激光補光對鮮食玉米育苗植株表型的影響.pdf

吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2025 47 4 637 644 http E mail jlndxb Journal of Jilin Agricultural University 激光補光對鮮食玉米育苗植株表型的影響 黃 帥 1 2 3 4 王廷超 1 趙珊珊 5 于合龍 3 4 郭洪亮 3 4 魯紹坤 6 王劍鋒 2 4 1 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所 長春 130033 2 吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院 吉林省設(shè)施蔬菜重點實驗室 長春 130119 3 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院 長春 130118 4 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)研究院 長春 130118 5 長春人文學(xué)院計算機(jī)學(xué)院 長春 130117 6 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)大數(shù)據(jù)學(xué)院 昆明 650201 摘 要 為探究激光補光條件對鮮食玉米育苗的影響 設(shè)置不同強度和配比的激光補光試驗區(qū)10組 分析激 光補光對各試驗區(qū)中玉米苗株高 莖粗 最長葉葉長和葉寬的影響 利用三維點云數(shù)據(jù)采集和處理方法 對上 述玉米苗表型參數(shù)進(jìn)行提取 結(jié)果表明 在適宜的激光補光強度和配比條件下 玉米育苗長勢較好 培育壯苗 的效果顯著 激光補光強度在0 88 1 25 mol m 2 s 時玉米苗長勢最好 當(dāng)提高或降低補光的光強時 玉米 苗的表型性狀均受到負(fù)面影響 在適宜的激光補光條件下 當(dāng)紅光占比較高時 玉米苗的葉片長寬比增大 葉 片形狀變得狹長 而當(dāng)藍(lán)光占比提高后 玉米苗的高徑比顯著降低 玉米苗較為矮狀 這2種表型特征有助于 提高玉米作物的密植和抗倒伏能力 對后期提高產(chǎn)量具有一定的幫助 關(guān)鍵詞 激光補光 點云數(shù)據(jù) 鮮食玉米 育苗 植株表型 中圖分類號 S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1000 5684 2025 04 0637 08 DOI 10 13327 j jjlau 2025 0225 引用格式 黃帥 王廷超 趙珊珊 等 激光補光對鮮食玉米育苗植株表型的影響 J 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2025 47 4 637 644 Effects of Laser Supplementary Lighting on Phenotypic Traits of Fresh Corn Seedling Plants HUANG Shuai 1 2 3 4 WANG Tingchao 1 ZHAO Shanshan 5 YU Helong 3 4 GUO Hong liang 3 4 LU Shaokun 6 WANG Jianfeng 2 4 1 Institute of Agricultural Economy and Information Jilin Academy of Agricultural Sciences Chang chun 130033 China 2 Jilin Academy of Vegetable and Flower Sciences Jilin Provincial Key Labo ratory of Facility Vegetables Changchun 130119 China 3 College of Information Technology Ji lin Agricultural University Changchun 130118 China 4 Institute of Smart Agriculture Jilin Agri cultural University Changchun 130118 China 5 College of Computer Science Changchun Hu manities and Sciences College Changchun 130117 China 6 College of Big Data Yunnan Agricul tural University Kunming 650201 China Abstract Laser with its characteristics of high energy density and directionality can efficiently convert electrical energy into