【摘要】：在廣西的甘蔗種植中,化肥的過量和不正當(dāng)使用,造成國際競爭力低和環(huán)境污染等問題。為了解甘蔗的生長狀況,提高化肥的利用率,本文以光譜學(xué)方法為理論基礎(chǔ),建立了甘蔗葉片氮(N)、磷(P)、鉀(K)含量的預(yù)測模型,并進(jìn)一步考慮元素間的交互作用,以提高對N、P、K含量的預(yù)測精度。本文以甘蔗為研究對象,通過對不同生長期的葉片進(jìn)行光譜反射率(220-1400nm)的測量,探索了多種光譜分析方法建立葉片N、P、K含量預(yù)測模型的可行性。研究首先對全光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行二階微分(2nd Der)變換,再通過CARS-PCA算法篩選特征變量,選擇N、P、K的特征變量個數(shù)分別為34、32、39個。利用特征變量建立甘蔗葉片氮、磷、鉀含量的6折交叉預(yù)測PLS模型,PLS模型預(yù)測結(jié)果R2分別為0.8591、0.6769、0.9321。考慮到甘蔗生長過程中N、P、K可能存在的交互影響,本文還引入了包含19個因子的三項回歸模型來反映三因子間的互作關(guān)系。并利用PCA將提煉后的19IF-PCA主成分因子建立了N、P、K的PLS和MLR修正預(yù)測模型,其中N、P、K含量的MLR修正模型預(yù)測結(jié)果決定系數(shù)R2分別為0.8908、0.8019、0.9439,預(yù)測精度明顯提高。除此之外,研究還基于光譜學(xué)原理,設(shè)計并開發(fā)了一款便攜式作物長勢傳感器,以期實現(xiàn)對作物的無損、快速檢測。
【圖文】：

甘蔗的生產(chǎn)成本越來越高，這直接導(dǎo)致了我國食糖價格缺乏國際競爭力，使得我國產(chǎn)糖逡逑出口量很少［４］。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)大部分食糖來源于進(jìn)口，近年來的食糖出口量占進(jìn)口量的逡逑１．０％？４．９％，國際競爭力較弱。２０１２－２０１８年食糖進(jìn)出口數(shù)據(jù)如圖１－１［５＇逡逑４８４．６２逡逑５００「邐４５４．５９邐，邐Ｚ進(jìn)口量（萬噸）逡逑，？則，３腿｜邐■出口量（萬噸）逡逑Ｓｓｏｏ．Ｉ邋｜邋Ｉ邋Ｉ邋７邐２邋yU逡逑卜Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邋ＩＩ邐？邋Ｉ逡逑＾１０：邋ｒ邋｜７ｙ邋ｔｖ邋Ｉ邋－邋ｉ邋Ｉ－邋Ｉ－邋ｉｆ逡逑２０１２邐２０１３邐２０１４邐２０１５邐２０１６邐２０１７邐２０１８逡逑年份（年）逡逑圖１－１．邋２０１２－２０１８年中國進(jìn)出口食糖數(shù)據(jù)逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｄａｔａ邋ｏｆ邋ｃｈｉｎａ＇ｓ邋ｉｍｐｏｒｔ邋ａｎｄ邋ｅｘｐｏｒｔ邋ｏｆ邋ｓｕｇａｒ邋ｆｒｏｍ邋２０１２邋ｔｏ邋２０１８逡逑由于投入產(chǎn)出比過高，甘蔗種植的經(jīng)濟(jì)效益得不到保障，國內(nèi)的種植面積也出現(xiàn)減逡逑少的趨勢。由國家統(tǒng)計局發(fā)布的中國統(tǒng)計年鑒可以看出，近年來，甘蔗的種植面積一直逡逑在減少，如２０１４年，在廣西甘蔗種植的面積是１０８１．５千公頃，相較上一年減少約４％，逡逑總產(chǎn)量為７９５２．６萬噸，減少約２％。２０１５年廣西地區(qū)甘蔗種植面積９７３．７千公頃，相較逡逑上一年減少約１０％，總產(chǎn)量為７５０４．９萬噸，減少約６％［３］。圖１－２是２０１２－２０１７年廣西逡逑甘蔗種植面積和產(chǎn)量趨勢變化圖。目前

Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｄａｔａ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ＇ｓ邋ｉｍｐｏｒｔ邋ａｎｄ邋ｅｘｐｏｒｔ邋ｏｆ邋ｓｕｇａｒ邋ｆｒｏｍ邋２０１２邋ｔｏ邋２０１７逡逑（Ｎ）、磷（Ｐ）、鉀（Ｋ）肥是甘蔗生長期間必須使用的肥料，其施用的量決定甘逡逑量和品質(zhì)。其中，磷、鉀肥主要是作為基肥施用，主要吸收是在甘蔗生長的前中逡逑吸收的磷、鉀元素可供后期生長所需【ｍ３】。在作物的分裂期及伸長期，氮肥的施逡逑為關(guān)鍵，，對產(chǎn)量的高低及品質(zhì)的好壞（含糖量的高低）都有直接關(guān)系［１４“６］。氮、逡逑是影響作物產(chǎn)量高低和品質(zhì)好壞的主要元素，氮、磷、鉀肥的施用量直接影響作逡逑養(yǎng)元素的吸收量，從而引起葉片生理及形態(tài)的相應(yīng)變化，進(jìn)而使甘蔗植株冠層的逡逑射率發(fā)生變化［１７］。逡逑用光譜學(xué)方法快速預(yù)測作物氮、磷、鉀含量是作物長勢狀態(tài)實時監(jiān)測領(lǐng)域的一種逡逑用方法，光譜技術(shù)具有多波段、高分辨率、包含多成分信息等特點［１８］。但其直接逡逑作物監(jiān)測上精度較低，制約其在農(nóng)業(yè)監(jiān)測方面的發(fā)展與應(yīng)用［１９＿２１】。傳統(tǒng)通過光譜逡逑預(yù)測作物氮含量的建模方法通常只考慮光譜反射率與氮肥施用量、作物氮含量的逡逑系，未深入考慮氮素的吸收效率、其他多量元素對模型帶來的影響，尤其是磷、逡逑種多量元素對氮素吸收效率的制約與促進(jìn)，以及三者在作物光譜反射率上可能表逡逑的相互影響的特征［２２＿２５］。沒有考慮元素間交互影響易造成判斷誤差，實際應(yīng)用中逡逑限性。而結(jié)合氮、磷、鉀間的交互效應(yīng)可建立更準(zhǔn)確的作物長勢預(yù)測模型，提供逡逑
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S566.1;O433;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙毅;文瑤;孫紅;李民贊;張猛;吳李p

本文編號：2650885