施硒苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量高光譜監(jiān)測(cè)初報(bào)

王子軒　宋曉彥　史曉倩

摘 要 以苦蕎黑豐1號(hào)為試驗(yàn)材料，在田間試驗(yàn)中噴施不同濃度硒，測(cè)定苦蕎不同生育進(jìn)程的冠層反射光譜和chl a+b含量，并分析其與光譜反射率間的關(guān)系。同時(shí)測(cè)定苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量，分析農(nóng)學(xué)參數(shù)與籽粒蛋白質(zhì)含量之間的關(guān)系，以農(nóng)學(xué)參數(shù)為鏈接，建立苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量與冠層光譜反射率的預(yù)測(cè)模型。

關(guān)鍵詞 苦蕎；硒；高光譜遙感技術(shù)；籽粒蛋白質(zhì)

中圖分類號(hào)：S517 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.068

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年6月至2017年10月在山西省晉中市太谷縣申奉試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組的設(shè)計(jì)，小區(qū)面積為10 m2（2 m×5 m），硒由亞硒酸鈉（Na2SeO3）提供，用Na2SeO3噴施，設(shè)5個(gè)處理，分別為Se0

（0 mg·L-1）、Se1（2.5 mg·L-1）、 Se2（5 mg·L-1）、Se3（10mg·L-1）、Se4（20 mg·L-1），每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)；在開花期進(jìn)行葉面噴施，其他同一般大田管理。供試土壤為灰褐土，土壤pH為8.3，有機(jī)質(zhì)22.97 g·kg-1，全氮、全磷、全鉀含量分別為13.65 g·kg-1、11.26 g·kg-1、187.64 g·kg-1，全硒0.132 mg·kg-1。

1.2 農(nóng)學(xué)參數(shù)測(cè)定

1.2.1 冠層光譜測(cè)定

采用美國(guó)ASD Fieldspec3.0型便捷式高光譜儀來(lái)測(cè)定冠層光譜的反射率，儀器的視場(chǎng)角為25°，波段范圍在350～2 500 nm處。測(cè)量時(shí)需要在天氣晴朗、無(wú)風(fēng)時(shí)進(jìn)行，測(cè)量的時(shí)間最好為10：00至14：00，為了提高測(cè)量的精確度，在測(cè)量過(guò)程中，要及時(shí)、多次進(jìn)行白板校正，探頭必須垂直向下，距離冠層垂直高度約1 m。每個(gè)小區(qū)測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)10次，取其平均值作為該小區(qū)的光譜測(cè)量值。

1.2.2 葉綠素含量測(cè)定

采集光譜數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行采樣，測(cè)定其葉綠素含量，每個(gè)小區(qū)選取具有代表性的1個(gè)單莖，擦凈其葉片表面存在的污物，并在去除主葉脈后將其剪碎，稱取剪碎的鮮樣品0.05 g左右于試管中，加入6 mL 98%的無(wú)水乙醇，再加入4 mL蒸餾水，放置在暗光的地方儲(chǔ)藏24 h，在測(cè)定時(shí)，對(duì)提取液用分光光度計(jì)進(jìn)行比色，分別測(cè)定665 nm和649 nm處的吸光度，按公式計(jì)算其葉片色素含量：

Ca（mg·L-1）=13.95A665-6.88A649 （1）

Cb（mg·L-1）=24.96A649-7.32A665 （2）

葉片色素含量（mg·g-1）=C×V/W （3）

式（3）中，C為葉綠素濃度，mg·L-1；V為提取液總體積，L；W為葉片鮮重量，g。

Chl a+b含量（mg·g-1）=Chl a+Chl b （4）

1.2.3 籽粒蛋白質(zhì)含量（GPC）測(cè)定

苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量的測(cè)定用半微量凱氏定氮法。將收獲后的苦蕎籽粒曬干，并將其粉碎，再進(jìn)行消煮，用SmartChem 2000全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀測(cè)量其氮含量，然后根據(jù)公式求出苦蕎的籽粒蛋白質(zhì)含量：

蛋白質(zhì)含量=（5）

式（5）中，m為粉碎后樣品重量，g；c為消煮液中的氮含量，mg·L-1；0.05為定容后的體積，L；6.25為氮含量換算成蛋白質(zhì)含量的平均系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦蕎冠層反射光譜特征對(duì)不同施硒水平的響應(yīng)

在整個(gè)生育進(jìn)程，不同硒水平下苦蕎冠層光譜反射率在可見光波段的變化不明顯，但在近紅外波段存在一定的差異，不同硒水平下苦蕎冠層光譜反射特征如圖1所示，從圖中可以看出，以花后10 d為例，在近紅外波段，Se1的反射率比較高，Se4反射率最小；在花后15 d，整體的變化趨勢(shì)趨于平緩。

2.2 不同施硒水平下苦蕎chl a+b含量的變化

苦蕎葉綠素含量既能夠表明苦蕎的生長(zhǎng)狀況，又能夠表征苦蕎的生產(chǎn)能力，且直接影響著苦蕎的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。如圖2可知，在花后10 d達(dá)最大值，且Se1水平處理下的苦蕎chl a+b含量趨勢(shì)最高。

2.3 苦蕎chl a+b含量與植被指數(shù)的關(guān)系

為了更好地監(jiān)測(cè)苦蕎chl a+b含量，選擇與其相關(guān)性較高的7種植被指數(shù)作為自變量，chl a+b含量作為因變量，分別建立其指數(shù)、線性、多項(xiàng)式的模型，見表1。根據(jù)R2最大優(yōu)選模型的原則可知，在chl a+b含量的擬合中，植被指數(shù)NDCI、NVI、RVI（729，755）、DVI（980，733）和NDVI（955，729）的效果較好。

2.4 基于植被指數(shù)的苦蕎chl a+b含量監(jiān)測(cè)模型

對(duì)表1中較優(yōu)的chla+b含量估測(cè)模型分別進(jìn)行驗(yàn)證，用決定系數(shù)R2作為檢驗(yàn)的指標(biāo)，見表2，綜合考慮不同的植被指數(shù)在建模中的表現(xiàn)，以DVI （980，733）為變量的苦蕎chl a+b含量的監(jiān)測(cè)模型較優(yōu)。

2.5 農(nóng)學(xué)參數(shù)與苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)系

對(duì)收獲后的苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量與其各生育進(jìn)程的chl a+b含量進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，在不同的生育進(jìn)程中，農(nóng)學(xué)參數(shù)與籽粒蛋白質(zhì)含量之間的相關(guān)性，存在著一定的差異。chl a+b含量在花后10 d，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大值。

由表3可知，chl a+b含量與苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量間的關(guān)系較為密切，通過(guò)分析其相關(guān)性，建立相應(yīng)的定量關(guān)系，其回歸方程為Y=-6.7481x2+27.597x-14.686，決定系數(shù)R2為0.733 2。

2.6 苦蕎籽粒蛋白質(zhì)含量的光譜監(jiān)測(cè)及檢驗(yàn)