基于无人机遥感影像的冬小麦氮素监测
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ｂｅｔｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎｄｅｘ （Ｒ ｗａｓ ０．４５～０．９６）ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＡＶ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ
ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ａｒｒａｎｇｅｄ ｉｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｙａｒｄ ｂａｓｅ ｉｎ Ｌａｏｌｉｎｇ Ｃｉｔｙ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ—ｒｏｔｏｒ ＵＡＶ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ａ Ｍ ｉｎｉ— Ｍ ＣＡ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｃａｍ ｅｒａ ａｎｄ
摘 要 ：精 准 氮 素 管 理 是 一 项 提 高 作 物 氮 肥 利 用效 率 的 有 效 策 略 ，利 用 无 人 机 遥 感 技 术 精 确 估 测 小 麦 氮 素 状 况 是 必 要 的 。 试 验 在 山东 省 乐 陵市 科 技 小 院 实 验 基 地 进 行 ，利 用 八 旋 翼 无 人 机 搭 载 Ｍｉｎｉ—ＭＣＡ 多 光 谱 相 机 于 ２０１６年 获 取 冬 小 麦 ４个 关 键 生 育 时 期 （返 青 期 、拔 节 期 、孕 穗 期 、扬 花 期 ）冠 层 多 光 谱 数 据 ，同 步 获 取 地 上 部 植 株 样 品 并 测 定 其 生 物 量 、吸 氮 量 、氮 营 养 指 数 ，及 成 熟 期 籽 粒 产 量 ，根 据 各 关 键 生 育 期 与 全 生 育 期 分 别 构 建 植 被 指 数 与 农 学 参 数 回 归分 析模 型 ，评 估 基 于无 人 机 遥 感 影 像 的冬 小 麦 氮 素 营 养 诊 断 潜 力 。 结 果 表 明 ：基 于 无 人 机 遥 感 影 像 能 够 较 好 地 估 测 冬 小 麦 氮 素 指 标 （Ｒ 为 ０．４５～０．９６），决 定 系数 随 着 生 育 期 推 移 而逐 渐 增 大 。 拔 节 期 、孕 穗 期 和 扬 花 期 估 产 效 果接 近 且具 有很 好 的估 测能 力 ，扬 花 期 ＤＡＴＹ幂 函数 模 型 对小 麦 氮 营 养 指 数 的 解 释 能力 最 强 （Ｒ ＝０．９５）。 因此 ，以 多 旋 翼无 人 机为 平 台 同步 搭 载多 光谱 相机 对 冬小 麦有 较 好 的氮 素诊 断 潜力 ，可利 用估 测 结果 指 导精 准氮 肥 管理 。 关 键 词 ：无 人 机 ；冬 小 麦 ；植 被 指数 ；吸氮 量 ；氮 营 养 指 数 ；产 量 中 图 分 类 号 ：Ｓｔ２９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００—１２９８（２０１８）０６－０２０７—０８
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｗ ｉｎｔｅｒ Ｗ ｈｅａｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｕｎｍ ａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖ ｅｈｉｃｌｅ Ｒｅｍ ｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｍ ａｇｅ
ＬＩＵ Ｃｈａｎｇｈｕａ Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｅ ＣＨ ＥＮ Ｚｈｉｃｈａｏ ＺＨ ＯＵ Ｌａｎ ＹＵＥ Ｘｕｅｚｈｉ Ｍ ＩＡＯ Ｙｕｘｉｎ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｌａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ００１ ９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｕｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｒｏｐ Ｎ ｕｓｅ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｂｙ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ （ＵＡＶ）
ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ， ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｕｐｔａｋｅ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ． Ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ ｗａｓ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｍ ａｔｕｒｅ ｓｔａｇｅ． Ｉｎ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｔａｇｅｓ ａｎｄ ｗｈｏｌｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ， ｉｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ ａｇｒｏｎｏｍｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＡＶ ｒｅｍ ｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｈａｄ
归一化差分植被指数19ndviv1归一化绿波段指数20ngiv2红边绿波段归一化植被指数21regndviv3绿波段归一化植被指数22gndviv4成熟期可基于修正二次叶绿素吸收反射率指数17mcari2v5绿波段优化土壤调整植被指数23gosaviv6成熟期基于修正二次叶绿素吸收反射率指数绿波段优化土壤调整植被指数24mcari2gosaviv7修正冠层叶绿素含量指数25mccciv8修正增强植被指数26meviv9归一化红边植被指数27ndrev10datt植被指数28dattv1113植株取样与农学数据测量取样在数据采集当天进行每个试验小区选择1m长双行冬小麦植株进行测定
ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ｗｈｅａｔ ｃａｎｏｐｙ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄａｔａ ａｂｏｕｔ ｆｏｕｒ ｋｅｙ ｓｔａｇｅｓ （ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｇｒｅｅｎ ｓｔａｇｅ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ， ｂｏｏｔｉｎｇ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ）ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ２０ １ ６．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｓａｍｐ 学 报
ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１２９８．２０１８．０６．０２４
第４９卷第６期
基 于 无 人 机 遥 感 影 像 的 冬 小 麦 氮 素监 测
刘 昌华 王 哲 陈 志 超 周 兰 岳 学智 苗 宇 新
