一种棉花叶片色素及氮素含量检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种棉花叶片色素及氮素含量检测方法及系统，涉及植物叶片生理生化指标检测技术领域，首先获取棉花叶片的色素实际含量、氮素含量以及光谱反射率，并根据光谱反射率计算棉花叶片在每个光谱波段组合下的光谱指数，然后拟合不同光谱波段组合下的光谱指数与色素实际含量，拟合不同光谱波段组合下的光谱指数与氮素含量，得到色素实际含量和氮素含量与光谱指数的关系方程，然后根据计算得到的拟合优度选出最佳的方程，在后续测量过程中，只需获取棉花叶片对应波段的光谱反射率即可根据该最佳的方程得到叶绿素及氮素含量，从而不需要损坏样本，有效解决了现有技术中时效性差和不可逆的样品损坏问题。差和不可逆的样品损坏问题。差和不可逆的样品损坏问题。

【技术实现步骤摘要】
一种棉花叶片色素及氮素含量检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及植物叶片生理生化指标检测
，特别是涉及一种基于优化光谱指数的棉花叶片色素及氮素含量检测方法及系统。

技术介绍

[0002]棉花因其优良的天然特性而成为最重要的经济作物之一。棉花的生长发育离不开光合作用。而色素是绿色植物光合作用中最重要的有机分子，是叶绿体的重要组成部分。色素含量可用于评估光合作用过程和潜在的最大CO2同化速率，色素含量的变化反映了植物的光合能力，间接揭示了植物的营养状况以及衰老和疾病胁迫问题。同时，氮素是合成核酸、蛋白质、叶绿素和酶等物质的必要营养元素，为棉花的生长发育提供重要营养支持。所以色素及氮素含量的测定是棉花生理状态评价的重要组成部分。因此，快速准确地检测色素及氮素含量至关重要。
[0003]色素含量检测的常规方法主要有紫外
‑
可见分光光度法和高效液相色谱法。虽然这些方法提供了良好的重现性和高精度测量色素含量的可行性，但诸如费力、时效性差和不可逆的样品损坏等缺陷限制了它们的应用。
[0004]因此，本领域亟需一种无损快速检测色素及氮素含量的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种棉花叶片色素及氮素含量检测方法及系统，基于优化光谱指数对棉花叶片进行快速检测，不需要损坏样本，有效解决了现有技术中时效性差和不可逆的样品损坏问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种棉花叶片色素及氮素含量检测方法，所述方法包括：
[0008]获取棉花叶片样本的色素实际含量；
[0009]获取棉花叶片样本的氮素含量；
[0010]获取棉花叶片样本的光谱反射率；
[0011]根据所述光谱反射率计算所述棉花叶片样本在每个光谱波段组合下的光谱指数；
[0012]拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述色素实际含量，并计算第一拟合优度；
[0013]根据所述第一拟合优度选取最佳的光谱波段组合和对应的拟合方程，得到色素检测模型；
[0014]拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述氮素含量，并计算第二拟合优度；
[0015]根据所述第二拟合优度选取最佳的光谱波段组合和对应的拟合方程，得到氮素检测模型；
[0016]分别利用所述色素检测模型和所述氮素检测模型检测待测棉花叶片的色素及氮
素含量。
[0017]在一些实施例中，在所述获取棉花叶片样本的色素实际含量之前，还包括：
[0018]根据株高将棉花叶片分为上、中、下三层；
[0019]获取处于不同生长周期的每层棉花在不同氮肥施用量下的棉花叶片样本。
[0020]在一些实施例中，所述获取棉花叶片样本的色素实际含量，具体包括：
[0021]利用酒精浸泡所述棉花叶片样本，得到萃取液；
[0022]用分光光度计测定所述萃取液在665nm、649nm和470nm处的吸光度，并利用色素含量公式计算色素实际含量。
[0023]在一些实施例中，所述色素实际含量包括：叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量以及总叶绿素含量；
[0024]所述色素含量公式包括：叶绿素a含量公式、叶绿素b含量公式、类胡萝卜素含量公式以及总叶绿素含量公式；