light energy and has been widely applied in agricultural production showing great potential in seedling supplementary lighting To explore the effects of laser supplemen 基金項目 吉林省科技發(fā)展計劃項目 YDZJ202102CXJD042 吉林省科技發(fā)展計劃項目 20240601079RC 云南省科技人才與 平臺計劃 院士專家工作站 項目 202405AF140119 作者簡介 黃帥 男 碩士 助理研究員 研究方向 數(shù)字農(nóng)業(yè) 收稿日期 2025 06 21 修回日期 2025 07 14 通信作者 王劍鋒 E mail hortwjf 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2025年8月 Journal of Jilin Agricultural University 2025 August tary lighting conditions on the seedling growth of fresh corn 10 groups of experimental areas with dif ferent intensities and ratios of laser supplementary lighting were set up The effects of laser supple mentary lighting on plant height stem diameter and length and width of the longest leaf of corn seed lings in each experimental area were analyzed The phenotypic parameters of the aforementioned corn seedlings were extracted using three dimensional 3D point cloud data acquisition and process ing methods The results showed that under suitable laser supplementary lighting intensity and ratio conditions the growth of corn seedlings was better and the effect of cultivating strong seedlings was significant The growth of corn seedlings was the best when the laser supplementary lighting intensity was 0 88 1 25 mol m 2 s When the light intensity of supplementary lighting was increased or de creased the phenotypic traits of corn seedlings were negatively affected Under suitable laser supple mentary lighting conditions when the proportion of red light was relatively high the leaf length width ratio of corn seedlings increased and the leaf shape became longer and narrower When the proportion of blue light increased the height diameter ratio of corn seedlings decreased significantly and the corn seedlings became shorter These two phenotypic traits contribute to improving planting density and lodging resistance of corn crops hereby improving yield potential in the later growth stages Key words laser supplementary lighting point cloud data fresh corn seedling cultivation phe notypic traits 激光具有高能量密度和方向性的特點 能夠 將電能高效地轉(zhuǎn)化為光能 減少能量在轉(zhuǎn)化過程 中的損失 1 3 并且激光能夠發(fā)出特定波長和強度 的光 可以根據(jù)不同植物在不同生長階段對光的 需求精準(zhǔn)匹配光譜 4 6 近年來 隨著激光發(fā)光二 