（１．河 南 理 工 大 学 测 绘 与 国 土 信 息 工 程 学 院 ，焦 作 ４５４０００；２ 中 国农 业 大 学 资 源 与 环 境 学 院 ，北 京 １００１９４）
ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ａｒｒａｎｇｅｄ ｉｎ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｙａｒｄ ｂａｓｅ ｉｎ Ｌａｏｌｉｎｇ Ｃｉｔｙ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｔｈｅ ｅｉｇｈｔ—ｒｏｔｏｒ ＵＡＶ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ａ Ｍ ｉｎｉ— Ｍ ＣＡ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｃａｍ ｅｒａ ａｎｄ
摘 要 ：精 准 氮 素 管 理 是 一 项 提 高 作 物 氮 肥 利 用效 率 的 有 效 策 略 ，利 用 无 人 机 遥 感 技 术 精 确 估 测 小 麦 氮 素 状 况 是 必 要 的 。 试 验 在 山东 省 乐 陵市 科 技 小 院 实 验 基 地 进 行 ，利 用 八 旋 翼 无 人 机 搭 载 Ｍｉｎｉ—ＭＣＡ 多 光 谱 相 机 于 ２０１６年 获 取 冬 小 麦 ４个 关 键 生 育 时 期 （返 青 期 、拔 节 期 、孕 穗 期 、扬 花 期 ）冠 层 多 光 谱 数 据 ，同 步 获 取 地 上 部 植 株 样 品 并 测 定 其 生 物 量 、吸 氮 量 、氮 营 养 指 数 ，及 成 熟 期 籽 粒 产 量 ，根 据 各 关 键 生 育 期 与 全 生 育 期 分 别 构 建 植 被 指 数 与 农 学 参 数 回 归分 析模 型 ，评 估 基 于无 人 机 遥 感 影 像 的冬 小 麦 氮 素 营 养 诊 断 潜 力 。 结 果 表 明 ：基 于 无 人 机 遥 感 影 像 能 够 较 好 地 估 测 冬 小 麦 氮 素 指 标 （Ｒ 为 ０．４５～０．９６），决 定 系数 随 着 生 育 期 推 移 而逐 渐 增 大 。 拔 节 期 、孕 穗 期 和 扬 花 期 估 产 效 果接 近 且具 有很 好 的估 测能 力 ，扬 花 期 ＤＡＴＹ幂 函数 模 型 对小 麦 氮 营 养 指 数 的 解 释 能力 最 强 （Ｒ ＝０．９５）。 因此 ，以 多 旋 翼无 人 机为 平 台 同步 搭 载多 光谱 相机 对 冬小 麦有 较 好 的氮 素诊 断 潜力 ，可利 用估 测 结果 指 导精 准氮 肥 管理 。 关 键 词 ：无 人 机 ；冬 小 麦 ；植 被 指数 ；吸氮 量 ；氮 营 养 指 数 ；产 量 中 图 分 类 号 ：Ｓｔ２９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０００—１２９８（２０１８）０６－０２０７—０８
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｍ ｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｗ ｉｎｔｅｒ Ｗ ｈｅａｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｕｎｍ ａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖ ｅｈｉｃｌｅ Ｒｅｍ ｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｍ ａｇｅ
ＬＩＵ Ｃｈａｎｇｈｕａ Ｗ ＡＮＧ Ｚｈｅ ＣＨ ＥＮ Ｚｈｉｃｈａｏ ＺＨ ＯＵ Ｌａｎ ＹＵＥ Ｘｕｅｚｈｉ Ｍ ＩＡＯ Ｙｕｘｉｎ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｌａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ００１ ９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｕｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ（Ｎ）ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｓ ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｒｏｐ Ｎ ｕｓｅ ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ． Ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｂｙ ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ （ＵＡＶ）
ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ， ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｕｐｔａｋｅ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｉｎｄｅｘ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ． Ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ ｗａｓ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ ｍ ａｔｕｒｅ ｓｔａｇｅ． Ｉｎ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｔａｇｅｓ ａｎｄ ｗｈｏｌｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ， ｉｎｄｅｘｅｓ ａｎｄ ａｇｒｏｎｏｍｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＵＡＶ ｒｅｍ ｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｈａｄ
归一化差分植被指数19ndviv1归一化绿波段指数20ngiv2红边绿波段归一化植被指数21regndviv3绿波段归一化植被指数22gndviv4成熟期可基于修正二次叶绿素吸收反射率指数17mcari2v5绿波段优化土壤调整植被指数23gosaviv6成熟期基于修正二次叶绿素吸收反射率指数绿波段优化土壤调整植被指数24mcari2gosaviv7修正冠层叶绿素含量指数25mccciv8修正增强植被指数26meviv9归一化红边植被指数27ndrev10datt植被指数28dattv1113植株取样与农学数据测量取样在数据采集当天进行每个试验小区选择1m长双行冬小麦植株进行测定
ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ｗｈｅａｔ ｃａｎｏｐｙ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｄａｔａ ａｂｏｕｔ ｆｏｕｒ ｋｅｙ ｓｔａｇｅｓ （ｒｅｔｕｒｎｉｎｇ ｇｒｅｅｎ ｓｔａｇｅ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ， ｂｏｏｔｉｎｇ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ）ｏｆ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ２０ １ ６．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｓａｍｐ 学 报
ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１２９８．２０１８．０６．０２４
第４９卷第６期
基 于 无 人 机 遥 感 影 像 的 冬 小 麦 氮 素监 测
刘 昌华 王 哲 陈 志 超 周 兰 岳 学智 苗 宇 新
（１．河 南 理 工 大 学 测 绘 与 国 土 信 息 工 程 学 院 ，焦 作 ４５４０００；２ 中 国农 业 大 学 资 源 与 环 境 学 院 ，北 京 １００１９４）