中国土绑与巴料2008(4) 3植株无损测试诊断 数法、带宽归一化分析法等也认为是反演植物氮素 状况的一个有效方法。 3.1SPAD计快速诊断 另外，通过高光谱成像光谱仪获取小麦生长情 随着科学技术的发展 一些具有智能化和信息 况的谣感成像图。通过植被指数进行估产和施肥出 化的测试技术得到发展，植株氮素诊断逐步向依据 得到推广和应用。宋晓宇等0]利用扫描式成像光 作物生长状况的植株营养诊断发展 为了便于田间 谱仪获取冬小麦长势和小麦叶面积指数 根据目材 生长作物氨素营养状况的快速诊断，日本研发生产 产量的需氢量和测得的作物吸收复素的差值，计算 了手持式SPAD.S02型叶绿素计(chlorophyll me 出氮肥的施用量。随着遥感技术的发展， 些高分 ),其原理是基于对红光的强烈吸收和对远红 辨率的航片也逐渐应用于农业生产的管理 ,如航 外光的低吸收，具有操作简单、数据获取迅速、不 可见光近红外成像光谙仪(AVIRIS)、小型机载成 需要耗材、对植株和环境没有负作用等优点。用 像光普仪(CASD等高分辨率的航空图像和卫星图 SPAD值估计叶片单位重量含氨量 在田间通过测 像也逐渐用来大面积监测作物的氮素营养状况0] 试植物的叶片绿度估测作物氮营养的状况，并已经 密苏里州立大学的训建立了著于航空照片的 在棉花、水稻、小麦、玉米和大麦等多种作物上得 玉米追肥决策算法，该算法主要是根据未施肥区玉 到应用和推广93)。叶绿素计诊断追氨法己经作 米的绿度值与充足施肥区玉米绿度值的比值来计 为亚热带地区灌溉水稻诊断追氯的实用方法例 算，两者颜色差异越大，追肥也越多 在随后的 水稻幼穗分化期叶绿素计读数(SPAD值)与单位 田试验研究也证明该算法和实际的最住复用量十分 面积叶绿素含量、含氮量呈极显著正相关(p 吻合。但是该算法必须在满足以下条件时才适用 Q.0.李志宏等四用叶绿素仪监测夏玉米氨 前不施肥 必须从照片上除去士壤背景的像素， 养状况，结果表明，SPAD值与作物全氢、施氢量 须用相对于充足施肥区的绿度比值进行比较。因 及产量之间均有较好的相关性，夏玉米追肥推荐中 此在实际生产上的推广应用还受到一定限制」 营养状况的预测精度为66.17% .3 手持式主动遥感仪Greenseek 但由于SPAD读数受光辐射照度的影响较 美国NTech Industries公司开发的GreenSeeker 大s】,且该方法必须接触测定和需要测定多株植 是利用光学原理监测作物长势以推算作物体内营养 物以其平均值作为测定结果 有工作量较大的缺 状况。Lukina等提出的氨肥优化算法(N fer 点2，因此，寻找一种更为简便、快速、并能在 tion optimization algprithm NFOA) 主要的核心就是 大面积范围内使用非接触性仪器来判定作物氮素营 根据田间作物的归一化植被指数NDWI(ormalized 养状况的方法， 经成为守：临结准农业恋施胆的 veetable index)预测潜在产量和当时作物 关键。 对氨的吸收，以此原理开发的光传感实时变量施肥 3.2遥感技术的应用 机可以满足大田变量施巴的要求。通过光传感器 近年来，遥感技术在精确农业管理（优其是氮 实时获取小麦冠层反射光谱的面状信息，并相应计 肥)方面发挥了非常大的作用 。各种胁迫如缺氮 算出单位面积潜在产量、施氨量，按照不同的施 干早等都会使植株叶片的光反射特性发生改变.，通 量再由变量施肥机直接在田间实施作业 过检测冠层光学反射特性可以了解作物的营养。影 利用Greenseek诊断作物的营养状况的研究在 响叶片对光吸收和光反射的主要是叶绿素、蛋白 我国还未见报道 国家农业信息化工程技术研究中 质、水分和含碳化合物，其中影响最大的是叶绿素 心在2004年引进美国俄克拉荷马(Oaoa)州立 含量，利用湿感技术桶过监测作物冠层的光反射和 大学及ch公司开发的光谱仪 并在北京小汤 光吸收来监测作物的氮素营养状况 宽波段和多沙 基地开展了变量施肥机具的实时光学诊断技术的可 段光谱仪的监测表明，近红外波段(800m左 究。在国内，赵春江等研制了归 化差异植都 右、红光波段(680m左右)和绿光波段(560 指数仪，利用日光作光源，通过4个具有特殊光谱 m左右)之间组合生成的植被指数被证明可以用 响应特性的光电探测器， 在近红外和红光两个特 来监测作物（水稻、棉花、玉米）体内氨素状 波长处，分别对入射光和植被的反射光进行探测 况1。高光谱遥感中除了这些指数外，红边参 经模拟数字转换后，求出归一化差异植被指数，并 12 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 3 植株无损测试诊断 311 SPAD 计快速诊断 随着科学技术的发展 , 一些具有智能化和信息 化的测试技术得到发展 , 植株氮素诊断逐步向依据 作物生长状况的植株营养诊断发展 , 为了便于田间 生长作物氮素营养状况的快速诊断 , 日本研发生产 了手持式 SPAD - 502 型叶绿素计 (chlorophyll me2 ter) [18 ] , 其原理是基于对红光的强烈吸收和对远红 外光的低吸收 , 具有操作简单、数据获取迅速、不 需要耗材、对植株和环境没有负作用等优点。