極管技術(shù)的不斷發(fā)展 激光光源設(shè)備成本 能耗均 大幅降低 穩(wěn)定性和壽命獲得提升 7 9 使得激光 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用 梁雪梅等 10 探 討了激光在土地保護(hù) 農(nóng)作物生長和害蟲防治等 方面中的應(yīng)用 并對激光技術(shù)在吉林省農(nóng)業(yè)中的 應(yīng)用進(jìn)行了展望 譚萌等 11 探究了激光補光設(shè) 備在黃瓜種植過程中的應(yīng)用效果 發(fā)現(xiàn)在紅藍(lán)比 1 2的補光方式下黃瓜增產(chǎn)16 李偉平等 12 探 究了不同光質(zhì)激光對人參生長的影響 發(fā)現(xiàn)不同 的補光條件對人參的凈光合作用能力 葉片的氣 孔導(dǎo)度等均有改善 崔洪博等 13 探究了激光補 光對草莓生長 光合特性的影響 發(fā)現(xiàn)適宜的激光 補光強度可以有效地優(yōu)化草莓的越冬生產(chǎn)性能 提高草莓產(chǎn)量 隨著人們生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變 鮮食玉米因其營養(yǎng)豐富和口感好等原因 市場需求 激增 14 15 2024年我國鮮食玉米種植面積突破 180萬hm 2 是全球最大的鮮食玉米生產(chǎn)國和消費 國 16 19 吉林省鮮食玉米種植面積近16 萬hm 2 年產(chǎn)量24億穗 擁有多家生產(chǎn)加工企業(yè) 連續(xù)多 年在公主嶺市建設(shè)鮮食玉米品種示范基地 篩選 出多個能夠?qū)崿F(xiàn)錯峰種植的優(yōu)秀品種 20 21 但 是 鮮食玉米產(chǎn)業(yè)仍存在種植密度低和作物倒伏 等問題 如何在合理密植的基礎(chǔ)上減少倒伏風(fēng) 險 是現(xiàn)階段所需研究的主要問題 玉米的株型 是決定適密性和抗倒伏能力的主要因素 株型較 矮 莖部較粗的玉米植株抗倒伏能力較強 而葉 片狹長的株型抗風(fēng)和光截獲能力較強 22 24 上述 玉米表型特征均與其苗期的生長狀態(tài)密切相關(guān) 所以探尋適合密植和抗倒伏性狀的優(yōu)質(zhì)壯苗培育 方法至關(guān)重要 激光補光育苗能夠有效縮短植物 的生長周期 減少果實成熟時間 提高產(chǎn)量 并且 不同強度和配比的補光對作物長勢和表型特征影 響也不同 7 9 激光補光在玉米育苗中的應(yīng)用 以 及不同補光強度和光譜比例對玉米苗生長發(fā)育的 影響仍是研究空白 因此 本研究基于激光補光 機(jī)器學(xué)習(xí) 計算機(jī)視覺等技術(shù) 探究激光補光技術(shù) 在鮮食玉米育苗中的應(yīng)用方式和效果 通過點云 分割方法提取表型參數(shù) 分析不同補光強度和紅 藍(lán)光配比對玉米苗期長勢及表型特征的影響 為 激光補光技術(shù)在鮮食玉米育苗中的應(yīng)用提供新方 法 為提高鮮食玉米抗逆性和增加產(chǎn)量提供理論 依據(jù) 638 黃帥等 激光補光對鮮食玉米育苗植株表型的影響 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 Journal of Jilin Agricultural University 1 材料與方法 1 1 試驗設(shè)計 本研究在吉林省蔬菜花卉科學(xué)研究院日光溫 室 東經(jīng)125 23 37 1 北緯43 49 51 9 進(jìn)行 以鮮食玉米 吉農(nóng)糯77 為試驗材料 2025年3月 播種于日光溫室育苗盤中 育苗盤共有36孔 長 28 cm 寬27 cm 單個穴孔尺寸為4 cm 4 cm 5 5 cm 培育基質(zhì)為草炭土 珍珠巖和蛭石以質(zhì)量比2 1 1 混合基質(zhì) 試驗期間進(jìn)行常規(guī)育種管理 試驗于2025年3月13日進(jìn)行 共設(shè)置10組不 同的激光補光強度試驗 T1 T10 圖1 每組試驗 設(shè)置2個育苗盤 育苗盤中每隔1個穴孔播種1粒 種子 1組激光補光試驗共播種36粒 播種第 4 天確認(rèn)出苗情況后 開始進(jìn)行激光補光 補光試 驗使用激光補光燈 CXL1 X0220 0601 長芯光 電科技 中國 進(jìn)行 激光主要由紅光波段 660 10 nm和藍(lán)光波段 450 10 nm組成 不同激光 補光試驗的紅 藍(lán)光強度情況見圖1 相較于傳 統(tǒng)LED補光設(shè)備 本研究使用的激光補光燈具有 聚焦性好 單波長 電光轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點 單燈 覆蓋面積是LED補光燈的30倍以上 并且在布置 合理的情況下 綜合能耗降低了2 3 3 采集試驗區(qū)域的激光補光強度使用光譜儀 AvaSpec ULS2048XL EVO Avantes 荷蘭 于 育苗盤擺放位置進(jìn)行 采集時考慮到各處理間以 