【摘 要】
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作为重要的粮食作物水稻,其产量高低关乎粮食安全,而氮素在水稻产量和品质形成起到至关重要的作用,科学施用氮肥是水稻高产优质的重要举措。目前,水稻植株氮素状态的检测方法多采用传统化学测定、光谱仪测定等,虽然能够较为准确反应水稻氮素状态并指导生产,但仍存在时效差、费用高、过程繁杂等局限性。本研究通过不同年份、类型品种、氮肥运筹和播期的大田实验,借助常用的扫描仪获取水稻叶片图像,基于计算机视觉的R（Red
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（编号:31571596）；
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作为重要的粮食作物水稻,其产量高低关乎粮食安全,而氮素在水稻产量和品质形成起到至关重要的作用,科学施用氮肥是水稻高产优质的重要举措。目前,水稻植株氮素状态的检测方法多采用传统化学测定、光谱仪测定等,虽然能够较为准确反应水稻氮素状态并指导生产,但仍存在时效差、费用高、过程繁杂等局限性。本研究通过不同年份、类型品种、氮肥运筹和播期的大田实验,借助常用的扫描仪获取水稻叶片图像,基于计算机视觉的R（Red）、G（Green）、B（Blue）颜色参数探讨水稻开花后氮素状态,以此建立不需专用仪器的水稻花后氮素监测方法,并探究叶片颜色参数动态特征,为水稻花后氮素状态监测和评价提供理论和技术手段。主要研究结果如下:1、通过扫描仪获取叶片图像经过Photoshop提取R、G、B颜色参数,再衍生出18种颜色参数,分别与叶片SPAD值进行相关性分析,筛选出与SPAD相关性最强的颜色参数分别是 R（-0.968**）、G（-0.972**）、NRI（归一化红光指数）（-0.956**）、G（-0.993**）、R（-0.968**）、I（亮度）（-0.982**）、RMB（红蓝差值）（-0.941**）、I（-0.967**）;与叶片含氮率相关性最强的颜色参数分别是NBI（归一化蓝光指数）（0.982**）、NBI（0.958**）、NBI（0.913**）、H（色调）（0.922**）、G（-0.956**）、G（-0.952**）、G（-0.936**）、G（-0.949**）;与整株含氮率相关性最强的颜色参数分别是NBI（0.945**）、NBI（0.942**）、G（0.906**）、G（0.849**）、G（-0.943**）、G（-0.936**）、G（-0.873**）、H（-0.745**）。2、根据筛选出的颜色参数分别建立单参数和多参数的常规粳稻品种叶片SPAD值监测模型、叶片含氮率监测模型、整株含氮率监测模型并用5种指标对各类模型检验,最终得到最佳的模型分别为:（1）叶片SPAD值监测模型,y=32.979-0.243×RMB+9.231×GDR,（R2=0.888**,RPD=2.716,RMSE=3.281,RRMSE=9.37%,SMAPE=8.90%）。（2）叶片含氮率监测模型,y=72.138e-0 015x,x代表叶片颜色参数G（R2=0.727**,RPD=1.866,RMSE=2.698,RRMSE=18.38%,SMAPE=3.71%）。（3）整株含氮率检测模型,y=-6.181+11.787×H-0.065×GMR（R2=0.793**,RPD=1.493,RMSE=1.617,RRMSE=16.81%,SMAPE=12.39%）。表明由此监测水稻花后氮素状态的方法是可行的且模型具有较好的适用性。3、从不同类型品种、氮肥运筹、播期三个试验探索水稻花后叶片颜色参数动态特征,各颜色参数与花后天数均可用指数函数y=aebx（R2＞0.542*）拟合,（1）不同品种、氮肥运筹、播期水稻花后叶片颜色参数变化趋势一致,R和G上升NBI下降,表明水稻开花后叶片SPAD值和植株含氮率逐渐降低。（2）常规粳稻和杂交粳稻花后叶片颜色参数动态方程中参数a为开花时对应的颜色参数起始值,其中R和G随施氮水平提升而减少,NBI随施氮水平提升而增加;方程中的参数b为颜色参数变化相对速率,两类品种水稻之间无明显差别,表明两类水稻开花后叶片SPAD值和植株含氮率减少的相对速率不因水稻类型改变而改变。（3）四种氮肥运筹下水稻花后叶片动态方程中参数a均在氮肥运筹方式B达到最大值,表明机插秧常规施肥减少一次穗肥后在水稻开花时植株内仍有较高的含氮率;参数b在氮肥运筹方式A达最大值,表明机插秧常规施肥加快了水稻开花后叶片SPAD值和植株含氮率减少的相对速率;而参数b在氮肥运筹方式D达到最小值,表明机插秧常规施肥减少一次穗肥和分蘖肥有助于放缓叶片SPAD值和植株含氮率减少的相对速率。（4）叶片颜色参数R和G的数值在水稻开花7天后随播期的推迟而降低,表明播期的推迟减少了叶片SPAD值和植株含氮率;动态方程中的参数a和参数b均在B2（6月2日播种）处理分别达到最大值和最小值,表明正常播种（B2）有利于水稻叶片SPAD值和植株含氮率的固存及减缓流失的相对速率。
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