春玉米乳熟期農業氣象自動觀測系統識別方法

楊玉輝

興安盟氣象局

春玉米乳熟期農業氣象自動觀測系統識別方法

楊玉輝

興安盟氣象局

農業氣象自動觀測系統目前已在內蒙古興安盟推廣應用,這標志著興安盟氣象局農業氣象觀測業務正向自動化邁進。

“農業氣象自動觀測系統”自2009年11月開始由中國氣象局氣象探測中心張雪芬及其團隊依托公益性行業（氣象）科研專項研發，該項目著力于農業氣象觀測由人觀測向自動化觀測轉變。該項目研發的農業氣象自動觀測設備已在興安盟地區應用檢驗2年，此系統實現興安盟地區玉米、水稻作物大部分發育期、株高、生長狀況、葉面積指數、地上生物量等要素的自動連續觀測及主要農業氣象災害的實時監測，該系統集農作物生長、土壤溫濕度、農田小氣候監測于一體，具有不同梯度的棵間溫度、濕度和5米高度的氣壓、溫度、濕度、降水、風向、風速、光合有效輻射等要素的自動觀測與作物發育期圖像特征的自動識別采集與玉米、水稻病蟲害監測報警等功能。

該系統在作物生育期自動觀測采用數學統計模型、積溫模型，針對圖像采集處理區域選取代表性植株，應用圖像識別與數據挖掘等集成技術，結合農業氣象學和農作物生育特征建立了玉米、水稻作物發育期、密度等農業氣象要素的算法模型，實現了多要素綜合觀測集約化。

興安盟氣象局在阿爾山市、科右中旗、科右前旗、扎賚特旗各安裝了1套農業氣象自動觀測系統，在突泉縣安裝了2套農業氣象自動觀測系統、用于自動觀測春玉米發育期，長勢等，目前已成功實現了興安盟地區春玉米發育期（除乳熟期）、高度、密度、生長狀況等自動連續觀測及主要農業氣象災害與病蟲害的實時監測。

雖然該系統實現在了春玉米大部分發育的監測，但在乳熟發育期監測方面存在一個問題。就是春玉米乳熟期不能實現全自動觀測。乳熟期作為春玉米觀測的重要發育期，也是判斷春玉米產量豐欠的重要發育期。農業氣象自動觀測系統目前還無法對春玉米乳熟期進行自動觀測只能進行人工觀測后進行人機交互處理。本文作者通過多年生產實際，提煉出農業氣象自動觀測系統自動觀測春玉米乳熟期識別方法，將有助于農業氣象自動觀測系統實現春玉米全生育期自動化觀測。

一、人工判別春玉米乳熟期的方法

春玉米抽雄以后緊接著開花吐絲，進入春玉米的關鍵發育期—乳熟期。依據興安盟氣象局農業氣象觀測站觀測經驗及近10年農業氣象觀測資料分析，并依據大田實際生產經驗準確地判斷春玉米的乳熟期有以下三種人工觀測方法：

(一)外部特征：春玉米進入乳熟期時，頂部的小穗會變成白褐色，雌穗的花絲會變成暗棕色或褐色，果穗外層的苞葉顏色會變淺但仍然呈自然綠色。

(二)內部特征：春玉米進入乳熟期時，剝開果穗的外層苞葉，果穗上的子粒形狀已達到正常大小。子粒均勻，用手指甲掐子粒時，會發現有較濃的白色乳汁溢出。

(三)抽雄期到乳熟發育期的間隔日數：統計興安盟2006-2015年春玉米各發育期間隔日數時，發現春玉米抽雄到乳熟間隔的日數變化有一定的規律。興安盟近10年中早熟春玉米品種抽雄到乳熟平均間隔日數為21天左右；中熟品種從抽雄到乳熟間隔日數一般在27天左右。中晚熟品種從抽雄到乳熟間隔日數一般在31天左右。

二、農業氣象自動觀測系統判別春玉米乳熟期的方法

依據人工觀測的三種方法相比，春玉米內部特征的自動化觀測無法實現，按春玉米抽雄期到乳熟發育期的平均間隔日數來判斷相對不客觀，果穗的外層苞葉顏色變化與小穗顏色變化又不容易掌握，人工觀測第一種方法中觀測雌穗花絲變化可以實現自動化觀測，該特征可以通過自動觀測系統的照像機或攝像機監測，再通過圖像識別技術完成春玉米乳熟發育期的自動觀測。

三、春玉米乳熟期圖像識別指標

玉米須，為禾本科植物玉蜀黍Zea mays L.的花柱和柱頭。常集結成疏松團簇，花柱線狀或須狀，完整者長至30厘米，直徑0.5毫米，淡綠色、黃綠色至棕紅色。

圖像上通過識別玉米須干枯生理特征進行判別春玉米乳熟，可靠性在95%以上。玉米須干枯指玉米須在授粉后進入籽粒形成期，后期玉米須進入老化階段，在老化到須條全部干枯，變成暗棕色或褐色即為玉米須干枯。

春玉米乳熟開始期:已干枯的玉米須植株達到觀測群落植株的10%為進入乳熟發育期開始期。當一株上有兩個或兩個以上雌穗時，以主要雌穗的玉米須干枯為判別指標。

春玉米乳熟普遍期:已干枯的玉米須植株達到觀測群落植株的50%，既為進入乳熟發育期普遍期。當一株上有兩個或兩個以上雌穗時，以主要雌穗的玉米須干枯為判別指標。

春玉米乳熟期圖像識別指標。

發育期植株特征圖像識別技術要素值變化率。

春玉米乳熟始期玉米須干枯玉米須變成暗棕色或褐色10%。

春玉米乳熟普期50%。

春玉米乳熟期圖像識別指標的建立即統一了興安盟地區春玉米乳熟期觀測標準，又實現了農業氣象自動觀測系統對春玉米全生育期的自動觀測，同時進一步完善了興安盟地區春玉米全生育期氣象服務規范內容。

楊玉輝（1982-），男，蒙古族，工程師，興安盟氣象局，從事農業氣象服務工作。