及自然環(huán)境對試驗區(qū)域的影響 在暗室條件下對 實際培育位置的補光情況進(jìn)行采集 激光補光時 間為全天24 h補光 日光溫室于每天16 00關(guān)閉 遮光設(shè)備 溫室內(nèi)只保留激光補光光源 1 2 數(shù)據(jù)采集 補光試驗10 d后 對各試驗區(qū)玉米苗點云數(shù) 據(jù)進(jìn)行采集 點云數(shù)據(jù)采集使用結(jié)構(gòu)光三維掃描 儀 3DScanner 630w 來高科技 中國 該掃描儀 掃描頻率 0 6 s 次 2K光機(jī)分辨率為1 920 1 080 相機(jī)像素為630萬 設(shè)備光源為藍(lán)光直格光 柵 采集精度為 0 006 0 02 mm 點云間距為 0 021 0 21 mm 利用可控的自動旋轉(zhuǎn)臺對各試 驗區(qū)玉米育苗盤進(jìn)行多角度光柵影像采集 每次 采集前利用標(biāo)準(zhǔn)板對掃描儀和旋轉(zhuǎn)臺進(jìn)行校正 旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動角度為30 每個育苗盤采集12次影 像 每次拍攝采集彩色和黑白光柵影像各15張 圖2 相機(jī)曝光時間為166 67 ms 10個試驗區(qū)共 拍攝光柵影像7 200張 拍攝完成后 使用FlexS can3D軟件 Polyga 加拿大 構(gòu)建三維點云數(shù)據(jù) 點云三維坐標(biāo)原點設(shè)置在育苗盤左下角 圖1 各試驗區(qū)激光補光強度和紅藍(lán)比 Fig 1 Laser supplementary lighting intensity and red blue ratio in each test area 圖2 光柵影像數(shù)據(jù)采集 Fig 2 Grating image data acquisition 639 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2025年8月 Journal of Jilin Agricultural University 2025 August 采集光柵影像數(shù)據(jù)的同時 在每個處理中選 取5株長勢接近的健康玉米苗進(jìn)行長勢表型參數(shù) 測定 采集使用0 200 mm數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量莖 粗 使用0 20 cm直尺測量株高 最長葉葉寬和葉 長 本研究共采集了50株玉米苗的表型參數(shù) 用 各試驗區(qū)育苗盤中的5株長勢參數(shù)的平均值作為 該試驗區(qū)的長勢特征 這些特征為不同激光強度 補光試驗中的玉米苗長勢趨勢提供參考 1 3 點云數(shù)據(jù)預(yù)處理 點云數(shù)據(jù)受周圍環(huán)境和光線等外部因素的影 響 存在大量的噪音數(shù)據(jù)點 需要先進(jìn)行降噪處 理 本研究使用PCA 25 Principal Component Analysis 主成分分析法確定點云數(shù)據(jù)中植株主生 長方向 利用統(tǒng)計離群點過濾和半徑離群點過濾 2種方法對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理 然后使用體 素下采樣方法將點云數(shù)據(jù)進(jìn)行下采樣處理 最后 利用布料模擬濾波算法 26 Cloth Simulation Fil ter CSF 將育苗盤和土壤進(jìn)行分離 該方法將點 云數(shù)據(jù)進(jìn)行翻轉(zhuǎn) 假設(shè)布料覆蓋于點云上方 通過 調(diào)整布料剛性參數(shù)調(diào)整布料覆蓋情況 最終覆蓋 后的形態(tài)代表點云中的地面和育苗盤點云 能夠 有效地處理不規(guī)則地面點云 對噪聲和稀疏點的 處理魯棒性較強 該算法的基本公式 m X t t 2 F ext X t F int X t 1 式中 X代表布料覆蓋物中粒子在t時刻的位置 F ext X t 表示粒子在運動方向上受到的外力作 用 F int X t 表示粒子受到其內(nèi)部之間的作用力 上述預(yù)處理方法能夠在保留整體植株信息的情況 下 將點云文件體積減小90 極大地降低了計算 復(fù)雜度 提高了點云數(shù)據(jù)處理效率 1 4 單株點云聚類 本研究使用DBSCAN 27 Density based spa tial clustering of applications with noise 聚類分析 對植株點云中的各玉米苗進(jìn)行分割 DBSCAN是 一種基于密度的空間聚類算法 該算法能將具有 足夠高密度的區(qū)域劃分為簇 能夠通過密度可達(dá) 和密度相連關(guān)系確定任意形狀的聚類 該聚類 算法需要設(shè)定鄰域半徑 和最小鄰居數(shù)MinPts 若2點間的距離 這2點即為鄰居 若1個點的 鄰居數(shù) MinPts個 該點即為核心點 DBSCAN聚類對于樣本集D中的樣本點p 其 