Спосіб бездеградаційного експрес-визначення азоту в листках злаків

Способ беэдеградационного экспрессопределения азота в листьях злаков, заклю чающийся в том, что получают спектраль ную характеристику отражения листьев и определяют об щее содержание азота по уравнению линейной регрессии, отличаю щ и й с я тем. что измеряют спектр отраже где N - содержание общего азота в листьях, выраженное в % от массы абсолютно сухого вещества; І2 - амплитуда максимума на зависимости первой производной от спектра отражения листьев при 720 - 725 нм; И - амплитуда максимума на зависимости первой производной ог спектра отражения листьев в области 700 - 710 нм; А - коэффициент регрессии, общий для уравнений всех стадий вегетации; К - свободный член уравнения регрессии, который выбирают, исходя из стадии вегетации Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности распознаванию уровня обеспеченности культурных растений азотным питанием, и может быть использовано в колхозах, совхозах для получения экспрессинформации о состоянии растений оценки степени созревания с целью уточнения сроков уборки урожая или принятия решений о проведении дополнительной подкормки Известен химический способ определения содержания общего азота в растениях [1 ] Согласно способу навеску органического материала сжигают в колбе Къельдаля с помощью серной кислоты и ограниченного количества хлорной кислоты в присутствии катализатора иолибдата натрия. Азот затем определяют хлораминным методом. Недостатком этого способа является его трудоемкость, громоздкость, необходимость работы с многочисленными растворами, приготовленными на безаммиачной воде необходимость раооты с концентрированной серной кислотой, что требует выполнения специальных правил техники ю О 13299 Величина отношения амплитуд максиной сорной кислотой, чго требует выполнемумов первой производной от спектров огния специальных правил техники безопасрэжения является относительной и, ности, и его длительность (около 10 ч). следовательно, не требует при измерении Перечисленные выше недостатки устраняет наиболее близкий по технической сущ- 5 спектров использования эталонов. Информационной основой в данном случае ивпяетности ¥. заявляемому изобретению способ ся не абсолютная величина сигнала, а форма определения сбщего азо га в листьях озимой кривой. Выраженная количественно, эта хапшеницы по величине коэффициента отрарактеристика спектра более устойчива к усжения при Х= 550 нм с помощью уравнения 10 ловиям освещенности, что открыоает регрессии: N = 6,56 - 0,1765* р550. где N возможность использования данного спосовеличина содержание общего азота, выраба и к дистанционным измерениям. женная s процентах от абсолютно сухого Методика получения уравнения регресвещества, /?55О - величина коэффициента сии. отражения листьев на длине волны А= 550 Отбирали растения озимой пшеницы с нм, выраженная в процентах, G,56 и 0,1765 ~ 15 различной обеспеченностью их азотным пикоэффициенты [2]. Согласно способу-прототанием. Измеряли спектры отражения листьтипу отбіф^ют листья для анализа, регистев на спектрофотометре СФ-18 по стандартрируют величину коэффициента отражения ной методике. Вычисляли первую производпри \- 650 тл и содержание азота опреде- 20 ную от функции спектрального распределеляют, подстапляч значения Д550 в уравнения коэффициетов отражения в диапазона ние регрессии. длин волн 670-750 нм, по формуле, описанНедостатком эгого способа является то, ной в работе Гулиеоа Ф.А., Коробкова М.Е., что уравнение является неработоспособКочубей СМ, "Применение методов произным при определении содержания азота на 25 водной спектроскопии для исследования тонкой структуры спектров флуоресценции фрагранних фазах развития растений (кущение, ментов хлоропластов" (Журнал прикладной выход в трубку). спектроскопии, т. 28, вып. 4, с. 646-651, 1977). Цэлыо заявляемого изобретения являПолученное спектральное распределение ются повышение точности способа бездегвеличин первой производной характерадапион ного экспрессопределения содержания общего азота " 30 ризуется в области 670-750 им наличием трех максимумов (черт. 1). Вычисляли отнов листьях озимой пшеници за счет шение амплитуд первых двух максимумов возможности определения йзота в течение І2/І1 {где