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分类号: 单位代码:10019
密级: 学号:S07101210
学位论文
基于叶片光谱透过特性的便携式植物营养
检测仪的开发

Development of a Portable Plant Nutrient Meter Based on
Leaf Spectral Transmittance
国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目“多平台作物信息快速获取关键技术与产品研发”(2006AA10A302)与面上项目“水稻生长信息远程自动采集与光谱解析技术研究”(2006AA10Z206)共同资助
研究生: 胡娟秀
指导教师: 贺冬仙副教授
合作指导教师:
申请学位门类级别: 工学硕士
专业名称: 农业生物环境与能源工程
研究方向: 数字化设施农业与环境控制
所在学院: 水利与土木工程学院
2009 年 6 月
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名: 时间: 年月日
关于论文使用授权的说明
本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。
(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)
研究生签名: 时间: 年月日
导师签名: 时间: 年月日
摘要
目前,肥料的当季利用率低及由于化肥施用不合理引起的环境污染已经成为全球范围内农业生产中的突出问题。为了配合我国的测土配方施肥计划的实施,开发一个经济实用的便携式植物营养检测仪以便能够快速可靠地进行植物营养诊断,从而为制定合理的施肥管理措施提供科学依据是解决上述问题的有效手段之一。本文通过对5个不同营养液施氮水平下栽培的黄瓜/水稻叶片的相对营养指数(Soil & Plant Analyzer Development,SPAD值)、叶绿素含量和含氮量与300~1100 nm波长的分光光谱透过率作相关性分析,最终确定了560、650、720、(648~652)、940及(938~942)nm作为特征波段;并对上述波段的光谱透过率构成的28个光谱特征参数与植物营养状况指标作了相关性分析。结果表明,光谱特征参数log(T940/T650)与黄瓜/;;。因此,光谱特征参数log(T940/T650)作为植物叶片的光学浓度差与黄瓜/水稻叶片的SPAD值、叶绿素含量和含氮量的线性相关性好,适于作为便携式植物营养检测仪的检测算法指标来使用,该指标与日本美能达公司生产的叶绿素检测仪(SPAD-502)使用的检测算法相吻合。基于上述研究成果,本文选用了波峰分别为650和940 nm的两个LED光源、硅光电检测器及ATmega128L单片机开发了一个便携式植物营养检测仪,实现了对植物叶片的光学浓度差、叶绿素含量和含氮量3个植物营养状况指标的同时快速无损检测,并具备设定、校准、测量、查看等功能,可直接在农田使用并与计算机进行双向通讯。该便携式植物营养检测仪可快速可靠地用于农田植物营养诊断,并配合测土配方施肥为作物高效生产与食品安全溯源提供基础硬件和技术支持。
关键词:叶绿素含量,光学浓度差,含氮量,光谱特征参数,分光光谱透过率
Abstrct
The low fertilizer utilization at growing season and environment pollution coursed by unreasonable fertilizer application are ing global outstanding problems in agriculture production. In order to cooperate with testing soil and fertilizer mendation, developing a portable plant nutrient meter to plant-nutrient-detection-based formulated fertilization will be a valuable solution