鄰域公式 N p q D dist p q 2 其中dist p q 表示點p和q之間的距離 若 N p MinPts 則p為核心點 MinPts為最小樣 本數(shù)量 1 5 玉米苗長勢參數(shù)提取 利用PCA主成分分析確定單一植株點云數(shù) 據(jù)的軸線方向 然后使用ConvexHull 28 分析方法 對柱狀點云進(jìn)行識別 ConvexHull分析方法通過 計算點到軸線方向的距離 來驗證圓柱面點的 分布情況 從而實現(xiàn)對圓柱體的識別 點云數(shù)據(jù) 中點P x p y p z p 到圓柱體軸線d d x d y d z 的中點 C c x c y c z 距離為 D P C d d 3 若所有ConvexHull頂點到軸線的距離均在誤 差范圍內(nèi) 則說明點云符合圓柱面的特征 最后 本研究利用K維樹方法 KDTree 找到單株點云 最高點與其對應(yīng)的地面投影點 計算最高點與投 影點間的距離即為該株玉米苗株高 H 計算 ConvexHull分析所得圓柱體平均直徑即為莖粗 D 利用PCA主成分分析法找到單株點云最長 葉 并計算最長葉主成分中線長度 與中線垂直的 點云最寬位置長度 即為最長葉的葉長 L 和葉 寬 W 為了更好地對各試驗區(qū)玉米苗長勢進(jìn)行對 比 本研究提出1個簡單的長勢參數(shù)V V H D L W 4 該參數(shù)V能有效地表現(xiàn)玉米苗壯苗水平 在 確保植株生長高度的同時 莖的粗壯對移栽后的 抗倒伏性狀也十分重要 而玉米苗葉片的生長狀 態(tài)是其光截獲和蒸騰能力的重要指標(biāo) 本研究結(jié) 合長勢參數(shù)V 高徑比R H D 和葉長寬比R L W 對玉 米苗的長勢進(jìn)行評價 2 結(jié)果與分析 2 1 點云處理結(jié)果 利用點云處理方法對10個試驗區(qū)中共20盤 玉米育苗點云進(jìn)行聚類和分割處理 由圖3 a可 見 植株點云中雖然含有部分噪音點和土壤殘留 點 通過DBSCAN聚類方法對單簇植株進(jìn)行分割 時 能有效將噪音點和殘留土壤簇進(jìn)行清理 DBSCAN聚類方法鄰域半徑eps為0 8 最小鄰居 640 黃帥等 激光補光對鮮食玉米育苗植株表型的影響 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 Journal of Jilin Agricultural University 數(shù)min samles為3 聚類結(jié)果見圖3 b 并且使用 ConvexHull凸包分析法對單簇玉米苗點云的莖部 進(jìn)行識別 圖3 c 結(jié)果表明 本研究提出的幾 種點云處理方法不但成功將育苗盤中的玉米苗點 云成功分割 而且單一植株簇分類和莖葉分離效 果較好 為本研究分析不同激光補光條件下的玉 米育苗表型差異提供可靠數(shù)據(jù) 2 2 表型特征提取結(jié)果 對比實測表型結(jié)果和植株點云提取結(jié)果可 見 各試驗區(qū)玉米苗株高的實測值與點云提取結(jié) 果趨勢一致 圖4 a b 而莖粗 葉長和葉寬的點 云提取結(jié)果基本包含了實測值 并且變化趨勢與 實測值的變化趨勢較為接近 圖4 c h 說明通 過玉米苗點云數(shù)據(jù)所提取的表型特征結(jié)果 能夠 體現(xiàn)不同激光補光試驗小區(qū)的長勢特征 玉米苗 的表型參數(shù)隨著激光補光強度的降低變化顯著 說明激光補光對玉米育苗有顯著影響 a 植株點云 b DBSCAN聚類結(jié)果 c 植株莖部識別結(jié)果 圖3 點云數(shù)據(jù)處理結(jié)果 Fig 3 Point cloud data processing results a c e f 實測表型結(jié)果 b d f h 點云提取結(jié)果 圖4 表型特征提取結(jié)果 Fig 4 Extraction results of phenotypic traits 641 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2025年8月 Journal of Jilin Agricultural University 2025 August 通過玉米苗點云分析結(jié)果可知 在10組試驗 中 各表型參數(shù)的平均值中T5試驗區(qū)培育的玉米 苗株高最高 T10試驗區(qū)中培育的玉米苗最矮 T2 試驗區(qū)培育的玉米苗莖部最粗 T1試驗區(qū)中玉米 苗莖部發(fā)育最差 葉片最長和最寬的試驗區(qū)分別 為T5和T6 而葉片發(fā)育最差的為T10試驗區(qū) 從 各試驗區(qū)表型參數(shù)分布情況可知 株高 莖粗 葉 長 葉寬受激光補光條件的影響程度不同 結(jié)果表 明 各種表型指標(biāo)生長情況不僅受補光總光強影 響 還與補光激光傳感器的紅藍(lán)光含量和配比 有關(guān) 為了更好地對比各試驗區(qū)玉米苗長勢情況 利用表型參數(shù)的均值計算長勢參數(shù)V 該參數(shù)能 有效表達(dá)株高 莖粗和葉長 