本發(fā)明屬于設(shè)施園藝栽培領(lǐng)域，具體涉及一種利用近紅外光譜來(lái)精確定位溫室番茄蔬果位置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
設(shè)施園藝在我國(guó)發(fā)展迅速，從1982年的1.03萬(wàn)公頃發(fā)展到2015年410.9萬(wàn)公頃，總面積居世界第一。目前我國(guó)設(shè)施栽培中番茄整枝技術(shù)主要從大田栽培技術(shù)中移植而來(lái)，即通過生產(chǎn)者的經(jīng)驗(yàn)，選擇需要去除的果實(shí)進(jìn)行蔬果，這種方法具需要生產(chǎn)者對(duì)番茄果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律很深入的認(rèn)識(shí)，且具有主觀性和隨意性。但大田番茄栽培與設(shè)施番茄栽培存在著許多差異，具體主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
1)設(shè)施栽培中溫室番茄生育期遠(yuǎn)超大田。目前的大田生產(chǎn)中，由于生育期的限制，番茄一般在3-4果枝采收后生育期即結(jié)束。而設(shè)施番茄的生育期在華北地區(qū)可延長(zhǎng)到270天左右，
2)設(shè)施栽培中通過設(shè)施創(chuàng)造出適合溫室番茄生長(zhǎng)的小氣候環(huán)境，使番茄處于最佳的生長(zhǎng)狀況中。而大田栽培中無(wú)法進(jìn)行環(huán)境調(diào)控，因此使番茄經(jīng)常處于不利的生長(zhǎng)環(huán)境中。
3)目前設(shè)施栽培中大多采用無(wú)土栽培、營(yíng)養(yǎng)液澆灌模式，而大田栽培中施肥采用基肥和追肥的方式。設(shè)施栽培中溫室番茄處于無(wú)水肥虧缺的狀態(tài)中，而大田栽培中經(jīng)常處于水肥虧缺狀態(tài)下。
與大田栽培相比，設(shè)施栽培的番茄處于最佳的生長(zhǎng)狀況中，且具有較長(zhǎng)的生育期，源庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與大田栽培具很大差異。因此將大田的蔬果方法簡(jiǎn)單移植到設(shè)施栽培中，不能夠充分發(fā)揮出設(shè)施栽培番茄的生長(zhǎng)潛力。
因此溫室生產(chǎn)者在進(jìn)行蔬果時(shí)，經(jīng)常遇到下面的情況：在秋冬茬栽培中，每個(gè)果穗按要求需要留3果，但目前果穗上有4個(gè)果實(shí)，且大小一致，這個(gè)時(shí)候究竟該去除哪個(gè)果實(shí)？針對(duì)這個(gè)問題，本發(fā)明通過研究建立了一種溫室番茄蔬果的方法。
果實(shí)生長(zhǎng)的好壞主要取決于同化產(chǎn)物向果實(shí)分配的量，同化產(chǎn)物量輸入的多少取決于果實(shí)庫(kù)強(qiáng)。目前溫室番茄果實(shí)庫(kù)強(qiáng)的計(jì)算方法為潛在生長(zhǎng)狀態(tài)下果實(shí)生長(zhǎng)速率的函數(shù)。這種方法可以很好的解釋溫室番茄果實(shí)的生長(zhǎng)狀況。但存在如下不足：首先，果實(shí)生長(zhǎng)速率需要實(shí)際測(cè)定獲取，很難提前預(yù)測(cè)，具有滯后性。其次，溫室番茄果實(shí)的生長(zhǎng)呈S型生長(zhǎng)，按照生長(zhǎng)速率可以分為以下幾個(gè)生長(zhǎng)階段，緩慢生長(zhǎng)階段、指數(shù)生長(zhǎng)階段和線性生長(zhǎng)階段。在不同的生長(zhǎng)階段，果實(shí)生長(zhǎng)速率存在很大差異，造成果實(shí)庫(kù)強(qiáng)難以精確計(jì)算。因此迫切需要尋求一種能夠精確表征果實(shí)庫(kù)強(qiáng)的方法。
