基于光谱技术的油菜生长及除草剂胁迫下的生命信息快速检测机理和方法研究

以油菜为研究对象，通过光谱和多光谱成像技术及多源波谱探测技术，测定油菜在正常生长及除草剂（丙酯草醚）胁迫下叶片及冠层的反射光谱图像特征信息，结合数据融合、数据挖掘及图像处理技术，滤除影响植物测试的土壤背景、阴影、噪声、天气条件等环境干扰因子，提取油菜叶片及冠层反射光谱及多光谱图像特征信息，建立能快速准确检测油菜营养信息、生理生态信息的定量模型，实现植物田间生长期间生命信息的快速实时无损检测，同时应用油菜叶片及冠层的光谱和多光谱图像特性，深入分析除草剂丙酯草醚胁迫下油菜营养（氮、磷、钾、硼等）信息和生理生态信息（酶活力、蛋白质及氨基酸含量及其合成代谢）的动态变化规律，为油菜种植数字化和精细化提供基础，也为其它植物生命信息的快速无损获取提供方法。在研究的基础上，可望开发一批拥有自主知识产权的植物生命信息快速检测技术和产品。

油菜种植和生长过程中养分和生理信息的快速准确获取对油菜的精细化管理和作业，提高油菜籽产量和品质具有重要意义。本项目综合应用光谱技术、多光谱成像技术、图像处理技术、计算机技术结合分析化学和化学计量学方法，建立了油菜生长过程关键信息的快速检测方法和技术，主要取得了以下成果：（1）研究了油菜正常生长及除草剂胁迫下光谱特性和响应机理，探明了植物营养信息和生理信息（氮素、乙酰乳酸合成酶、蛋白类、氨基酸类等）与反射光谱响应波段和多波段之间的内在关系，获得了敏感波段和特征图像，并深入分析了光谱特性和多光谱特征图像与油菜营养参数、生理生态参数的动态变化规律，结合化学计量学方法，建立了油菜营养信息、生理生态信息的优化分析路径和定量关系分析模型。（2）研究了杂草等背景快速识别和检测方法，对多源信息的优化处理、背景消除等数据挖掘和融合方法进行了系统分析和优化处理。（3）研发了作物生长信息图像综合分析处理系统和信息采集硬件移动平台的导航控制软件系统。上述成果实现了作物生长图像特征的快速提取和营养生理指标的快速检测，对油菜生长过程信息的数字化获取和精准管理作业具有重要意义。