葉寬的長勢優(yōu)勢 各 試驗區(qū)長勢參數(shù)對比見圖5 從圖中可以看出 T1 T7試驗區(qū)中的玉米苗長勢參數(shù)逐漸遞增 而 T8 T10試驗區(qū)長勢卻陡然降低 進(jìn)一步說明玉米 苗生長狀態(tài)受激光補光條件影響顯著 變化趨勢 呈現(xiàn)出二次函數(shù)的拋物線狀 2 3 補光強度對玉米苗長勢的影響 各試驗區(qū)玉米苗表型特征存在不同的差異 由此可以判斷 不同激光補光條件對玉米苗長勢 影響不同 隨著各試驗區(qū)的激光補光強度逐漸降 低 玉米苗的株高 莖粗和葉長 葉寬并未出現(xiàn)明 顯的下降趨勢 分析補光傳感器的總光強 紅光 藍(lán)光和紅藍(lán)光比值與玉米苗長勢指標(biāo)間的相關(guān)性 圖6 發(fā)現(xiàn)T1 T10試驗區(qū)內(nèi)的玉米苗的株高與 圖5 長勢參數(shù)V變化趨勢 Fig 5 Variation trend of growth parameter V 續(xù)圖4 Continued fig 4 642 黃帥等 激光補光對鮮食玉米育苗植株表型的影響 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 Journal of Jilin Agricultural University 紅藍(lán)光配比呈正相關(guān) 莖粗與紅藍(lán)光配比呈正相 關(guān) 與藍(lán)光強度呈負(fù)相關(guān) 葉寬與總光強和藍(lán)光波 段強度呈正相關(guān) 玉米苗的葉片長寬比與激光補 光各參數(shù)呈負(fù)相關(guān) 長勢參數(shù)V與激光補光條件 均呈正相關(guān) 但是上述相關(guān)性最高值為0 48 最 低為 0 34 該結(jié)果很難表達(dá)出激光補光條件與玉 米育苗情況間存在較強相關(guān)性 說明激光補光的 條件并不是某一指標(biāo)越高 越大 效果越好 所以 本研究將部分補光試驗小區(qū)分區(qū)進(jìn)行對比分析 將各試驗區(qū)分成2組 將T1 T6分成1組單獨 分析 T5 T10分成另1組分析 從相關(guān)性分析結(jié) 果中發(fā)現(xiàn) 第1組試驗區(qū)中 圖6 玉米苗的株高 葉長與總光強呈強負(fù)相關(guān) 相關(guān)系數(shù)分別為 0 80 和 0 93 莖粗和葉寬分別與補光的藍(lán)光和紅光強 度呈強負(fù)相關(guān) 相關(guān)系數(shù)分別為 0 86和 0 88 但 莖粗與補光光強中的紅藍(lán)光比值呈正相關(guān) 相關(guān) 系數(shù)為0 68 而玉米苗的高徑比與總光強和紅光 強度呈負(fù)相關(guān) 相關(guān)系數(shù)分別為 0 54和 0 66 葉 長寬比與補光條件中各成分強度均呈負(fù)相關(guān) 但 與紅藍(lán)比呈正相關(guān) 而第2組試驗區(qū)中的玉米苗 長勢變化趨勢與T1 T6相反 株高 葉長 葉寬 高 徑比和長勢參數(shù)均與總光強和紅光光強呈強正相 關(guān) 相關(guān)系數(shù)在0 73 0 96 莖粗與激光補光光強 中的各組成分雖呈正相關(guān) 但相關(guān)性均不高 葉片 長寬比與補光光照中的紅藍(lán)光比具有較高的相關(guān) 性 相關(guān)系數(shù)為0 74 2 4 補光紅藍(lán)比對玉米苗長勢的影響 通過分析不同補光條件下玉米苗各長勢指標(biāo) 變化趨勢 T5 T6 T7試驗區(qū)的玉米苗長勢最好 而T1和T10長勢較差 對比分析T5 T6 T7試驗 區(qū)的補光條件和長勢參數(shù) 表1 其中T5試驗區(qū) 高徑比在3個試驗區(qū)中最高 葉長寬比最低 分別 為27 10和4 12 說明該補光條件下玉米苗株高較 高但莖部較細(xì) 葉片長較短但葉片較寬 在相似 的補光總光強條件下 紅光占比較多的T6試驗 區(qū)域中 高徑比為25 28 葉長寬比為4 55 玉米苗 的葉片更加細(xì)長 藍(lán)光占比較多的T7試驗區(qū)域 中 高徑比為22 39 葉長寬比為4 35 高徑比相較 于T5試驗區(qū)有明顯降低 T7試驗區(qū)中的玉米苗株 高較矮但莖部較粗 結(jié)果表明 當(dāng)總光強在0 88 1 25 mol m 2 s 時 隨著紅光占比升高 株高和 葉寬均降低 而莖粗和葉長隨之增加 其中葉長和 葉寬受到的影響最大 說明提高補光光照中紅光 的占比 能有效提升葉長寬比 而隨著藍(lán)光占比提 升 株高和莖粗受到較大影響 說明增加藍(lán)光能有 效降低高徑比 3 結(jié)論與討論 本研究在日光溫室中對鮮食玉米苗進(jìn)行了不 同光照強度和組成的激光補光試驗 利用PCA主 成分分析法 CSF布料模擬濾波算法 DBSCAN聚 類分析方法 ConcexHull凸包分析方法和KDTree 方法 實現(xiàn)了各試驗區(qū)域點云數(shù)據(jù)中玉米苗的單 簇分割 結(jié)合實測的玉米苗表型參數(shù) 