冠层温度—气温差与作物水分亏缺关系的研究

试验研究了冬小麦在不同土壤水分条件下拔节～抽穗期冠层温度－气温差变化规律及其随作物生长发育期的变化状况。结果表明,作物在充分供水条件下冠层温度－气温差变化较平缓;缺水时变化较大。冠层温度－气温差随作物生长发育期的变化趋势为低水分处理高于高水分处理。冠层温度－气温差可较合理反映土壤水分变化状况和作物水分缺程度。     

水分调亏对冬小麦生理生态的影响

通过冬小麦盆栽试验，在不同时期给以不同的调亏灌溉处理，以研究不同生长时期水分亏缺和亏缺程度对冬小麦生理及生长特性的影响，为农田节水提供指导。冬小麦生长发育过程划分为4个阶段：返青—拔节初期，拔节—孕穗，孕穗—抽穗，开花—灌浆成熟。每个生育时期设置4个水分水平，结果表明：土壤水分调控对株高、叶面积、叶绿素含量、光合、蒸腾、水分利用效率等指标均有影响；水分胁迫使作物光合速率的峰值提前出现，这有助于胁迫处理的作物利用有限的土壤水分；蒸腾速率比光合速率对水分胁迫的反应更为敏感，更易受气孔调节的影响。     

冠层温度-气温差与作物水分亏缺关系的研究

试验研究了冬小麦在不同土壤水分条件下拔节～抽穗期冠层温度-气温差变化规律及其随作物生长发育期的变化状况。结果表明,作物在充分供水条件下冠层温度-气温差变化较平缓;缺水时变化较大。冠层温度-气温差随作物生长发育期的变化趋势为低水分处理高于高水分处理。冠层温度-气温差可较合理反映土壤水分变化状况和作物水分亏缺程度。     

喷灌条件下冬小麦生理特征及生态环境特点的试验研究

通过定点定位试验,比较了喷灌与常规畦灌条件下农田生态环境、冬小麦光合速率和蒸腾速率的日变化特征以及不同水平的水分利用效率。结果表明,喷灌可以明显改善农田生态环境,减少作物蒸腾驱动势,使气孔阻力增大,最终导致蒸腾速率降低;在土壤水分相近条件下,喷灌条件下叶片的光合速率明显高于畦灌的光合速率,而蒸腾速率明显低于畦灌的蒸腾速率;喷灌小麦叶片水平水分利用效率和产量水平的水分利用效率均高于畦灌,表明在华北平原喷灌是改善农田生态环境和发展节水农业的一个有利措施。     

不同氮素水平下土壤水分对冬小麦干物质及养分分配的影响

１９８９－１９９１年采用盆栽方法，进行了不同氮素水平下土壤水分对冬小麦干物质及养分分配影响的研究。结果表明：冬小麦的生长状况与土壤水吸力有关，同时，在同样的土壤水分条件下，冬小麦产量随着施氮量的提高而提高，当正常水分条件施氮量超过１６ｋｇ／亩（Ｎ－１６）和干旱条件超过１２ｋｇ／亩（Ｄ－Ｎ１２）时，产量将有所下降。通过对冬小麦产量的方差分析表明：氮肥效应，水分效应以及两者的交互效应都达极显著水平。     

氮素营养对春小麦抗旱适应性及水分利用的影响

本文研究了氮素营养和水分胁迫对春小麦水分状况，气孔导度、渗透调节和净光合速率的影响，并对不同氮素和水分水平下的叶面积，耗水量、根系生长，根冠比、水分利用效率和产量变异进行了分析。     

土壤水氮迁移转化与作物生长耦合模拟

定量描述农田土壤-作物系统中水氮迁移转化规律,对水氮资源高效利用和水土环境保护具有重要的意义。以土壤水、热和溶质迁移转化动力过程为基础,综合考虑气象因素变化和土壤水氮动态变化及其对作物生长的影响,构建了土壤水、热、氮迁移转化与作物生长耦合模拟模型。并应用该模型对2007－2008年冬小麦生育期内的土壤水分、氮素转化运移以及冬小麦产量、生物量、腾发量（ET）进行模拟,模拟结果与实测数据均吻合良好。可应用该模型模拟不同作物种类、不同灌水施肥条件下土壤水分与氮素动态变化过程和作物生长状况,进而获得农田水肥优化管理模式。     

农田节水调控研究中的几个基本理论问题

该文论述了农田节水调控研究中的几个基本理论问题，探讨了田间土壤水调节模型，作物需水量及缺水条件下作物实际蒸发蒸腾量的计算方法，土壤水分对作物有效性动态价理论用作物缺水状况的定量诊断方法；作物产量与蒸发蒸腾量的关系；以减少作物水分散失，提高水量转化效率及产量为目标田间水分最优调控机理等问题。     

不同土壤水分对赤松光合作用与水分利用效率的影响研究

在不同土壤水分条件下研究了赤松光合特征及其水分利用效率的变化。结果表明,不同土壤水分处理对赤松幼苗净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率等生理指标及其日变化均产生明显影响;中度水分胁迫时赤松幼苗的光合午休比对照提前1h且午休时间长,其净光合速率和气孔导度的下降平行进行,而且,日平均水分利用效率的下降幅度比日平均净光合速率的下降幅度小。     

