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基于叶片颜色特征的棉花部分生理指标的估测

刘伟  
【摘要】: 本研究于2006年在中国农科院棉花研究所东场试验地进行。试验为随机区组设计,以中棉所29、中棉所45、中棉所46、DP99B和标杂A1共5个品种作处理,每处理3重复,采用扫描仪获取棉花离体叶片图像并应用数字图像分析处理技术和数学统计学方法,结合实验室常规化学测定,研究了棉花叶片的颜色特征变化规律、叶绿素、氮、磷、钾含量,获得了基于颜色特征的颜色参数估测模型。主要研究结果如下: 1.对5个供试品种在整个生育期内数字图像的颜色参数进行分析,结果表明,R、G、B的平均值分别为93.54、116.72、64.84,R/(G+B)、G/(R+B)、B/(R+G)的平均值分别为0.52、0.75、0.30,G/B、R/B、G/R的平均值分别为1.85、1.47、1.26,说明叶片对光合可见光中绿光的反射多于红光和蓝光,而吸收少于红光和蓝光。 2.叶绿素含量和各颜色参数的相关性:叶绿素含量在苗期和蕾期与颜色参数R/B、H的相关系数最大,分别是-0.596、0.726和-0.806、0.588;在铃期与颜色参数G和I的相关系数最大,分别是-0.768和-0.723,R/B、H和G、I是在苗期、蕾期和铃期进行叶绿素含量估测的较好颜色参数。品种间叶绿素含量与颜色参数R的相关性有差异,但未达极显著,与其它颜色参数的相关性无差异。 3.氮含量和各颜色参数的相关性:氮含量在苗期与颜色参数R/B和H的相关系数最大,分别是0.531和-0.422;在蕾期和铃期与颜色参数G、I和R、I的相关系数最大,分别是0.739、0.760和-0.896、-0.905,这些参数是在苗期和蕾铃期进行氮含量估测的较好颜色参数。品种间氮含量与颜色参数G、B的相关性有差异,但未达极显著,与其它颜色参数的相关性无差异。 4.磷含量与各颜色参数相关性:磷含量在苗期与颜色参数G/(R+B)和I的相关系数最大,分别是0.470和-0.446;在蕾期与颜色参数G的相关系数最大,是0.566;在铃期与颜色参数B和I的相关系数最大,分别是0.505和-0.534,这些参数是在苗期、铃期和蕾期进行磷含量估测的较好颜色参数。品种间磷含量与颜色参数R、H、S、R/(G+B)、B/(R+G)、G/(R+B)、G/B和R/B的相关性有差异,但未达极显著,与其它颜色参数的相关性无差异。 5.钾含量与各颜色参数的相关性:钾含量在苗期与颜色参数G/R和H的相关系数最大,分别是-0.561和-0.424;在蕾期与颜色参数R/(G+B)和S的相关系数最大,分别是-0.5.48和0.488;在铃期与颜色参数G/R和I的相关系数最大,分别是-0.590和-0.552,这些颜色参数是在苗期、铃期和蕾期进行钾含量估测的较好颜色参数。品种间钾含量与颜色参数B/(R+G)和R/B的相关性有差异,但未达极显著,与其它颜色参数的相关性无差异。 6.籽棉产量与各颜色参数的相关性:二次多项式逐步回归方程p值最小,为0.0039,且残差也最小,为0.0011,判定为最优回归方程,可以用来进行籽棉含量的准确估测。其中5月29日颜色参数G/R和7月20日颜色参数S的乘积对回归方程的贡献最大,其次是6月8日颜色参数R和7月20日颜色参数G的乘积,6月8日颜色参数B和7月20日颜色参数S的乘积、7月20日颜色参数B/(R+G)和8月10日颜色参数G的乘积对方程的贡献也较大。 7.本研究表明,应用数字图像处理技术提取棉花叶片颜色参数可准确进行植株叶绿素、氮、磷、钾含量的估测,对籽棉产量也能准确估测,并建立了适宜不同生育期进行估测的模型,并且各模型拟合程度较好。


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