驗證了本研 究使用方法所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和魯棒性 基于上 述方法所得玉米苗株高 莖粗 葉長和葉寬表型參 注 表示P 0 05 圖6 作物長勢指標(biāo)與補光條件間相關(guān)性熱力圖 Fig 6 Correlation heatmap between crop growth pa rameters and supplemental lighting conditions 表1 補光條件和長勢參數(shù)對比 Table 1 Comparison of supplemental lighting conditions and growth parameters 試驗區(qū) T5 T6 T7 總光強 mol m 2 s 1 0 88 1 25 0 94 紅藍(lán)光配比 2 1 5 1 1 2 株高 cm 8 40 8 09 7 39 莖粗 cm 0 31 0 32 0 33 葉長 cm 6 64 7 00 6 91 葉寬 cm 1 61 1 54 1 59 R H D 27 10 25 28 22 39 R L W 4 12 4 55 4 35 643 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2025年8月 Journal of Jilin Agricultural University 2025 August 數(shù) 計算各試驗區(qū)中每株玉米苗的長勢參數(shù)V 高 徑比R H D 和葉長寬比R L W 的均值 通過對比分析和 相關(guān)性分析 得到最佳激光補光強度和不同紅藍(lán) 光配比對玉米苗長勢的影響 研究結(jié)果表明 激光補光強度在0 88 1 25 mol m 2 s 時玉米苗培育長勢最好 當(dāng)提高 或降低補光光強時 玉米苗的株高 莖粗 葉長和 葉寬均受到負(fù)面影響 在激光補光的光照強度適 宜時 隨著紅光占比的提高 玉米苗的葉片長寬比 隨之增加 葉片變得更加狹長 狹長的葉片更適合 干旱和強光照環(huán)境 能夠有效減少水分的蒸發(fā) 增 加其光截獲效率 當(dāng)藍(lán)光的占比提高時 玉米苗的 株高變矮 莖部增粗 高徑比明顯降低 高徑比低 的玉米植株有較好的抗倒伏能力 有利于提高資 源利用率和后期產(chǎn)量 綜上 激光補光強度在0 88 1 25 mol m 2 s 時 能夠有效促進(jìn)玉米苗的生長 不同的紅藍(lán)光配 比對玉米苗的培育效果具有較強的影響 本研究 以單一鮮食玉米品種為研究對象 僅探究補光條件 對玉米苗期長勢的影響 未探究不同補光條件下玉 米后期長勢及產(chǎn)量差異 并且在相同補光強度條件 下 設(shè)置不同的紅藍(lán)光配比組合較少 后續(xù)應(yīng)繼續(xù)探 究激光補光育苗對其后期長勢 抗逆和產(chǎn)量的影響 參考文獻(xiàn) 1 曹禮杰 賈鵬 秦莉 等 激光在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 J OL 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 1 26 2025 06 28 http kns 2 于合龍 周雷進(jìn)雨 徐興梅 等 激光農(nóng)業(yè)研究進(jìn)展和展 望 J 智能化農(nóng)業(yè)裝備學(xué)報 中英文 2024 5 3 1 13 3 楊明來 秦莉 賈鵬 等 新型激光光源在水稻育苗中的應(yīng) 用進(jìn)展 J 智能化農(nóng)業(yè)裝備學(xué)報 中英文 2024 5 3 22 32 4 楊明來 王英 戚行江 等 激光技術(shù)在農(nóng)業(yè)補光領(lǐng)域的應(yīng) 用與發(fā)展前景 J 照明工程學(xué)報 2023 34 5 12 18 5 黨聰聰 褚慶全 激光植物生長生理效應(yīng)及植物工廠應(yīng)用 價值探討 J 照明工程學(xué)報 2021 32 2 19 24 6 Swathy P S Kiran K R Joshi M B et al He Ne laser accel erates seed germination by modulating growth hormones and re programming metabolism in brinjal J Scientific Reports 2021 11 7948 7 王立軍 寧永強 秦莉 等 大功率半導(dǎo)體激光器研究進(jìn) 展 J 發(fā)光學(xué)報 2015 36 1 1 8 黃世耀 激光的基本原理 類型及其應(yīng)用 J 中國科技信 息 2006 1 55 9 曾孝 丁樹榮 楊玉卓 等 面向綠色小型化光電器件發(fā)展 的碳點激光器 J OL 中國激光 2025 1 25 2025 06 03 https JJZZ2025053000E dbname CJFD dbcode CJFQ 10 梁雪梅 賈鵬 