摘要:
利用高光譜遙感技術(shù)在水稻收獲前對籽粒品質(zhì)相關(guān)的蛋白質(zhì)含量進行監(jiān)測,一方面可以及時調(diào)整栽培管理方式,指導合理追肥,另一方面,有助于提前掌握籽粒品質(zhì)信息,明確市場定位。該研究以廣東省典型優(yōu)質(zhì)秈稻為研究目標,基于2019年和2020年兩年氮肥梯度實驗,以水稻分化期和抽穗期冠層尺度高光譜數(shù)據(jù)、水稻氮素參數(shù),包括葉片氮素含量(LNC)、葉片氮素積累量(LNA)、植株氮素含量(PNC)、植株氮素積累量(PNA)及籽粒蛋白含量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用四種個體機器學習算法partial least square regression(PLSR)、K-nearest neighbor(KNN)、Bayesian ridge regression(BRR)、support vector regression(SVR),三種集成學習算法random forest(RF)、adaboost、bagging,針對水稻不同生育期氮素狀況進行監(jiān)測建模,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于水稻冠層光譜信息、光譜信息結(jié)合水稻農(nóng)學氮素參數(shù)的籽粒蛋白含量的監(jiān)測模型,并對模型進行精度對比。研究結(jié)果表明,在水稻氮素營養(yǎng)監(jiān)測方面,利用水稻冠層454~950 nm波段信息,采用RF及Adaboost算法,在水稻分化期、抽穗期及全生育期LNC、LNA、PNC及PNA模型R^(2)均達到0.90以上,同時也具有較低的RMSE和MAE。在水稻籽粒蛋白品質(zhì)監(jiān)測方面,采用全波段光譜信息進行籽粒蛋白含量監(jiān)測時,RF具有最高的精確度與穩(wěn)定性,兩生育期的RF模型對籽粒蛋白含量的監(jiān)測結(jié)果R^(2)分別為0.935和0.941,RMSE分別為0.235和0.226,MAE分別為0.189和0.152;兩生育期以全波段光譜信息結(jié)合長勢參數(shù)進行籽粒蛋白監(jiān)測時,Adaboost模型具有最高的精確度和穩(wěn)定性,其中分化期全波段光譜信息結(jié)合PNA作為輸入?yún)?shù),Adaboost模型R^(2)為0.960,RMSE為0.175,MAE為0.150,以抽穗期全波段光譜信息結(jié)合PNC作為輸入?yún)?shù),R^(2)為0.963,RMSE為0.170,MAE為0.137。研究結(jié)果表明,與PLSR,KNN,BRR和SVR幾種個體學習器算法相比,集成算法RF,Adaboost和Bagging具備良好的處理多重共線性的能力,適合用于高光譜數(shù)據(jù)的分析與處理,在作物氮素營養(yǎng)監(jiān)測及水稻品質(zhì)的早期遙感監(jiān)測方面具有明顯優(yōu)勢。