CN113433127A - 基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，包括以下步骤：S1：通过氮平衡对马铃薯生长季氮肥施用总量进行控制，S2：通过优化光谱指数实现马铃薯生长季氮素营养指标的实时监测，S3：基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥推荐算法，S4：田间示范与验证。本发明将遥感实时监测技术与作物氮肥管理相结合，针对目前马铃薯田氮肥过量施用，施肥时期、用量不合理问题，提出了一种可以通过光谱指数实时监测，并科学的规划氮肥用量，既可以保证马铃薯产量，又可以降低氮素损失，是智慧农业氮素养分管理不可或缺的部分。

Description

基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法
技术领域
本发明涉及马铃薯田氮肥施用管理领域，具体为基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量优化施用技术。
背景技术
智慧农业是农业发展的新方向，而通过遥感技术实时监测作物营养状况，并将实时监测信息转化为养分需求，是实现智慧农业发展的关键。我国是世界上马铃薯种植面积和产量最多的国家，然而我国传统的马铃薯种植以高水氮投入为基础，氮肥资源代价高。普遍存在的氮肥过量施用的问题不仅会导致氮肥的利用率降低，农民肥料投入成本的增加，而且过量的氮肥还会损失到环境中，加剧农业面源污染。而内蒙古农牧交错区作为我国马铃薯种植的重要区域，匮乏的水资源和脆弱的生态环境要求我们必须从传统的高氮肥投入旧模式转向智慧化绿色高新方向。因此，我们充分结合区域特点，以马铃薯为主要研究作物，通过多年的田间试验和大田验证，提出了一项基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥施用技术，目的在于适应智慧农业发展需求，推进传统农业向现代化农业迈进。
发明内容
氮肥的合理施用是智慧农业养分精准管理的重要内容，本发明专利的目的是将遥感实时监测技术与作物氮肥管理相结合，针对目前马铃薯田氮肥过量施用，施肥时期、用量不合理问题，本发明提出了基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，该技术通过优化光谱指数对马铃薯氮素营养状况进行实时监测，并以氮平衡和临界氮浓度稀释曲线为氮肥用量调控的范围，在保证马铃薯产量不降低甚至有小幅度增产的情况下，优化了农民传氮肥用量，既可以保证马铃薯产量，又可以降低氮素损失，是智慧农业氮素养分管理不可或缺的部分，该技术为马铃薯智慧农业中氮肥精准管理奠定了理论与技术基础，在提高氮素资源高效配置的同时，实现了生产和环境保护并重的生态绿色发展。
本发明提出的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，包括以下步骤：
S1：通过氮平衡对马铃薯生长季氮肥施用总量进行控制；
S2：通过优化光谱指数实现马铃薯生长季氮素营养指标的实时监测；
S3：基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥推荐算法；
S4：田间示范与验证。
优选地，所述S1中马铃薯生长季氮肥用量的计算公式为：K＝5×(一公顷的目标产量÷1000)+57，K为马铃薯生长季氮肥用量，单位为kg/ha。
优选地，所述S3中优化光谱指数Opt-SI1与马铃薯植株氮素的定量关系为：
Y1＝-2.28×Opt-SI1+7.96
Y1：马铃薯植株氮素浓度(g/kg)
Opt-SI1：优化光谱指数，Opt-SI1＝(Rλ1-1.8×Rλ2)/(Rλ3-1.8×Rλ2)，λ1、λ2和λ3分别代表代表马铃薯冠层在352nm,536nm和562nm波段处的光谱反射率值。
优选地，所述S3中优化光谱指数Opt-SI2与马铃薯植株生物量的定量关系为：Y2＝-217.80×Opt-SI2+109.57Y2：马铃薯植株生物量(t/ha)
Opt-SI2：优化光谱指数，Opt-SI2＝Rλ1/(Rλ2+Rλ3)，λ1、λ2和λ3分别代表代表马铃薯冠层在958nm,962nm和940nm波段处的光谱反射率值。
本发明的有益效果为：
本发明将遥感实时监测技术与作物氮肥管理相结合，针对目前马铃薯田氮肥过量施用，施肥时期、用量不合理问题，提出了一种可以通过光谱指数实时监测，并科学的规划氮肥用量，既可以保证马铃薯产量，又可以降低氮素损失，是智慧农业氮素养分管理不可或缺的部分。
附图说明
图1为本发明提出的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法的Opt-SI1与马铃薯植株氮素的关系示意图；
