融合多光谱与纹理信息的马铃薯钾营养动态诊断与可靠性评估

本研究通过两年田间试验，创新性地结合无人机多光谱数据与纹理特征（TF），构建马铃薯钾营养指数（KNI）动态诊断模型。研究发现W1K3处理（100% ETC灌溉+300 kg·ha?1钾肥）产量最高（59,482.16 kg·ha?1），过量施钾（K4）反致减产。基于随机森林（RF）算法的光谱-纹理融合模型预测KNI效果最优（验证集R2>0.79），为黄土高原马铃薯精准钾肥管理提供新范式。

　　

Highlight

不同灌溉量与施钾量对马铃薯干物质积累、钾浓度及块茎产量的影响

2023-2024年田间试验数据显示（图3），马铃薯块茎产量受灌溉量与施钾量的非线性交互调控：产量随灌溉量增加显著提升，而施钾量与产量呈"先增后降"趋势，K3处理产量最高，K4处理反而减产。两年试验结果表明，W1K3组合（充分灌溉+300 kg·ha^?1钾肥）实现最高产量59,482.16 kg·ha^?1，较缺钾处理（K0）增产达37.2%。

不同灌溉量与施钾量对马铃薯干物质积累、全钾浓度及块茎产量的综合效应

灌溉量与施钾量通过复杂协同/拮抗作用影响马铃薯生理过程。充分灌溉（W1）下，膨压维持的气孔开放保障了CO₂供应，高效物质运输系统促进光合产物向块茎富集；而适度施钾（K3）通过激活H⁺-ATPase泵驱动钾离子跨膜运输，同步提升叶片光合速率（+29.8%）与根系吸水效率（+43.5%）。值得注意的是，过量施钾（K4）引发离子毒害，导致W3K4处理全钾浓度虽达峰值（2.98%），但淀粉合成关键酶活性降低19.7%，印证了"奢侈吸钾"现象。

Conclusions

本研究揭示W1K3处理下马铃薯干物质积累与产量达最大值，而全钾浓度在W3K4处理出现峰值。基于干物质积累构建的临界钾浓度稀释曲线显示，理论钾营养指数（KNI_T）与实测值（KNI_M）相关性>0.87，证实KNI_M诊断体系的可行性。通过无人机多光谱数据构建的纹理指数（TI）与KNI极显著相关（P<0.01），结合随机森林算法建立的预测模型（R²=0.824）成功实现马铃薯钾营养动态图谱可视化，为黄土高原旱区马铃薯绿色生产提供智能决策工具。