施硒苦荞籽粒蛋白质含量高光谱监测初报

王子轩　宋晓彦　史晓倩

摘 要 以苦荞黑丰1号为试验材料，在田间试验中喷施不同浓度硒，测定苦荞不同生育进程的冠层反射光谱和chl a+b含量，并分析其与光谱反射率间的关系。同时测定苦荞籽粒蛋白质含量，分析农学参数与籽粒蛋白质含量之间的关系，以农学参数为链接，建立苦荞籽粒蛋白质含量与冠层光谱反射率的预测模型。

关键词 苦荞；硒；高光谱遥感技术；籽粒蛋白质

中图分类号：S517 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.27.068

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年6月至2017年10月在山西省晋中市太谷县申奉试验站进行。试验采用随机区组的设计，小区面积为10 m2（2 m×5 m），硒由亚硒酸钠（Na2SeO3）提供，用Na2SeO3喷施，设5个处理，分别为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），每个处理3次重复，共15个小区；在开花期进行叶面喷施，其他同一般大田管理。供试土壤为灰褐土，土壤pH为8.3，有机质22.97 g·kg-1，全氮、全磷、全钾含量分别为13.65 g·kg-1、11.26 g·kg-1、187.64 g·kg-1，全硒0.132 mg·kg-1。

1.2 农学参数测定

1.2.1 冠层光谱测定

采用美国ASD Fieldspec3.0型便捷式高光谱仪来测定冠层光谱的反射率，仪器的视场角为25°，波段范围在350～2 500 nm处。测量时需要在天气晴朗、无风时进行，测量的时间最好为10：00至14：00，为了提高测量的精确度，在测量过程中，要及时、多次进行白板校正，探头必须垂直向下，距离冠层垂直高度约1 m。每个小区测量两个点，每个点重复10次，取其平均值作为该小区的光谱测量值。

1.2.2 叶绿素含量测定

采集光谱数据的同时进行采样，测定其叶绿素含量，每个小区选取具有代表性的1个单茎，擦净其叶片表面存在的污物，并在去除主叶脉后将其剪碎，称取剪碎的鲜样品0.05 g左右于试管中，加入6 mL 98%的无水乙醇，再加入4 mL蒸馏水，放置在暗光的地方储藏24 h，在测定时，对提取液用分光光度计进行比色，分别测定665 nm和649 nm处的吸光度，按公式计算其叶片色素含量：

Ca（mg·L-1）=13.95A665-6.88A649 （1）

Cb（mg·L-1）=24.96A649-7.32A665 （2）

叶片色素含量（mg·g-1）=C×V/W （3）

式（3）中，C为叶绿素浓度，mg·L-1；V为提取液总体积，L；W为叶片鲜重量，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）测定

苦荞籽粒蛋白质含量的测定用半微量凯氏定氮法。将收获后的苦荞籽粒晒干，并将其粉碎，再进行消煮，用SmartChem 2000全自动间断化学分析仪测量其氮含量，然后根据公式求出苦荞的籽粒蛋白质含量：

蛋白质含量=（5）

式（5）中，m为粉碎后样品重量，g；c为消煮液中的氮含量，mg·L-1；0.05为定容后的体积，L；6.25为氮含量换算成蛋白质含量的平均系数。

2 结果与分析

2.1 苦荞冠层反射光谱特征对不同施硒水平的响应

在整个生育进程，不同硒水平下苦荞冠层光谱反射率在可见光波段的变化不明显，但在近红外波段存在一定的差异，不同硒水平下苦荞冠层光谱反射特征如图1所示，从图中可以看出，以花后10 d为例，在近红外波段，Se1的反射率比较高，Se4反射率最小；在花后15 d，整体的变化趋势趋于平缓。

2.2 不同施硒水平下苦荞chl a+b含量的变化

苦荞叶绿素含量既能够表明苦荞的生长状况，又能够表征苦荞的生产能力，且直接影响着苦荞的经济产量。如图2可知，在花后10 d达最大值，且Se1水平处理下的苦荞chl a+b含量趋势最高。

2.3 苦荞chl a+b含量与植被指数的关系

为了更好地监测苦荞chl a+b含量，选择与其相关性较高的7种植被指数作为自变量，chl a+b含量作为因变量，分别建立其指数、线性、多项式的模型，见表1。根据R2最大优选模型的原则可知，在chl a+b含量的拟合中，植被指数NDCI、NVI、RVI（729，755）、DVI（980，733）和NDVI（955，729）的效果较好。

2.4 基于植被指数的苦荞chl a+b含量监测模型

对表1中较优的chla+b含量估测模型分别进行验证，用决定系数R2作为检验的指标，见表2，综合考虑不同的植被指数在建模中的表现，以DVI （980，733）为变量的苦荞chl a+b含量的监测模型较优。

2.5 农学参数与苦荞籽粒蛋白质含量的关系

对收获后的苦荞籽粒蛋白质含量与其各生育进程的chl a+b含量进行相关分析，结果见表3。结果表明，在不同的生育进程中，农学参数与籽粒蛋白质含量之间的相关性，存在着一定的差异。chl a+b含量在花后10 d，其相关系数达到最大值。

由表3可知，chl a+b含量与苦荞籽粒蛋白质含量间的关系较为密切，通过分析其相关性，建立相应的定量关系，其回归方程为Y=-6.7481x2+27.597x-14.686，决定系数R2为0.733 2。

2.6 苦荞籽粒蛋白质含量的光谱监测及检验