基于遙感的玉米氮素立體調控方法技術

本發明專利技術實施例公開了一種基于遙感的玉米氮素立體調控方法，屬于農業遙感技術領域。本發明專利技術在傳統測土配方基礎上，從植物生理和根層養分調控的維度進行后續雙向優化。針對土壤氮素高度的時空變異性和玉米氮素吸收與根層土壤氮素供應難以同步的現狀，利用遙感大數據從橫向分配及縱向調控的思路出發，建立玉米氮素立體施用技術。充分體現遙感技術和作物生長監測模擬結合在玉米氮素精準調控的優點。實現農田精細化氮素管理，精準調控，降低盲目施用，提高氮素利用率，為遙感和玉米精準氮素優化技術在大區域推廣奠定基礎，以期達到節能增效的目的。的。的。

【技術實現步驟摘要】
基于遙感的玉米氮素立體調控方法


[0001]本專利技術實施例涉及農業
，具體涉及一種基于遙感的玉米氮素立體調控方法。

技術介紹

[0002]公開該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
[0003]肥料在作物增產中發揮重要的作用，對作物增產的貢獻率超過1/3，氮素作為植物吸收大量元素之一，對玉米的生長起著至關重要的作用。盲目地增加玉米生產中氮肥施用量，導致作物品質下降，氮素利用效率總體低下，農田質量退化、水體富營養化、環境污染和農業生態系統脆弱，給農業生產、生態環境帶來無法估量的損失。因此，如何實現氮肥的科學運籌和精確調控，是當下現代農業生產中丞待解決的問題。
[0004]目前，現有的測土配方施肥技術已實現因地制宜減少玉米氮素施用量，提升肥料利用率等問題。但由于作物生長具有時間維度的持續性，現階段玉米精準氮素調控技術還主要停留在基于測土配方施肥基礎上，對施肥時期及追施用量的整體調控。并沒有解決對后續追施氮素如何進一步優化(橫向，縱向)的技術問題。而精確的解決氮素施用位置及比例，根據玉米動態生長養分需求進行氮肥運籌對提高產量與養分利用效率至關重要。
[0005]傳統對玉米氮素的雙向分配對于數據的完整性和全面性要求都較高，監測指標較為單一，數據獲取的過程也較為繁瑣，不能客觀真實的反應作物當前的氮素需求狀態。

