施硒苦蕎籽粒蛋白質含量高光譜監測初報

王子軒　宋曉彥　史曉倩

摘 要 以苦蕎黑豐1號為試驗材料，在田間試驗中噴施不同濃度硒，測定苦蕎不同生育進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系。同時測定苦蕎籽粒蛋白質含量，分析農學參數與籽粒蛋白質含量之間的關系，以農學參數為鏈接，建立苦蕎籽粒蛋白質含量與冠層光譜反射率的預測模型。

關鍵詞 苦蕎；硒；高光譜遙感技術；籽粒蛋白質

中圖分類號：S517 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.068

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年6月至2017年10月在山西省晉中市太谷縣申奉試驗站進行。試驗采用隨機區組的設計，小區面積為10 m2（2 m×5 m），硒由亞硒酸鈉（Na2SeO3）提供，用Na2SeO3噴施，設5個處理，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），每個處理3次重復，共15個小區；在開花期進行葉面噴施，其他同一般大田管理。供試土壤為灰褐土，土壤pH為8.3，有機質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 農學參數測定

1.2.1 冠層光譜測定

采用美國ASD Fieldspec3.0型便捷式高光譜儀來測定冠層光譜的反射率，儀器的視場角為25°，波段范圍在350～2 500 nm處。測量時需要在天氣晴朗、無風時進行，測量的時間最好為10：00至14：00，為了提高測量的精確度，在測量過程中，要及時、多次進行白板校正，探頭必須垂直向下，距離冠層垂直高度約1 m。每個小區測量兩個點，每個點重復10次，取其平均值作為該小區的光譜測量值。

1.2.2 葉綠素含量測定

采集光譜數據的同時進行采樣，測定其葉綠素含量，每個小區選取具有代表性的1個單莖，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%的無水乙醇，再加入4 mL蒸餾水，放置在暗光的地方儲藏24 h，在測定時，對提取液用分光光度計進行比色，分別測定665 nm和649 nm處的吸光度，按公式計算其葉片色素含量：

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 籽粒蛋白質含量（GPC）測定

苦蕎籽粒蛋白質含量的測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，再進行消煮，用SmartChem 2000全自動間斷化學分析儀測量其氮含量，然后根據公式求出苦蕎的籽粒蛋白質含量：

蛋白質含量=（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含量的平均系數。

2 結果與分析

2.1 苦蕎冠層反射光譜特征對不同施硒水平的響應

在整個生育進程，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狀況，又能夠表征苦蕎的生產能力，且直接影響著苦蕎的經濟產量。如圖2可知，在花后10 d達最大值，且Se1水平處理下的苦蕎chl a+b含量趨勢最高。

2.3 苦蕎chl a+b含量與植被指數的關系

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

2.4 基于植被指數的苦蕎chl a+b含量監測模型

對表1中較優的chla+b含量估測模型分別進行驗證，用決定系數R2作為檢驗的指標，見表2，綜合考慮不同的植被指數在建模中的表現，以DVI （980，733）為變量的苦蕎chl a+b含量的監測模型較優。

2.5 農學參數與苦蕎籽粒蛋白質含量的關系

對收獲后的苦蕎籽粒蛋白質含量與其各生育進程的chl a+b含量進行相關分析，結果見表3。結果表明，在不同的生育進程中，農學參數與籽粒蛋白質含量之間的相關性，存在著一定的差異。chl a+b含量在花后10 d，其相關系數達到最大值。

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

2.6 苦蕎籽粒蛋白質含量的光譜監測及檢驗