秦莉 等 激光在土地保護(hù) 農(nóng)作物生長及 害蟲防治領(lǐng)域應(yīng)用研究進(jìn)展 J 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2021 43 2 130 137 11 譚萌 宋姝鈺 王博 等 激光補光燈對大棚黃瓜種植的 應(yīng)用研究 J 中國農(nóng)機(jī)裝備 2024 6 37 39 12 李偉平 梁雪梅 程志強 等 不同光質(zhì)激光對人參生長的影 響 J 智能化農(nóng)業(yè)裝備學(xué)報 中英文 2024 5 3 44 50 13 崔洪博 韓青妍 劉燕妮 等 激光補光對日光溫室草莓 生長發(fā)育 光合特性及產(chǎn)量的影響 J OL 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 學(xué)報 2025 1 13 2025 06 05 https 10 13327 j jjlau 2025 0101 14 徐麗 盧柏山 史亞興 等 我國甜玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及 十五五 展望 J OL 蔬菜 2025 1 12 2025 06 20 https 20250620001 dbname CJFD dbcode CJFQ 15 楊皓森 我國鮮食玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析 J 新農(nóng)業(yè) 2024 7 75 77 16 何海權(quán) 王倩 崔文芳 我國鮮食玉米產(chǎn)業(yè)布局及未來的 發(fā)展對策 J 耕作與栽培 2025 45 3 113 117 120 17 唐貴 隋冬華 武新娟 等 我國甜糯玉米的育種與生產(chǎn) 研究進(jìn)展 J 糧食與油脂 2022 35 5 17 19 18 原詩琪 都君 馬超 等 鮮食玉米全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展模 式研究 J 玉米科學(xué) 2025 33 3 109 116 126 19 李洪濤 柴文波 許瀚元 等 不同鮮食糯玉米品種貨架期 評價及其鑒定指標(biāo)篩選 J 作物雜志 2025 3 241 248 20 王珊珊 宋亮 王源 吉林鮮食玉米高質(zhì)量發(fā)展的優(yōu)勢分 析 J 中國糧食經(jīng)濟(jì) 2024 7 50 51 21 李國強 劉紅霞 張長城 等 鮮食玉米產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前 景 J 中國糧食經(jīng)濟(jì) 2022 3 45 48 22 李躍偉 侯金丹 孫慕芳 等 四種生長調(diào)節(jié)劑對玉米莖 稈性狀及抗倒伏性的影響 J 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報 2023 39 2 377 382 23 晏小鳳 湯雯雯 周玉姝 等 玉米倒伏研究進(jìn)展及應(yīng)對 倒伏的措施 J 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2022 54 10 153 160 24 楊德光 馬德志 于喬喬 等 玉米倒伏的影響因素及抗 倒伏性研究進(jìn)展 J 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2020 25 7 28 38 25 張?zhí)炝?張東興 崔濤 等 基于葉片光譜特性的玉米品 種抗倒伏性預(yù)測 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2022 38 1 178 185 26 李明民 王俊松 和弦 等 基于主成分分析法和正定矩 陣因子分解法的洱海污染源解析 J 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué) 2025 40 2 146 153 27 Yang A X Wu Z Y Yang F L et al Filtering of airborne Li DAR bathymetry based on bidirectional cloth simulation J ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 2020 163 49 61 28 周巖 寇希龍 孫波 等 基于DBSCAN聚類的GNSS IR 土壤濕度反演選星方法研究 J OL 北京航空航天大學(xué)學(xué) 報 2025 1 13 2025 06 13 https 10 13700 j bh 1001 5965 2024 0912 29 郭金朋 韓昌林 陸洲 等 基于改進(jìn)凸包算法的手勢定 位 J 現(xiàn)代電子技術(shù) 2024 47 15 81 85 責(zé)任編輯 林海濤 644