技術實現思路

[0006]為此，本專利技術實施例提供一種基于遙感的玉米氮素立體調控方法，以解決現有技術中所應用的測土配方施肥技術中僅能對玉米施肥期的施肥量調控，而不能對后續追肥調控優化的問題。
[0007]為了實現植物后續追肥能夠整體調控的目的，本專利技術的實施方式提供如下技術方案：
[0008]在本專利技術的實施方式的第一方面中，提供了一種基于遙感的玉米氮素立體調控方法，包括如下步驟：
[0009]S1：獲取數據信息，根據所述數據信息計算玉米的追施氮素量；
[0010]S2：根據植物生理學指標，建立玉米地面長勢指數；
[0011]S3：根據玉米地面長勢指數，構建玉米的遙感長勢指數；
[0012]S4：根據基于遙感的玉米遙感長勢指數，優化氮素橫向需求；
[0013]S5：建立作物種植區土壤墑情遙感反演模型，計算分土層ET，并計算得到蒸散耗水量；
[0014]S6：建立作物非種植區土壤墑情遙感反演模型，計算分土層E，并計算得到蒸發耗
水量；
[0015]S7：根據分土層蒸散耗水量、蒸發耗水量模擬玉米T根密度；
[0016]S8：根據玉米T根密度，優化氮素縱向需求；
[0017]S9：根據氮素橫向需求指數及縱向需求指數，進行玉米氮素立體調控；
[0018]其中，所述數據信息包括遙感信息數據、實測土壤養分數據以及氣象數據，所述植物生理學指標包括玉米株生理參數。
[0019]進一步地，所述步驟S1進一步包括
[0020]S11：根據既定目標產量，獲得玉米總的氮素需求量，計算公式：
[0021]目標產量(kg/畝)＝(1+3％)前3年平均畝產
???
(1)
[0022][0023]S12：根據實測土壤養分數據，獲得土壤可提供的氮素量。計算公式：
[0024]土壤供氮量(kg/畝)＝土壤氮測定數值
×
0.15
×
土壤氮校正系數
??
(3)
[0025][0026]缺氮產量：通過開源模型WOFOST模擬獲取
[0027]S13：根據玉米植株氮素需求比例，獲得玉米追施氮素量。計算公式：
[0028][0029]進一步地，所述步驟S2進一步包括
[0030]S21：根據近地面調研玉米植株生理參數(株高，SPAD)，分別計算作物株高，綠度指數。計算公式：
[0031][0032][0033]S22：根據農學參數，玉米株高指數Ci與綠度指數Gi，獲得玉米地面長勢指數CGi，計算公式：
[0034][0035]進一步地，對地面長勢指數進行歸一化處理，獲得歸一化玉米地面長勢指數，計算公式：
[0036][0037]進一步地，所述步驟S3中確定玉米作物遙感長勢指數的具體方法為：
[0038]下載與地面長勢指數測定時間誤差2日內的，包括空間分辨率為2m的高分一號影像數據，預處理，獲得歸一化植被指數(NDVI)。
[0039]結合同點位歸一化地面長勢指數，進行擬合構建，獲得玉米遙感長勢指數，計算公式：
[0040]遙感長勢指數CGir＝a+b
×
NDVI
??
(10)
[0041]式中系數a，b通過歸一化地面長勢指數與相同位置NDVI線性回歸擬合獲取。
[0042]進一步地，根據歸一化地面長勢指數劃分標準進而獲得監測區域玉米長勢空間分布情況及各等級面積占比根據玉米遙感長勢空間分布及面積占比，獲取玉米氮素橫向優化比例系數，對玉米所需的氮素進行橫向優化分配，得到橫向氮素需求指數。所述步驟S4進一步包括：
[0043]S41：根據遙感長勢空間分布，獲得不同等級面積占比。計算公式：
[0044][0045]S42：根據面積占比，氮素占比獲得氮素優化指數。計算公式：
[0046]氮素優化指數Yi＝Xi
×
i等級氮素占比
??
(12)
[0047]S43：根據優化指數，獲得橫向氮素需求指數。計算公式：
[0048][0049]進一步地，所述步驟S5進一步包括：
[0050]S51：基于實測玉米種植壟間區域，土壤分層體積含水量數據，下載同時段Sentinel
?
2，Sentinel
?
1影像數據，通過Oh模型結合水云模型算法，剔除玉米植被干擾因子，構建生育期內作物種植區土壤(玉米植物+裸土)墑情遙感反演模型，得到研究范圍面域的作物種植區土壤各土層墑情空間分布情況；
[0051]S52：選取與橫向調控氮素追施日期相近的一個降雨周期內；監測時間段為首次降雨24小時后至以后7日內(無降雨)。根據作物種植區土壤墑情遙感反演模型，反演獲取種植區各土層含水量。通過各土層含水量的差值，表征作物該階段實際作物種植區土壤蒸散耗水量，計算公式：
[0052]蒸散耗水量ETj＝第j土層起始含水量
?
第j土層終止含水量
???
(14)
[0053]進一步地，所述步驟S6進一步包括：
[0054]S61：選取與權利要求7時間段相同的Sentinel
?
2影像數據，結合實測玉米種植周圍裸土區域內土壤分層體積含水量數據構建作物非種植區土壤(裸土)壤墑情遙感反演模型，得到研究范圍面域的裸土分層含水量空間分布情況；
[0055]S62：根據作本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于遙感的玉米氮素立體調控方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：獲取數據信息，根據所述數據信息計算玉米的追施氮素量；S2：根據植物生理學指標，建立玉米地面長勢指數；S3：根據玉米地面長勢指數，構建玉米的遙感長勢指數；S4：根據基于遙感的玉米遙感長勢指數，優化氮素橫向需求；S5：建立作物種植區土壤墑情遙感反演模型，計算分土層ET，并計算得到蒸散耗水量；S6：建立作物非種植區土壤墑情遙感反演模型，計算分土層E，并計算得到蒸發耗水量；S7：根據分土層蒸散耗水量、蒸發耗水量模擬玉米T根密度；S8：根據玉米T根密度，優化氮素縱向需求；S9：根據氮素橫向需求指數及縱向需求指數，進行玉米氮素立體調控；其中，所述數據信息包括遙感信息數據、實測土壤養分數據以及氣象數據，所述植物生理學指標包括玉米株生理參數。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1進一步包括S11：根據既定目標產量，獲得玉米總的氮素需求量，計算公式：目標產量(kg/畝)＝(1+3％)前3年平均畝產
???????
(1)S12：根據實測土壤養分數據，獲得土壤可提供的氮素量。計算公式：土壤供氮量(kg/畝)＝土壤氮測定數值
×
0.15
×
土壤氮校正系數
???
(3)缺氮產量：通過開源模型WOFOST模擬獲取S13：根據玉米植株氮素需求比例，獲得玉米追施氮素量。計算公式：3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對玉米追施氮素量進行橫向調控，所述步驟S2進一步包括S21：根據近地面調研玉米植株生理參數(株高，SPAD)，分別計算作物株高，綠度指數。計算公式：計算公式：S22：根據農學參數，玉米株高指數Ci與綠度指數Gi，獲得玉米地面長勢指數CGi，計算公式：4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，對地面長勢指數進行歸一化處理，獲得歸一化玉米地面長勢指數，計算公式：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中確定玉米作物遙感長勢指數的具體方法為：下載與地面長勢指數測定時間誤差2日內的，包括空間分辨率為2m的高分一號影像數據，預處理，獲得歸一化植被指數(NDVI)。結合同點位歸一化地面長勢指數，進行擬合構建，獲得玉米遙感長勢指數，計算公式：遙感長勢指數CGir＝a+b
×
NDVI
?????
(10)式中系數a，b通過歸一化地面長勢指數與相同位置NDVI擬合獲取。6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，根據歸一化地面長勢指數劃分標準進而獲得監測區域玉米長勢空間分布情況及各等級面積占比根據玉米遙感長勢空間分布及面積占比，獲取玉米氮素橫向優化比例系數，對玉米所需的氮素進行橫向優化分配，得到橫向氮素需求指數。所述步驟S4進一步包括：S41：根據遙感長勢空間分布，獲得不同等級面積占比。計算公式：S42：根據面積占比，氮素占比獲得氮素優化指數。計算公式：氮素優化指數Yi...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳磊，孫世山，楊富春，
申請(專利權)人：蘇州深藍空間遙感技術有限公司，
類型：發明
國別省市：