溫室番茄同化產(chǎn)物主要以蔗糖的形式通過韌皮部的維管束從葉片輸送到果實(shí)中，同化產(chǎn)物向單個(gè)果實(shí)運(yùn)輸?shù)耐a(chǎn)物越多，則此果實(shí)果柄部位的蔗糖含量就越高，那么果實(shí)就生長(zhǎng)的越良好。因此果柄中蔗糖含量的高低成為未來(lái)果實(shí)生長(zhǎng)好壞的一個(gè)有效的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
目前越來(lái)越多的研究認(rèn)為近紅外光譜可以準(zhǔn)確測(cè)定植株中的蔗糖，具有無(wú)損、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，因此本發(fā)明首先建立采用近紅外光譜測(cè)定果柄蔗糖含量的檢測(cè)模型，通過檢測(cè)模型檢測(cè)果柄出的蔗糖含量，以蔗糖含量的高低預(yù)測(cè)未來(lái)果實(shí)的生長(zhǎng)狀況。通過比較獲取的果柄處蔗糖含量，去除果柄中蔗糖含量的低的果實(shí)，為溫室番茄蔬果提供指導(dǎo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種新的疏果方法，以提高蔬果的有效性。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明依據(jù)蔗糖濃度與特定波長(zhǎng)下近紅外光譜反射強(qiáng)度密切相關(guān)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于近紅外光譜的番茄疏果方法，具體技術(shù)方案如下：
一種新的疏果方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟一，利用近紅外光譜儀掃描不同濃度的蔗糖溶液，提取特征波長(zhǎng)，建立特征波長(zhǎng)下蔗糖濃度和近紅外光譜反射強(qiáng)度的數(shù)學(xué)方程，從而獲得采用近紅外光譜儀測(cè)定果實(shí)的果柄內(nèi)蔗糖含量的檢測(cè)方法；
步驟二，采用近紅外光譜儀掃描植株上初步坐果果實(shí)的果柄，獲取近紅外光譜數(shù)據(jù)，依據(jù)步驟一所述的數(shù)學(xué)方程獲取所述果柄內(nèi)蔗糖濃度；
步驟三，將所述果柄內(nèi)蔗糖濃度，與相鄰的果實(shí)的果柄內(nèi)蔗糖濃度進(jìn)行比較，選取果柄內(nèi)蔗糖濃度最低的果實(shí)摘除進(jìn)行蔬果。
所述步驟一中的數(shù)學(xué)方程的建立過程如下：
過程2.1，利用近紅外光譜儀分別掃描濃度為10％、20％、30％、40％的蔗糖溶液，獲取光譜圖像；
過程2.2，利用ENVI軟件處理光譜圖像，提取文本數(shù)據(jù)，使用SPSS軟件對(duì)不同特征波長(zhǎng)下蔗糖濃度和相應(yīng)放射強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析；所述特征波長(zhǎng)為927.61納米、1129.52納米、1316.69納米；
過程2.3,利用所述特征波長(zhǎng)下的反射強(qiáng)度與濃度之間的關(guān)系得出蔗糖濃度數(shù)學(xué)方程：
Y＝-72.9377-0.004*X1+0.031*X2-0.0051*X3
Y為蔗糖濃度X1，X2，X3分別為波長(zhǎng)927.61，1129.52,1316.69下的反射強(qiáng)度。
所述步驟一中果柄內(nèi)蔗糖含量的檢測(cè)方法包括以下步驟：
步驟3.1，采用近紅外光譜儀掃描植株上初步坐果果實(shí)的果柄，獲取果柄近紅外光譜圖像；
步驟3.2，對(duì)所述果柄近紅外光譜圖像進(jìn)行分析，獲取各特征波長(zhǎng)的反射強(qiáng)度，代入所述數(shù)學(xué)方程，計(jì)算得出果實(shí)果柄內(nèi)蔗糖濃度；