[0025]所述叶绿素a含量公式为：C
a
＝13.95
×
A
665
‑
6.88
×
A
649
[0026]所述叶绿素b含量公式为：C
b
＝24.96
×
A
649
‑
7.32
×
A
665
[0027]所述类胡萝卜素含量公式为：C
ar
＝(1000
×
A
470
‑
2.05
×
C
a
‑
114.8
×
C
b
)/245；
[0028]所述总叶绿素含量公式为：C
total
＝C
a
+C
b
；
[0029]其中，C
a
、C
b
、C
total
、C
ar
分别为提取液中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素的浓度，单位为mg/L，A
665
、A
649
、A
470
分别为665nm，649nm，470nm下的吸光度值。
[0030]在一些实施例中，所述获取棉花叶片样本的氮素含量，具体包括：
[0031]将棉花叶片样本粉碎；
[0032]在粉碎后的棉花叶片样本中添加浓硫酸和过氧化氢溶液，得到混合物；
[0033]将所述混合物置于消煮炉上进行消解，并转移到容量瓶中定容；
[0034]测定定容后的溶液中的氮素浓度；
[0035]将所述氮素浓度换算成棉花叶片样本的氮素含量。
[0036]在一些实施例中，所述获取棉花叶片样本的光谱反射率，具体包括：
[0037]选取棉花叶片样本中每个叶片的三个采样点；
[0038]分别测量三个采样点的光谱反射率，采集的光谱波段为：350～2500nm；
[0039]将所述三个采样点的光谱反射率的平均值作为所述棉花叶片样本的光谱反射率。
[0040]在一些实施例中，所述根据所述光谱反射率计算所述棉花叶片样本在每个光谱波段组合下的光谱指数，具体包括：
[0041]根据所述光谱反射率利用光谱指数计算公式计算所述棉花叶片样本在每个光谱波段组合下的光谱指数；
[0042]所述光谱指数包括：比值光谱指数、差异光谱指数和归一化光谱指数；
[0043]所述光谱指数计算公式包括：比值光谱指数计算公式、差异光谱指数计算公式和归一化光谱指数计算公式；
[0044]所述比值光谱指数计算公式为：RSI＝R
i
/R
j
；
[0045]所述差异光谱指数计算公式为：DSI＝R
i
‑
R
j
；
[0046]所述归一化光谱指数计算公式为：NDSI＝(R
i
‑
R
j
)/(R
i
+R
j
)；
[0047]其中，R
i
和R
j
分别表示棉花叶片样本在i和jnm波段处的叶片光谱反射率，RSI表示
比值光谱指数，DSI表示差异光谱指数，NDSI表示归一化光谱指数。
[0048]在一些实施例中，拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述色素实际含量，并计算第一拟合优度，具体包括：
[0049]分别拟合不同光谱波段本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述方法包括：获取棉花叶片样本的色素实际含量；获取棉花叶片样本的氮素含量；获取棉花叶片样本的光谱反射率；根据所述光谱反射率计算所述棉花叶片样本在每个光谱波段组合下的光谱指数；拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述色素实际含量，并计算第一拟合优度；根据所述第一拟合优度选取最佳的光谱波段组合和对应的拟合方程，得到色素检测模型；拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述氮素含量，并计算第二拟合优度；根据所述第二拟合优度选取最佳的光谱波段组合和对应的拟合方程，得到氮素检测模型；分别利用所述色素检测模型和所述氮素检测模型检测待测棉花叶片的色素及氮素含量。2.根据权利要求1所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，在所述获取棉花叶片样本的色素实际含量之前，还包括：根据株高将棉花叶片分为上、中、下三层；获取处于不同生长周期的每层棉花在不同氮肥施用量下的棉花叶片样本。3.根据权利要求1所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述获取棉花叶片样本的色素实际含量，具体包括：利用酒精浸泡所述棉花叶片样本，得到萃取液；用分光光度计测定所述萃取液在665nm、649nm和470nm处的吸光度，并利用色素含量公式计算色素实际含量。4.根据权利要求3所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述色素实际含量包括：叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量以及总叶绿素含量；所述色素含量公式包括：叶绿素a含量公式、叶绿素b含量公式、类胡萝卜素含量公式以及总叶绿素含量公式；所述叶绿素a含量公式为：C