用 SPAD 值估计叶片单位重量含氮量 , 在田间通过测 试植物的叶片绿度估测作物氮营养的状况 , 并已经 在棉花、水稻、小麦、玉米和大麦等多种作物上得 到应用和推广[19 - 23 ] 。叶绿素计诊断追氮法已经作 为亚热带地区灌溉水稻诊断追氮的实用方法[19 ] , 水稻幼穗分化期叶绿素计读数 (SPAD 值) 与单位 面积叶绿素含量、含氮量呈极显著正相关 (p < 0101) 。李志宏等[22 ,24 ]用叶绿素仪监测夏玉米氮营 养状况 , 结果表明 , SPAD 值与作物全氮、施氮量 及产量之间均有较好的相关性 , 夏玉米追肥推荐中 营养状况的预测精度为 66117 %。 但由于 SPAD 读数受光辐射照度的影响较 大[25 ] , 且该方法必须接触测定和需要测定多株植 物以其平均值作为测定结果 , 有工作量较大的缺 点[22 ] , 因此 , 寻找一种更为简便、快速、并能在 大面积范围内使用非接触性仪器来判定作物氮素营 养状况的方法 , 已经成为实施精准农业变量施肥的 关键。 312 遥感技术的应用 近年来 , 遥感技术在精确农业管理 (尤其是氮 肥) 方面发挥了非常大的作用。各种胁迫如缺氮、 干旱等都会使植株叶片的光反射特性发生改变 , 通 过检测冠层光学反射特性可以了解作物的营养。影 响叶片对光吸收和光反射的主要是叶绿素、蛋白 质、水分和含碳化合物 , 其中影响最大的是叶绿素 含量 , 利用遥感技术通过监测作物冠层的光反射和 光吸收来监测作物的氮素营养状况。宽波段和多波 段光谱仪的监测表明 , 近红外波段 ( 800 nm 左 右) 、红光波段 (680 nm 左右) 和绿光波段 (560 nm 左右) 之间组合生成的植被指数被证明可以用 来监测作物 (水稻、棉花、玉米) 体内氮素状 况[26 - 28 ] 。高光谱遥感中除了这些指数外 , 红边参 数法、带宽归一化分析法等也认为是反演植物氮素 状况的一个有效方法[29 ] 。 另外 , 通过高光谱成像光谱仪获取小麦生长情 况的遥感成像图 , 通过植被指数进行估产和施肥也 得到推广和应用。宋晓宇等[30 ]利用扫描式成像光 谱仪获取冬小麦长势和小麦叶面积指数 , 根据目标 产量的需氮量和测得的作物吸收氮素的差值 , 计算 出氮肥的施用量。随着遥感技术的发展 , 一些高分 辨率的航片也逐渐应用于农业生产的管理 , 如航空 可见光近红外成像光谱仪 (AVIRIS) 、小型机载成 像光谱仪 (CASI) 等高分辨率的航空图像和卫星图 像也逐渐用来大面积监测作物的氮素营养状况[30 ] 。 密苏里州立大学的 Scarf [31 ]建立了基于航空照片的 玉米追肥决策算法 , 该算法主要是根据未施肥区玉 米的绿度值与充足施肥区玉米绿度值的比值来计 算 , 两者颜色差异越大 , 追肥也越多 , 在随后的大 田试验研究也证明该算法和实际的最佳氮用量十分 吻合。但是该算法必须在满足以下条件时才适用 : 前不施肥 , 必须从照片上除去土壤背景的像素 , 必 须用相对于充足施肥区的绿度比值进行比较。因 此 , 在实际生产上的推广应用还受到一定限制。 313 手持式主动遥感仪 Greenseek 美国 NTech Industries 公司开发的 GreenSeeker [32 ] 是利用光学原理监测作物长势以推算作物体内营养 状况。Lukina [33 ]等提出的氮肥优化算法 (N fertiliza2 tion optimization algorithm NFOA) , 主要的核心就是 根据田间作物的归一化植被指数 NDVI (Normalized difference vegetable index) 预测潜在产量和当时作物 对氮的吸收 , 以此原理开发的光传感实时变量施肥 机 , 可以满足大田变量施肥的要求。通过光传感器 实时获取小麦冠层反射光谱的面状信息 , 并相应计 算出单位面积潜在产量、施氮量 , 按照不同的施肥 量再由变量施肥机直接在田间实施作业。 利用 Greenseek 诊断作物的营养状况的研究在 我国还未见报道 , 国家农业信息化工程技术研究中 心在 2004 年引进美国俄克拉荷马 (Oklahoma) 州立 大学及 Ntech 公司开发的光谱仪 , 并在北京小汤山 基地开展了变量施肥机具的实时光学诊断技术的研 究。在国内 , 赵春江[34 ]等研制了归一化差异植被 指数仪 , 利用日光作光源 , 通过 4 个具有特殊光谱 响应特性的光电探测器 , 在近红外和红光两个特征 波长处 , 分别对入射光和植被的反射光进行探测 , 经模拟数字转换后 , 求出归一化差异植被指数 , 并 — 12 — 中国土壤与肥料 2008 (4)