基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发

《基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第26卷第7期农业工程学报Vol.26No.71522010年7月TransactionsoftheCSAEJul.2010基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发11211※聂鹏程，袁石林，章伟聪，邵咏妮，何勇（1．浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310029；2．浙江万里学院智能控制研究所，宁波315101）摘要：在理论分析的基础上设计开发了一套基于光谱技术的水稻叶片SPAD值和氮素测定仪。该测定仪主要包括光路部分、调理电路和控制与数据采集器等。光路部分包括光源、检测点以及光电传感器等元器件，主要作用是：控制光源的亮灭、收集透过叶片光线、将光信号转换为电信号；调理

2、电路主要将所得微弱电信号进行电流电压转换以及放大到合适的幅度；控制与数据采集器包括AD转换电路，液晶显示电路和SD卡存储电路。对该测定仪的性能进行了测试，试验分为两步：先建立AD采样电压信号与SPAD值之间的模型，然后建立SPAD值与氮素之间的模型。经过大量的试验2测得：传感器转换的电压信号与SPAD值之间存在很高的相关性（R=0.956），SPAD值与氮含量建立的模型的决定系数22为R=0.802，结合以上两种模型得到该仪器的氮素模型的决定系数为R=0.766。该仪器适合用于田间水稻叶片氮素含量的快速测量。关键词：LED，氮素，单片机，光谱分析，精细农业，水稻doi：10

3、.3969/j.issn.1002-6819.2010.07.027中图分类号：TH83，S13文献标识码：A文章编号：1002-6819(2010)-07-0152-05聂鹏程，袁石林，章伟聪，等.基于光谱技术的水稻叶片氮素测定仪的开发[J].农业工程学报，2010，26(7)：152－156.NiePengcheng,YuanShilin,ZhangWeicong,etal.Developmentoffast-determinationinstrumentforriceleafnitrogencontentbasedonspectroscopy[J].Transacti

4、onsoftheCSAE,2010,26(7):152－156.(inChinesewithEnglishabstract)[3-8]进展。目前国内外利用近红外光谱技术快速测量仪已0引言取得一定的成果，如日本产的SPAD-502叶绿素计，美国氮素是植物必需的营养元素之一，是氨基酸、蛋白产的CCM-200叶绿素测量仪。而测量叶片氮含量的仪器质、生物碱、核酸和叶绿素等物质的主要组成成分，水很少，只有针对某种植物叶片氮含量测量的仪器，如日稻器官的发育和成长都要维持一定的氮水平。氮素的缺本佐竹的稻叶氮素测定仪CCN6000。这些仪器测量点很乏直接影响作物的氨基酸、蛋白质和核酸等物

5、质的合成，小，如SPAD-502叶绿素计的测量接触面只有6mm2，这使作物光合作用能力降低，从而导致产量降低。由于氮对测量点的要求很高，否则会影响研究结果。这些仪器在土壤中的淋洗作用，施氮过多，容易造成地下水污染，功能单一，存在技术壁垒，价格昂贵，不利于精细的发因而如何在保证作物高产优质的同时，又防止作物生产展与应用。因此，急需研制一种快速、无损、自主开发带来的环境污染是各国政府、农学家和生产者所面临的的叶片氮素测量仪。[1-2]重要的问题。这就需要一种能够在作物生产过程中准本文研制了基于光谱技术的水稻叶片氮素测量仪，确、快速、实时地监测作物氮素状况和长势动态的有效该仪器可

6、以根据操作者来选择测量水稻叶片的氮含量或方法，以实现按需精确施肥。叶片的SPAD（soilplantanalysisdevelopment）值，且测量叶片是植株的主要光合营养器官，叶片全氮浓度是2接触面达到60mm，可更精确地测定水稻叶片的含氮量。诊断作物氮素营养的一个重要指标。传统的作物氮素监测方法一般是从田间植株取样和室内化学测试，这样的1水稻叶片氮素测定仪的设计操作繁琐，无法在时间和空间尺度上满足实时、快速、1.1总体框图无损氮素诊断的要求。光谱技术作为一种快速、无损的水稻叶片氮素快速测定仪的结构框图如图1所示。测量技术，在作物叶片氮素分析方面有着深入的研究和主要有光

7、学系统、信号处理系统、数据采集与计算、结果显示与存储等部分组成。光源采用LED，分别为红光收稿日期：2009-05-01修订日期：2010-07-18与近红外光。光源透过叶片传至光电传感器，由光电传基金项目：国家农业科技成果转化基金资助项目（2009GB23600517）；浙江省自然科学基金重点资助项目（Z3090295）；宁波自然科学基金资助项目感器转化为模拟电信号。电信号经过调理电路系统的放（2010-2011）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目大、AD转化后输入微处理器系统。数据根据系统内嵌的作者简介：