春玉米乳熟期農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)識別方法

楊玉輝

興安盟氣象局

春玉米乳熟期農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)識別方法

楊玉輝

興安盟氣象局

農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)目前已在內(nèi)蒙古興安盟推廣應(yīng)用,這標(biāo)志著興安盟氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務(wù)正向自動化邁進(jìn)。

“農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)”自2009年11月開始由中國氣象局氣象探測中心張雪芬及其團隊依托公益性行業(yè)（氣象）科研專項研發(fā)，該項目著力于農(nóng)業(yè)氣象觀測由人觀測向自動化觀測轉(zhuǎn)變。該項目研發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象自動觀測設(shè)備已在興安盟地區(qū)應(yīng)用檢驗2年，此系統(tǒng)實現(xiàn)興安盟地區(qū)玉米、水稻作物大部分發(fā)育期、株高、生長狀況、葉面積指數(shù)、地上生物量等要素的自動連續(xù)觀測及主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的實時監(jiān)測，該系統(tǒng)集農(nóng)作物生長、土壤溫濕度、農(nóng)田小氣候監(jiān)測于一體，具有不同梯度的棵間溫度、濕度和5米高度的氣壓、溫度、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、光合有效輻射等要素的自動觀測與作物發(fā)育期圖像特征的自動識別采集與玉米、水稻病蟲害監(jiān)測報警等功能。

該系統(tǒng)在作物生育期自動觀測采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型、積溫模型，針對圖像采集處理區(qū)域選取代表性植株，應(yīng)用圖像識別與數(shù)據(jù)挖掘等集成技術(shù)，結(jié)合農(nóng)業(yè)氣象學(xué)和農(nóng)作物生育特征建立了玉米、水稻作物發(fā)育期、密度等農(nóng)業(yè)氣象要素的算法模型，實現(xiàn)了多要素綜合觀測集約化。

興安盟氣象局在阿爾山市、科右中旗、科右前旗、扎賚特旗各安裝了1套農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)，在突泉縣安裝了2套農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)、用于自動觀測春玉米發(fā)育期，長勢等，目前已成功實現(xiàn)了興安盟地區(qū)春玉米發(fā)育期（除乳熟期）、高度、密度、生長狀況等自動連續(xù)觀測及主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害與病蟲害的實時監(jiān)測。

雖然該系統(tǒng)實現(xiàn)在了春玉米大部分發(fā)育的監(jiān)測，但在乳熟發(fā)育期監(jiān)測方面存在一個問題。就是春玉米乳熟期不能實現(xiàn)全自動觀測。乳熟期作為春玉米觀測的重要發(fā)育期，也是判斷春玉米產(chǎn)量豐欠的重要發(fā)育期。農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)目前還無法對春玉米乳熟期進(jìn)行自動觀測只能進(jìn)行人工觀測后進(jìn)行人機交互處理。本文作者通過多年生產(chǎn)實際，提煉出農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)自動觀測春玉米乳熟期識別方法，將有助于農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)實現(xiàn)春玉米全生育期自動化觀測。

一、人工判別春玉米乳熟期的方法

春玉米抽雄以后緊接著開花吐絲，進(jìn)入春玉米的關(guān)鍵發(fā)育期—乳熟期。依據(jù)興安盟氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測站觀測經(jīng)驗及近10年農(nóng)業(yè)氣象觀測資料分析，并依據(jù)大田實際生產(chǎn)經(jīng)驗準(zhǔn)確地判斷春玉米的乳熟期有以下三種人工觀測方法：

(一)外部特征：春玉米進(jìn)入乳熟期時，頂部的小穗會變成白褐色，雌穗的花絲會變成暗棕色或褐色，果穗外層的苞葉顏色會變淺但仍然呈自然綠色。

(二)內(nèi)部特征：春玉米進(jìn)入乳熟期時，剝開果穗的外層苞葉，果穗上的子粒形狀已達(dá)到正常大小。子粒均勻，用手指甲掐子粒時，會發(fā)現(xiàn)有較濃的白色乳汁溢出。

(三)抽雄期到乳熟發(fā)育期的間隔日數(shù)：統(tǒng)計興安盟2006-2015年春玉米各發(fā)育期間隔日數(shù)時，發(fā)現(xiàn)春玉米抽雄到乳熟間隔的日數(shù)變化有一定的規(guī)律。興安盟近10年中早熟春玉米品種抽雄到乳熟平均間隔日數(shù)為21天左右；中熟品種從抽雄到乳熟間隔日數(shù)一般在27天左右。中晚熟品種從抽雄到乳熟間隔日數(shù)一般在31天左右。

二、農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)判別春玉米乳熟期的方法

依據(jù)人工觀測的三種方法相比，春玉米內(nèi)部特征的自動化觀測無法實現(xiàn)，按春玉米抽雄期到乳熟發(fā)育期的平均間隔日數(shù)來判斷相對不客觀，果穗的外層苞葉顏色變化與小穗顏色變化又不容易掌握，人工觀測第一種方法中觀測雌穗花絲變化可以實現(xiàn)自動化觀測，該特征可以通過自動觀測系統(tǒng)的照像機或攝像機監(jiān)測，再通過圖像識別技術(shù)完成春玉米乳熟發(fā)育期的自動觀測。

三、春玉米乳熟期圖像識別指標(biāo)

玉米須，為禾本科植物玉蜀黍Zea mays L.的花柱和柱頭。常集結(jié)成疏松團簇，花柱線狀或須狀，完整者長至30厘米，直徑0.5毫米，淡綠色、黃綠色至棕紅色。

圖像上通過識別玉米須干枯生理特征進(jìn)行判別春玉米乳熟，可靠性在95%以上。玉米須干枯指玉米須在授粉后進(jìn)入籽粒形成期，后期玉米須進(jìn)入老化階段，在老化到須條全部干枯，變成暗棕色或褐色即為玉米須干枯。

春玉米乳熟開始期:已干枯的玉米須植株達(dá)到觀測群落植株的10%為進(jìn)入乳熟發(fā)育期開始期。當(dāng)一株上有兩個或兩個以上雌穗時，以主要雌穗的玉米須干枯為判別指標(biāo)。

春玉米乳熟普遍期:已干枯的玉米須植株達(dá)到觀測群落植株的50%，既為進(jìn)入乳熟發(fā)育期普遍期。當(dāng)一株上有兩個或兩個以上雌穗時，以主要雌穗的玉米須干枯為判別指標(biāo)。

春玉米乳熟期圖像識別指標(biāo)。

發(fā)育期植株特征圖像識別技術(shù)要素值變化率。

春玉米乳熟始期玉米須干枯玉米須變成暗棕色或褐色10%。

春玉米乳熟普期50%。

春玉米乳熟期圖像識別指標(biāo)的建立即統(tǒng)一了興安盟地區(qū)春玉米乳熟期觀測標(biāo)準(zhǔn)，又實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)氣象自動觀測系統(tǒng)對春玉米全生育期的自動觀測，同時進(jìn)一步完善了興安盟地區(qū)春玉米全生育期氣象服務(wù)規(guī)范內(nèi)容。

楊玉輝（1982-），男，蒙古族，工程師，興安盟氣象局，從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)工作。