І2 - амплитуда максимума в облавсего периода вегетации растений, а также дистанционного определения этого 35 сти 720-725 нм, И-при 700-710 им. Определяли содержание общего азота в параметра. листьях химическим методом. ПредставляПоставленная цель достигается и;м, что ли графически значения Іг/h в зависимосогласно предлагаемому изобретеї • ю, исстиот величины содержания общего азота нопьзуют величину, представляющую собой отношение амплитуд максимумов 1-ой про- 40 в листьях. Полученные таким образом поля точек для каждой фазы вегетации хорошо изводной от спектров отражения листьев, аппроксимировались линейными функцияна основании КОТОРОЙ по уравнению регресми типа Y = АХ + В. Коэффициенты корресии, с помощью набора коэффициентов, раляции были не меньше 0,0 при уровне ботоспособным для той или иной фазы, предегаплиется возможность определения 45 значимости 0,05. Коэффициенты уравнения регрессии содержания дзота в листьях растений на вычисляли но формулам: любой фазе развития озимой пшеницы в весенне-летний период - от кущения до воn n сковой спелости зерна: N =3,176 * h/U + К, Yi £ Xi 2 Yi - n 2 где N - содержание общего азота в листьях 50 растений озимой пшеницы, выраженное о n „ X X? процентах по отношению к массе абсолют£ Xf) но сухого геществз, 12/11 ~ отношение амп( 2 Y, литуд пторого и перэого максимумов первой производной спектров отражения, 3,176 - 55 коэффициент уравнения регрессии, К - соо- где Yt - Ni - величина содержания общего бодсый «лон уравнения регрессии, равный: азота в листьях для 1-ого члена выборки; 2,10 - для фазы кущения, 1,35 - выхода в трубку, 0,55 - колошения - молочмо-восковой и еоскевой спелости. 13299 Xi - значение І2/І1 для 1-ого члена выборки: п - число измерений, равное объему выборки; Л - коэффициент регрессии; В - свободный член уравнения регрессии. Различия в полученных уравнениях ре- 5 грессии для различных фаз касались лишь величины свободного члена. Таким образом, уравнение регрессии для определения содержания азота для всех фаз развития можно выразить в общем ви- 10 де: N-3 ,176*l2 /h + K . где К равен 2,10 о фазу кущения, 1,35 - в 15 фазу выход в трубку и 0,55 - и фазу от колошения до восковой спелости зерна. Сущность изобретения поясняется конкретными примерами осуществления. П р и м е р 1. Объект-озимая пшеница. 20 Сорт Полесская-70. Фаза развития - кущение. Измеряли спектральное распределение коэффициентов отражения на спектрофото метре СФ-18. Получали первые произвол- 25 ные- от этих спектров в диапазоне длин волн 670-750 им. Вычисляли величины отноше ния амплитуд максимумов !г/Н. Получен ные значения подставляли в уравнение регрессии с соответствующими для дан- 30 ной фазы развития растений свободным членом и рассчитывали величину содержа ния общего азота в растениях, выраженную в процентах от абсолютно сухого вещества в растениях. 35 Средняя величина отношения максимумов первой производной от кривой спектра отражения Іг/Іі = 0.91, К = 2.10. 40 N = 3,176 * І2/І1 + 2.10 = 4,90%. П р и м е р 2. Фаза вегетации - выход в трубку. К= 1,35. 45 + 1.35-4.56 (%). Пример 3. Фаза вегетации - восковая спелость. К = 0,55. 50 l z / h « 0,45; N-3.176*0.45 + +0,55 = 1,98 (%). 55 Из приведенных в табл. 1 сравнительных данных определения содержания общего азота в листьях озимой пшеницы по предложенному способу, способу-прототипу и химическому способу видно, что с по мощью предлагаемого способа возможно определять содержание азота в листьях ози мой пшеницы в течение всего периода вегетации растений. Абсолютная ошибка но превышала 0,5%. В тоже время способ-прототип оказывается вообще неработоспособ ным в начальные фазы развития - кущение, выход в трубку, где относительная ошибка определения составляла 20-50%. Поскольку значение первой производной не зависит от величин ординат исследуемых функций, а определяется только скоростью ее приращения, то, очевидно, что графики функций, представляющие собой первые производные от кривых спектров отражения и спектров коэффициентов яркости, получаемых дистанционно для одного и того же образца о данном диапазоне длин волн, будут совпадать. Это открывает возможность использования уравнения, полученного мами в лабораторных условиях, для данных, измеренных в дистанционных