王志超 王建軍 戴曉宇 戴琪星 葛皓 孫全

摘要：水稻、小麥等作物的葉片葉綠素含量與其最終產(chǎn)量密切相關(guān)。本文綜述了幾種常用的葉綠素含量測(cè)定方法，分析了化學(xué)分析法、SPAD-502葉綠素儀、高光譜分析法等方法的利弊，并重點(diǎn)介紹和探討了近年來日益獲得關(guān)注的通過低成本RGB相機(jī)和近紅外相機(jī)估測(cè)作物葉片葉綠素含量的新方法。RGB相機(jī)和近紅外相機(jī)估測(cè)葉綠素含量的精度與SPAD-502葉綠素儀和高光譜儀等專業(yè)設(shè)備相當(dāng)，而且具有低成本、操作簡(jiǎn)單且便于攜帶的優(yōu)勢(shì)，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：RGB相機(jī)；近紅外相機(jī)；作物葉片；葉綠素含量

中圖分類號(hào)： S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.24.031

葉綠素含量能反映作物體內(nèi)的氮素營(yíng)養(yǎng)水平，兩者密切相關(guān)。氮素營(yíng)養(yǎng)水平對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程影響顯著，能夠直接反映植被營(yíng)養(yǎng)狀況及代謝，進(jìn)而直接影響作物最終產(chǎn)量。化學(xué)分析法是傳統(tǒng)的葉綠素含量測(cè)定方法。例如，王得賢、陳福明等通過Arnon法和混合液法，以試驗(yàn)田采樣、實(shí)驗(yàn)室分析的方式測(cè)定葉綠素（Chl）含量。但是該方法要求剪取葉片樣本，具有破壞性，而且實(shí)踐表明化學(xué)分析法存在效率低及操作難度大等缺點(diǎn)，不適宜大范圍使用。

一些非破壞性葉綠素含量測(cè)定方法得到了應(yīng)用。葉綠素測(cè)定儀（SPAD-502）可以測(cè)量葉綠素相對(duì)含量，能夠減少對(duì)植物葉片的傷害并且實(shí)際操作方便快捷，但其測(cè)量結(jié)果具有局限性，只能代表特定測(cè)量位點(diǎn)，無法得知葉片整體葉綠素分布情況。

高光譜分析法近年來在作物葉綠素含量測(cè)定上發(fā)揮越來越重要的作用，研究者可采用FieldSpecPro3 光譜儀等儀器，通過分析高光譜參數(shù)和作物葉片葉綠素含量關(guān)系，建立多個(gè)模型，并從中篩選出最優(yōu)模型作為葉片葉綠素含量估測(cè)模型。但是，高光譜儀不便于攜帶，且成本高昂，不適用于大田試驗(yàn)。

因此，探索易操作、低成本、高效率的作物葉片葉綠素含量測(cè)定方法是當(dāng)前的研究趨勢(shì)。近年來，低成本并便于攜帶的RGB相機(jī)和近紅外相機(jī)開始被用于估測(cè)作物葉片葉綠素含量。

1 葉綠素含量RGB相機(jī)估測(cè)

葉片顏色常用于判斷作物的生長(zhǎng)狀況。隨著低成本RGB數(shù)碼相機(jī)的日益普及，利用RGB相機(jī)成像來評(píng)價(jià)葉片葉綠素含量更為高效。

Kawashima等通過拍攝作物葉片圖像，提取（R-B）/（R+B）等參數(shù)估算葉綠素含量。Jia 等發(fā)現(xiàn)，冬小麥在孕穗期和開花期，葉片圖像處理后所得的綠光強(qiáng)度與SPAD值的相關(guān)關(guān)系極顯著。Pagola 等[12]利用主成分分析法構(gòu)建的顏色參數(shù)IPCA ，應(yīng)用于大麥葉片后可估測(cè)其SPAD讀數(shù)。

基于前人研究，王遠(yuǎn)等改進(jìn)分析方法，提出對(duì)拍攝的圖像采取分割的方式，根據(jù)G、B兩通道差值大小設(shè)定閾值，再?gòu)慕Y(jié)果中獲取特征參數(shù)。通過這種方法可以更為簡(jiǎn)便地獲得高精度的SPAD估測(cè)值，具有較好的普適性和應(yīng)用價(jià)值。

2 葉綠素含量近紅外相機(jī)估測(cè)

使用低成本消費(fèi)級(jí)近紅外相機(jī)可以獲得作物葉片的可見光圖像及近紅外圖像，張建等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，760nm（近紅外波段）反射率對(duì)水稻葉片SPAD值的預(yù)測(cè)效果最好。這與武倩雯等在研究玉米葉片葉綠素含量時(shí)所得結(jié)果基本一致。孟晉等通過對(duì)單反相機(jī)加載近紅外濾波片，獲取水稻多波段三個(gè)通道（R、G、B）光譜信息，發(fā)現(xiàn)R通道與葉綠素含量（SPAD）值的相關(guān)性最高，以此建立預(yù)測(cè)模型可高精度估測(cè)水稻葉綠素含量。

實(shí)驗(yàn)表明，在估測(cè)作物葉片葉綠素含量方面，低成本消費(fèi)級(jí)近紅外相機(jī)與高成本高光譜儀的估測(cè)精度基本相同[7]。但近紅外相機(jī)操作簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)使其更具應(yīng)用前景。

3結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)目前幾種常用的作物葉片葉綠素含量測(cè)量方法的比較，可以看出RGB相機(jī)和近紅外相機(jī)估測(cè)精度與SPAD-502葉綠素儀和高光譜儀等專業(yè)設(shè)備相當(dāng)，而且具有低成本、操作簡(jiǎn)單且便于攜帶的優(yōu)勢(shì)。隨著數(shù)碼技術(shù)與成像技術(shù)的快速更新?lián)Q代，其應(yīng)用價(jià)值將會(huì)得到更大的提升。

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作者簡(jiǎn)介：王志超，在讀本科生，研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)。