a
＝13.95
×
A
665
‑
6.88
×
A
649
；所述叶绿素b含量公式为：C
b
＝24.96
×
A
649
‑
7.32
×
A
665
；所述类胡萝卜素含量公式为：C
ar
＝(1000
×
A
470
‑
2.05
×
C
a
‑
114.8
×
C
b
)/245；所述总叶绿素含量公式为：C
total
＝C
a
+C
b
；其中，C
a
、C
b
、C
total
、C
ar
分别为萃取液中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素的浓度，单位为mg/L，A
665
、A
649
、A
470
分别为665nm，649nm，470nm下的吸光度值。5.根据权利要求1所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述获取棉花叶片样本的氮素含量，具体包括：将棉花叶片样本粉碎；在粉碎后的棉花叶片样本中添加浓硫酸和过氧化氢溶液，得到混合物；将所述混合物置于消煮炉上进行消解，并转移到容量瓶中定容；测定定容后的溶液中的氮素浓度；
将所述氮素浓度换算成所述棉花叶片样本的氮素含量。6.根据权利要求1所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述获取棉花叶片样本的光谱反射率，具体包括：选取棉花叶片样本中每个叶片的三个采样点；分别测量三个采样点的光谱反射率，采集的光谱波段为：350～2500nm；将所述三个采样点的光谱反射率的平均值作为所述棉花叶片样本的光谱反射率。7.根据权利要求1所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述根据所述光谱反射率计算所述棉花叶片样本在每个光谱波段组合下的光谱指数，具体包括：根据所述光谱反射率，利用光谱指数计算公式计算所述棉花叶片样本在每个光谱波段组合下的光谱指数；所述光谱指数包括：比值光谱指数、差异光谱指数和归一化光谱指数；所述光谱指数计算公式包括：比值光谱指数计算公式、差异光谱指数计算公式和归一化光谱指数计算公式；所述比值光谱指数计算公式为：RSI＝R
i
/R
j
；所述差异光谱指数计算公式为：DSI＝R
i
‑
R
j
；所述归一化光谱指数计算公式为：NDSI＝(R
i
‑
R
j
)/(R
i
+R
j
)；其中，R
i
和R
j
分别表示棉花叶片样本在i和j nm波段处的叶片光谱反射率，RSI表示比值光谱指数，DSI表示差异光谱指数，NDSI表示归一化光谱指数。8.根据权利要求4或7所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述色素实际含量，并计算第一拟合优度，具体包括：分别拟合不同光谱波段组合下的所述光谱指数与所述色素实际含量，得到若干个以不同光谱波段组合下的光谱指数为自变量，色素实际含量为因变量的一元二次方程；计算每个所述一元二次方程的拟合优度；所述拟合优度为相关系数的平方。9.根据权利要求8所述的棉花叶片色素及氮素含量检测方法，其特征在于，所述色素检测模型包括：y
a
＝83.6408x
a12
‑
122.1282x
a1
+43.6552 R2＝0.8502；其中，y
a
表示叶绿素a含量，x
a1
表示光谱波段组合为778nm/730nm下的RSI，R2表示拟合优度；y
b
＝1.1010e4x
b12
‑
2.11...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雷，肖沁林，刘飞，吴娜，刘羽飞，何勇，张初，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：