تخمين محتواي نيتروژن بوته ذرت (Zea mays L.) با استفاده از پردازش تصوير ديجيتال

Estimation of maize (zea mays L) nitrogen content using digital image processing

به منظور بررسي كارايي روش پردازش تصوير در تعيين محتواي نيتروژن گياه ذرت، آزمايشي در قالب طرح كرت¬هاي خرد شده بر پايه طرح بلوك¬هاي كامل تصادفي در سه تكرار انجام شد. پنج سطح كود نيتروژن (صفر، 100، 200، 300 و 400 كيلوگرم در هكتار از منبع اوره) در كرت اصلي و دو ژنوتيپ ذرت (MV500و ZP434) در كرت فرعي در نظر گرفته شدند. تيمار كودي در مرحله چهار برگي اعمال شد. تصوير برداري، تعيين مقدار كلروفيل با استفاده از كلروفيل متر SPAD و نمونه برداري از بوته ها با فاصله ده روز يك بار انجام شد. مقدار نيتروژن بافت گياهان برداشت شده به روش كجلدال تعيين شدند. مقدار RGB تصاوير برداشت شده پس از حذف پس زمينه عكس ها با نرم افزار متلب تعيين شد. نتايج بررسي¬ها نشان داد كه با افزايش كود نيتروژن مصرفي، درصد نيتروژن بافت و عددهاي كلروفيل¬متر افزايش يافت. بيشترين درصد نيتروژن بافت (2.3%) و عدد قرائت شده توسط كلروفيل¬متر (51.39) به تيمارهاي 300 و 400 كيلوگرم در هكتار نيتروژن تعلق داشت. بررسي همبستگي¬ها نيز نشان داد كه توابع G-B و R-B با r=-0.84 بيشترين همبستگي معني¬دار را با درصد نيتروژن بافت بوته ها داشتند. بين درصد نيتروژن بافت و عددهاي كلروفيل¬متر نيز همبستگي مثبت و بسيار معني¬دار ديده شد (r=0.76). در مجموع، بين عددهاي به دست آمده از سه روش كجلدال، كلروفيل¬متر SPAD و پردازش تصوير همبستگي بالايي ديده شد. بنابراين، با توجه به سرعت بيشتر، هزينه كمتر و غيرتخريبي بودن روش پردازش تصوير، مي-توان از اين روش در تخمين نيتروژن بوته ذرت استفاده كرد.

In order to investigate the efficiency of image processing method for estimation of nitrogen content in maize plant, a RCBD based split plot experiment with three replications was conducted. Five levels of nitrogen fertilizer (0, 100, 200, 300, 400 kg/ha) and genotypes (ZP434, MV500) were considered in main and sub plot, respectively. Fertilizer application was carried out in 4 leaf stage. Images were taken with 10 days interval following by SPAD reading and chlorophyll content determination. Plant nitrogen content was determined using measured whit Kjeldahl method. The RGB value of the images was determined after removing the background of the images using MATLAB. Results showed that plant tissue nitrogen content and SPAD values was increased by increasing the amount of nitrogen fertilizer application. The highest plant nitrogen percentage (2.3%) and SPAD values (51.39) were related to the treatments in which of 300 and 400 kg/ha nitrogen fertilizer was used. Correlation coefficients represented that plant tissue nitrogen percentage was highly correlated with G-B and R-B indices (r=0.84). A significant correlation also was found among plant tissue nitrogen percentage and SPAD values (r=0.76). Overall, results represented high correlation between Kjeldahl’s based tissue nitrogen percentage, SPAD values and the data were obtained using image processing. This finding means that the image processing method is more suitable method in determining maize plant tissue nitrogen percentage as it is fast, low cost and non-destructive method.