述
技术实现思路
，共进行2个田间试验，设及到不同地点和不同氮肥运 筹处理，具体试验设计描述如下。 试验1:在郑州郊区（轻壤潮±)小麦高产目标设定为570公斤/亩，按照当地小麦平 均每百公斤巧粒需氮2.8公斤，折合全生育期所需纯氮16公斤/亩。氮肥基追比设置为0:10、 3:7、5:5、7:3和10:0共5个处理，随机区组设计，3次重复。主要测定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氮平衡光谱法的小麦春季追氮量模型的构建方法，其特征在于，包括下列步骤：（1）小麦目标产量及增产系数确定所述小麦目标产量根据决策点前三年生态点高产田平均产量和增产系数来确定：目标产量＝前三年生态点高产田平均产量×(1+增产系数) ；（2）氮肥空白区小麦光谱测定决策点小麦全生育期不施氮肥的区域作为氮肥空白区，该区小麦在播种时仅仅不添加氮肥，而其他肥料和种植方式以及栽培措施均与相邻的待施肥调控田块一致；先按常规方法分别采集氮肥空白区内的拔节期前后小麦冠层高光谱信息，再采用常规的五步平滑方法对光谱曲线进行平滑处理；（3） 春季足量施氮区小麦光谱测定依据决策点当地小麦前三年的平均产量与施氮量统计关系，通过拟合的抛物线二次函数求出获得小麦最高产量的全生育期优化施氮总量，按照该优化施氮总量全部作为底肥施用、春季不追氮肥方式种植的田块小麦为足量施氮区；先按常规方法分别采集足量施氮区内的拔节期前后小麦冠层高光谱信息，再采用常规的五步平滑方法对光谱曲线进行平滑处理；（4）筛选植被差异指数与优化施氮总量间的当量表达形式基于地物光谱数据计算优化土壤调节植被指数OSAVI，所用波长为670 nm 和800 nm，计算公式为:OSAVI = (1+0.16)×(R800‑R670)∕(R800+R670+0.16)其中：R800和R670分别为800 nm和670 nm的光谱反射率值；根据上述公式计算足量施氮区与氮肥空白区的土壤调节植被指数，分别表示为OSAVIt和OSAVI0；依据小麦拔节期前后植被长势差异值与目标产量优化施氮总量的显著相关性，获得单位苗情差值所需补氮当量K：K=Nt‑opt / (OSAVIt−OSAVI0)其中，Nt‑opt为小麦全生育期优化施氮总量，OSAVIt为足量施氮区的土壤调节植被指数，OSAVI0为氮肥空白区的土壤调节植被指数；（5）构建追氮量模型通过测定待施肥区小麦长势，计算其与足量施氮区长势的差异值，从而计算小麦待施肥区春季追氮量，构建小麦追氮量模型如下：其中，α为增产系数，Nt‑opt为小麦全生育期优化施氮总量，OSAVIt为足量施氮区的土壤调节植被指数，OSAVI0为氮肥空白区的土壤调节植被指数，OSAVIs为春季待施肥区域的土壤调节植被指数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，郭彬彬，王永华，谢迎新，王晨阳，郭天财，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41