步驟3.3，對(duì)初步坐果果實(shí)果柄內(nèi)的蔗糖濃度進(jìn)行比較，以果柄內(nèi)蔗糖濃度最低的果實(shí)為蔬果對(duì)象。
本發(fā)明具有有益效果。
本發(fā)明采用的近紅外光譜法更簡(jiǎn)潔、高效，且具前瞻性。傳統(tǒng)的疏果法需要根據(jù)人的主觀判斷，將發(fā)育正常，果柄粗長(zhǎng)，大小均勻一致，色澤鮮綠的果粒留下，疏去受精不良，向外突出，在果穗中間果頂向里長(zhǎng)、果柄特別短或細(xì)長(zhǎng)的果粒，以及瘦小果粒、畸形果粒和病蟲果粒；而本發(fā)明采用的近紅外光譜法僅需要利用近紅外光譜儀對(duì)果柄進(jìn)行掃描后即可根據(jù)方程比較和判斷。同傳統(tǒng)的疏果方法比較，本發(fā)明采用的近紅外光譜法更加簡(jiǎn)潔高效，便于操作。近紅外光譜法充分考慮到了果實(shí)的發(fā)育潛力，避免將發(fā)育較晚但品質(zhì)更好的果實(shí)剔除。
具體實(shí)施方式
下面以溫室番茄的疏果為例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種基于近紅外光譜的疏果方法，它包括以下三個(gè)步驟：
第一步，獲得測(cè)定蔗糖含量的檢測(cè)方法。
利用近紅外光譜儀掃描不同濃度的蔗糖溶液，提取特征波長(zhǎng)，建立特征波長(zhǎng)下蔗糖濃度和近紅外光譜反射強(qiáng)度的數(shù)學(xué)方程，獲得采用近紅外光譜儀測(cè)定溫室番茄果柄內(nèi)蔗糖含量的檢測(cè)方法；
第二步，獲取番茄果柄內(nèi)的蔗糖濃度。
采用近紅外光譜儀掃描溫室番茄植株上初步坐果果實(shí)的果柄，獲得果柄內(nèi)近紅外光譜的反射強(qiáng)度，依據(jù)上面所建立的數(shù)學(xué)方程獲取番茄果柄內(nèi)的蔗糖濃度。
第三步，比較和判斷。
依據(jù)的獲取的溫室番茄植株上初步坐果果柄的蔗糖濃度，并與相鄰的果實(shí)果柄內(nèi)蔗糖濃度進(jìn)行比較，選取果柄內(nèi)蔗糖濃度最低的果實(shí)進(jìn)行蔬果。
本發(fā)明中參數(shù)的獲?。?/p>
1.設(shè)計(jì)蔗糖濃度的近紅外光譜試驗(yàn)，提取特征波長(zhǎng)，并以特定波長(zhǎng)下不同蔗糖濃度的反射強(qiáng)度為自變量，蔗糖濃度作為因變量，并建立測(cè)定溫室番茄果柄內(nèi)蔗糖含量的數(shù)學(xué)方程，依據(jù)該方程進(jìn)行蔬果。
2.具體方法
2.1建立數(shù)學(xué)方程
1)利用近紅外光譜儀分別掃描濃度為10％、20％、30％、40％的蔗糖溶液，獲取光譜圖像。
2)利用ENVI軟件處理光譜圖像，提取文本數(shù)據(jù)，使用SPSS軟件對(duì)不同波長(zhǎng)下蔗糖濃度和相應(yīng)放射強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，選定特征波長(zhǎng)為927.61、1129.52、1316.69。
3)利用三個(gè)特征波長(zhǎng)下的數(shù)據(jù)計(jì)算得出多項(xiàng)式函數(shù)：
Y＝-72.9377-0.004*X1+0.031*X2-0.0051*X3
其中，Y為蔗糖濃度X1，X2，X3分別為波長(zhǎng)927.61，1129.52,1316.69下的放射強(qiáng)度。
2.2測(cè)定番茄果柄內(nèi)的蔗糖濃度
采用近紅外光譜儀掃描溫室番茄植株上初步坐果果實(shí)的果柄，獲取近紅外光譜圖像，在果柄光譜圖像上選取相同大小的區(qū)域，取該區(qū)域上各特征波長(zhǎng)下反射強(qiáng)度的平均值，帶入上面所建立的數(shù)學(xué)方程獲取番茄果柄內(nèi)的蔗糖濃度。
2.3疏果的選擇
依據(jù)獲取的溫室番茄植株上初步坐果果柄的蔗糖濃度，并與相鄰的果實(shí)果柄內(nèi)蔗糖濃度進(jìn)行比較，選取果柄內(nèi)蔗糖濃度最低的果實(shí)進(jìn)行蔬果。