春玉米乳熟期农业气象自动观测系统识别方法
2016-01-27杨玉辉
杨玉辉
兴安盟气象局
春玉米乳熟期农业气象自动观测系统识别方法
杨玉辉
兴安盟气象局
农业气象自动观测系统目前已在内蒙古兴安盟推广应用,这标志着兴安盟气象局农业气象观测业务正向自动化迈进。
“农业气象自动观测系统”自2009年11月开始由中国气象局气象探测中心张雪芬及其团队依托公益性行业（气象）科研专项研发，该项目着力于农业气象观测由人观测向自动化观测转变。该项目研发的农业气象自动观测设备已在兴安盟地区应用检验2年，此系统实现兴安盟地区玉米、水稻作物大部分发育期、株高、生长状况、叶面积指数、地上生物量等要素的自动连续观测及主要农业气象灾害的实时监测，该系统集农作物生长、土壤温湿度、农田小气候监测于一体，具有不同梯度的棵间温度、湿度和5米高度的气压、温度、湿度、降水、风向、风速、光合有效辐射等要素的自动观测与作物发育期图像特征的自动识别采集与玉米、水稻病虫害监测报警等功能。
该系统在作物生育期自动观测采用数学统计模型、积温模型，针对图像采集处理区域选取代表性植株，应用图像识别与数据挖掘等集成技术，结合农业气象学和农作物生育特征建立了玉米、水稻作物发育期、密度等农业气象要素的算法模型，实现了多要素综合观测集约化。
兴安盟气象局在阿尔山市、科右中旗、科右前旗、扎赉特旗各安装了1套农业气象自动观测系统，在突泉县安装了2套农业气象自动观测系统、用于自动观测春玉米发育期，长势等，目前已成功实现了兴安盟地区春玉米发育期（除乳熟期）、高度、密度、生长状况等自动连续观测及主要农业气象灾害与病虫害的实时监测。
虽然该系统实现在了春玉米大部分发育的监测，但在乳熟发育期监测方面存在一个问题。就是春玉米乳熟期不能实现全自动观测。乳熟期作为春玉米观测的重要发育期，也是判断春玉米产量丰欠的重要发育期。农业气象自动观测系统目前还无法对春玉米乳熟期进行自动观测只能进行人工观测后进行人机交互处理。本文作者通过多年生产实际，提炼出农业气象自动观测系统自动观测春玉米乳熟期识别方法，将有助于农业气象自动观测系统实现春玉米全生育期自动化观测。
一、人工判别春玉米乳熟期的方法
春玉米抽雄以后紧接着开花吐丝，进入春玉米的关键发育期—乳熟期。依据兴安盟气象局农业气象观测站观测经验及近10年农业气象观测资料分析，并依据大田实际生产经验准确地判断春玉米的乳熟期有以下三种人工观测方法：
(一)外部特征：春玉米进入乳熟期时，顶部的小穗会变成白褐色，雌穗的花丝会变成暗棕色或褐色，果穗外层的苞叶颜色会变浅但仍然呈自然绿色。
(二)内部特征：春玉米进入乳熟期时，剥开果穗的外层苞叶，果穗上的子粒形状已达到正常大小。子粒均匀，用手指甲掐子粒时，会发现有较浓的白色乳汁溢出。
(三)抽雄期到乳熟发育期的间隔日数：统计兴安盟2006-2015年春玉米各发育期间隔日数时，发现春玉米抽雄到乳熟间隔的日数变化有一定的规律。兴安盟近10年中早熟春玉米品种抽雄到乳熟平均间隔日数为21天左右；中熟品种从抽雄到乳熟间隔日数一般在27天左右。中晚熟品种从抽雄到乳熟间隔日数一般在31天左右。
二、农业气象自动观测系统判别春玉米乳熟期的方法
依据人工观测的三种方法相比，春玉米内部特征的自动化观测无法实现，按春玉米抽雄期到乳熟发育期的平均间隔日数来判断相对不客观，果穗的外层苞叶颜色变化与小穗颜色变化又不容易掌握，人工观测第一种方法中观测雌穗花丝变化可以实现自动化观测，该特征可以通过自动观测系统的照像机或摄像机监测，再通过图像识别技术完成春玉米乳熟发育期的自动观测。
三、春玉米乳熟期图像识别指标
玉米须，为禾本科植物玉蜀黍Zea mays L.的花柱和柱头。常集结成疏松团簇，花柱线状或须状，完整者长至30厘米，直径0.5毫米，淡绿色、黄绿色至棕红色。
图像上通过识别玉米须干枯生理特征进行判别春玉米乳熟，可靠性在95%以上。玉米须干枯指玉米须在授粉后进入籽粒形成期，后期玉米须进入老化阶段，在老化到须条全部干枯，变成暗棕色或褐色即为玉米须干枯。
春玉米乳熟开始期:已干枯的玉米须植株达到观测群落植株的10%为进入乳熟发育期开始期。当一株上有两个或两个以上雌穗时，以主要雌穗的玉米须干枯为判别指标。
春玉米乳熟普遍期:已干枯的玉米须植株达到观测群落植株的50%，既为进入乳熟发育期普遍期。当一株上有两个或两个以上雌穗时，以主要雌穗的玉米须干枯为判别指标。
春玉米乳熟期图像识别指标。
发育期植株特征图像识别技术要素值变化率。
春玉米乳熟始期玉米须干枯玉米须变成暗棕色或褐色10%。
春玉米乳熟普期50%。
春玉米乳熟期图像识别指标的建立即统一了兴安盟地区春玉米乳熟期观测标准，又实现了农业气象自动观测系统对春玉米全生育期的自动观测，同时进一步完善了兴安盟地区春玉米全生育期气象服务规范内容。
杨玉辉（1982-），男，蒙古族，工程师，兴安盟气象局，从事农业气象服务工作。