экспериментах. Действительно, как показали наши исследования, предлагаемое нами уравнение регрессии может быть использовано для данных, полученных при дистанционных измерениях. П р и м е р 4. Записывали спектральное распределение отраженного от посева света (СКЯ), измеренное с помощью спектрометра МСС-2 с борта вертолета Ка-26. Площадь захвата при этом составляла 6 * 100 м. Получали первые производные от кривых. Вычисляли величины отношения амплитуд максимумов Іг/h. Полученные значения подставляли в уравнение регрессии с соответствующим для данной-фазы развития растений свободным членом К и рассчитывали величину содержания общего азота в растениях, выраженное в процентах от абсолютно сухого вещества растений. Фаза вегетации растений озимой пшеницы - колошение. Средняя величина отношения максимумов первой производной от кривой спектрального распределения отраженного от посева света (г/h = 1.08. Вычисляем по уравнению регрессии N = 3,176 * 1.08 t- 0,55 =• =3,93%. В табл. 2 приведены сравнительные данные по определению содержания общего азота по предложенному способу, способу-прототипу и химическому способу, на основании результатов, полученных при дистанционных измерениях коэффициентов спектральной яркости. Как следует из приведенных в табл. 2 данных, предлагаемый способ хорошо "работает" и для дистанционной оценки содержания азота в листьях озимой пшеницы, тогда 8 13299 как по способу-прототипу такая оценк а практически невозможна, что объясняется высокой завис имос тью абс олютных величин коэффициентов отражения от условий съемки (например угла визирования), освещ енности, спектрального сос тава света. Предлагаемый способ не требует использования э талона. Эю упрощает процеду ру дис танционных измерений и явллется еще одним положительным моментом о пользу э ффективнос ти использования предлагаемого способа для дистанционного определения содержания азота. Таким образом, по с равнению с прототипом, пред лагаемый спос об имеет следующие преимущес тва: - позволяет определять содержание общего азота в листьях в течение всего периода веге тации озимой пшеницы; может быть ис пользован д ля д ис танцион5 ного опред еления с од ержания общего азо та. По сравнению с базовым с пос обом химическим определением общ его азота пред лагаемый способ позволяет: 10 провод ить экс пресс ну ю оценку с од ержания общего азота в лис тьях рас тений (1 час по сравнению с 10 часами); - опред елять с од ержание в небольш ом ко личес тве материала (в одном лис те); 15 - спос об является безград ационным. Таблица V Срав нительные данн ые опре де ления соде ржан ия общего азота е листьях озимой п ше ницы по пре дло же нно му способу , способу -прототипу и химическ ому способу N- образца, п/ п Фаза ра зв итии Способ прототип а Хи мический способ Содерж. азота Коэффициент в % от эбсоп. отражени я су х е сз (А) приЛ =550 и м (0550.%) 1 { 12 *) Содерж. ззота в % от абсол су х. в -в а - (О Предла гае мый спосо б А-В Отн о шени е макс 1-ой про изв одите ль но й (І г/Іі) Содержа ние Л-В общ а зо та в % от а бс сух. в-ва Попе 1* 1 Ку щгн ие 5 25 22 2,68 2.57 091 4,98 0.27 Тру бков аиме 4.64 20 3.00 1.64 1.01 4.56 0.08 Воск спелость 1.64 25 2,24 0.50 0,45 1.93 0,32 Таблица 2 Сраанительн ые данн ые по опр едеп ениго содержа ния общего азота но химич ескому способу , предложе нному способу и способу -прототипу по дан ным дистанционн о изме ренн ых спек тров коэ ффи цие нтов яркости ! •* ;сбразца Фаза разв ития п/п 12 3 4 Способ прототипа Хи мический способ Содерж. ЙЭОТ Э в % от абс су х. в -в з (А) Коло шен ие Н ОСУ, спелость Коэффициент отражени я при А*55 0 и м &* ». %) Предла гае мый способ Содерж. ззота в % от абс сух. п-в а (В) А-В Содерж. общеОтн о шени е макс. 1-ой про- го а зо тз в % от а бс су х в изв одной в а(В) ІЬЛі) А-В 3.88 25,2 1.9 1.98 1.09 4.01 0,13 4,10 26.4 2.11 2,06 1,19 •133 0,17 4,11 16 10.6 3.14 0,37 1.22 4.'42 0.31 4.69 2.83 0,5С 2,32 0.46 1,80 13299 680 G90 700 № ?20 730 Спектр отражения листьев озимой пшеницы (1) и его первая производная (2) в диапазоне длин волн 670-740 нм. Упорядник Замовлення 4108 Техред М.Моргентал Коректор Н. Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655. ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагарїна, 101