图2为本发明提出的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法的Opt-SI2与马铃薯植株生物量的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1，参照图1-2，基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，包括以下步骤：
S1：通过氮平衡对马铃薯生长季氮肥施用总量进行控制；
S2：通过优化光谱指数实现马铃薯生长季氮素营养指标的实时监测；
S3：基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥推荐算法；
S4：田间示范与验证。
以马铃薯氮肥吸收规律为依据，将K按照比例进行阶段性分配，苗期(20％)、块茎形成期(30％)、盛花期(30％)、块茎膨大期(20％)和淀粉积累期(10％)(每个生育时期的氮肥用量可以根据种植户的水肥管理条件再进行细化调整)。
基于光谱诊断的阶段性氮肥调控。
在每个生育时期进行施肥前，利用光谱诊断技术监测作物氮素营养状况，利用临界氮浓度稀释曲线判断当前作物是否缺氮，并计算施肥量，具体操作步骤如下：
(1)利用冠层光谱估测植株氮素浓度Y1和植株生物量Y2；
(2)将Y1带入全株氮浓度估测模型：
X1＝1.13×Y1-1.21
(3)将Y2带入全株生物量估测模型：
苗期-块茎形成期：Y4＝1.10×Y21.32
块茎形成-块茎膨大期：Y4＝1.84×Y2+1.84
块茎膨大-淡粉积累期：Y4＝3.49×ln(Y2)+6.13
(4)将Y4带入马铃薯临界氮浓度稀释曲线,得到临界氮素浓度：
X2＝4.57×Y4-0.41
(5)阶段性优化施肥量推荐
(6)当X1<X2时，已造成的缺氮量为：(X2-X1)×Y4,本次追氮量为已造成的缺氮量+原计划追氮量；
(7)当X1＝X2时，本次追氮量为原计划追氮量；
(8)当X1>X2时，已过量吸收的氮素为：(X1-X2)×Y4,本次追氮量为计划追氮量-已过量吸收的氮素。
田间验证:
为了验证该推荐施肥算法的可行性，2019年(示范1)和2020年(示范2)在内蒙古四子王旗和桌子山对本技术进行了田间示范应用。严格按照上述描述结果在示范1和示范2进行的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥施用技术示范结果如下：
表1基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥施用技术示范
Figure BDA0003130490540000051
Figure BDA0003130490540000061
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过氮平衡对马铃薯生长季氮肥施用总量进行控制；
S2：通过优化光谱指数实现马铃薯生长季氮素营养指标的实时监测；
S3：基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥推荐算法；
S4：田间示范与验证。
2.根据权利要求1所述的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，其特征在于，所述S1中马铃薯生长季氮肥用量的计算公式为：K＝5×(一公顷的目标产量÷1000)+57，K为马铃薯生长季氮肥用量，单位为kg/ha。
3.根据权利要求1所述的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，其特征在于，所述S3中优化光谱指数Opt-SI1与马铃薯植株氮素的定量关系为：
Y1＝-2.28×Opt-SI1+7.96
Y1：马铃薯植株氮素浓度(g/kg)
Opt-SI1：优化光谱指数，Opt-SI1＝(Rλ1-1.8×Rλ2)/(Rλ3-1.8×Rλ2)，λ1、λ2和λ3分别代表代表马铃薯冠层在352nm,536nm和562nm波段处的光谱反射率值。
4.根据权利要求1所述的基于优化光谱指数的马铃薯生长季氮肥用量施用方法，其特征在于，所述S3中优化光谱指数Opt-SI2与马铃薯植株生物量的定量关系为：
Y2＝-217.80×Opt-SI2+109.57
Y2：马铃薯植株生物量(t/ha)
Opt-SI2：优化光谱指数，Opt-SI2＝Rλ1/(Rλ2+Rλ3)，λ1、λ2和λ3分别代表代表马铃薯冠层在958nm,962nm和940nm波段处的光谱反射率值。
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