基于遥感和地面试验的水分指数与土壤湿度及生理指标关系

为研究作物生长发育早期受干旱影响的作物水分光谱特征,对冬小麦返青期进行水分控制试验。利用野外光谱辐射仪在河北固城试验区测量冬小麦的光谱并分别计算归一化水分指数（NDWI）和简单比值水分指数（SRWI）,同时测定冬小麦的叶绿素浓度（Chl）、叶面积指数（LAI）、株高（H）和叶片相对含水率（LRWC）等冠层生理指标和土壤湿度（SM）。分析结果表明：冬小麦生理指标与土壤湿度之间有着显著的正相关,最大相关系数为0.657,表明土壤水分状况直接影响作物发育早期的光合和生长状况。NDWI/SRWI与SM相关系数均为 0.545,呈现弱的正相关;相反,水分指数与冬小麦生理指标之间的相关不明显,特别是,NDWI/SRWI与LRWC的相关系数仅为0.175。据此得出在作物低覆盖生长阶段,水分指数更多反映的是土壤水分状况而不是作物水分。     

耕作和保墒措施对冬小麦生育时期光合特征及水分利用的影响

为探明不同耕作保墒措施下冬小麦生育期间光合生理特征及其增产机理,采用田间试验,以常规耕作为对照,采用深松、秸秆覆盖、免耕、施用有机肥及保水剂等措施,研究了不同耕作和保墒措施对冬小麦生育期间光合作用、产量及水分利用效率的影响。结果表明:冬小麦光合速率和叶片水分利用效率均以孕穗期最高,而灌浆期最低。蒸腾速率和气孔导度均以扬花期最高。对不同处理而言,在各生育时期均以深松处理的光合速率和叶片水分利用效率最高,其次为秸秆覆盖处理。在拔节期、孕穗期和扬花期以有机肥处理的蒸腾速率最高,而灌浆期以秸秆覆盖的蒸腾速率较高,在全生育期对照的蒸腾速率均较低。气孔导度与蒸腾速率表现规律基本一致。不同耕作、保墒措施均提高了小麦的穗数、穗粒数及千粒重,以及小麦籽粒产量和水分生产效率,降低了小麦总耗水量;各处理中以深松处理的效果最佳,其产量和水分生产效率分别较对照提高19.6%和38.3%。相关分析表明:各时期的小麦光合速率及叶片水分利用效率均与小麦产量和水分生产效率呈正相关,且随生育期的推进,其相关性增强,特别在扬花期,光合速率对于小麦产量和水分生产效率的影响更显著。     

煤矿沉陷区沉陷裂缝对土壤特性和作物生长的影响

为了研究煤矿沉陷区沉陷裂缝对土壤特性和作物生长的影响,通过野外调查和室内分析,对沉陷裂缝周围土壤水氮含量、微生物学特性和作物生理、产量特性进行了研究。结果表明,沉陷裂缝导致了土壤水、氮的流失。距沉陷裂缝越近,土壤含水量和有效氮含量越低,当距裂缝距离超过120 cm时,沉陷裂缝对土壤含水量和有效氮含量影响不显著。土壤水肥特性改变也导致了土壤微生物特性的改变,距沉陷裂缝越近,土壤酶(脲酶、蔗糖酶)活性和土壤呼吸速率越低。当距裂缝距离超过90 cm时,沉陷裂缝对土壤微生物的特性影响不显著。沉陷裂缝通过影响土壤中水分和矿物营养的含量,进而影响到植物叶片的叶绿素含量和光合特性。当裂缝距离超过60 cm时,沉陷裂缝对小麦叶片的叶绿素含量影响不显著。在拔节期,沉陷裂缝对光合作用的影响主要在距裂缝0~60 cm范围内,当距裂缝距离超过60 cm时,沉陷裂缝对小麦光合作用的影响不显著。但到花期时,当距裂缝距离超过90 cm时,沉陷裂缝对光合作用的影响不显著。沉陷裂缝对小麦各产量性状也造成了不同程度的影响。在距裂缝0~60 cm范围内,沉陷裂缝对株高、单茎重和穗粒数均有显著影响,当距裂缝距离超过90 cm时,则影响不显著。沉陷裂缝导致小麦穗数和产量的下降,距裂缝越近,小麦穗数和产量下降幅度越大,与距裂缝120 cm处小麦相比,裂缝边缘0~30 cm范围内小麦穗数和产量分别降低43.7%和53.3%。总之,开采沉陷产生的裂缝(隙),导致附近土壤水分蒸发增强和养分流失加剧,降低了土壤质量,影响到作物的生长,最终导致作物产量显著降低。     

氮磷营养对小麦水分关系的影响

比较研究了氮磷营养对春小麦水分关系影响的差异。结果表明 ,土壤干旱情况下 ,氮磷营养虽然皆增强了春小麦的渗透调节能力 ,但由于氮磷营养对作物地上地下部生长的不同进促作用而对作物的水分状况产生了完全相反的影响。氮营养增强了作物对干旱的敏感性 ,使其水势和相对含水量大幅度下降 ,蒸腾失水减少 ,自由水含量增加而束缚水含量减少 ,并使膜稳定性降低 ;而磷营养则明显改善了植株的水分状况 ,增大了气孔导度 ,降低了其对干旱的敏感性 ,增加了束缚水含量 ,并使膜稳定性增强     

无人机搭载数码相机航拍进行小麦、玉米氮素营养诊断研究

精准施肥是减少农业面源污染的重要技术之一,而土壤养分测试与作物营养诊断是其实施的技术保障,特别是在农业规模化经营方式下,急需发展快速、经济、无损的作物氮素营养诊断技术。本文在应用数字图像进行冬小麦、夏玉米氮素营养诊断研究的基础上,将数码相机搭载到无人机上,利用无人机航拍技术采集作物冠层数字图像,研究不同航拍高度下冠层图像相关色彩参数反演冬小麦和夏玉米氮素营养状态的差异,以确定适宜的航拍高度与敏感的色彩参数,建立利用无人机航拍数字图像诊断冬小麦和夏玉米氮素营养状态模型。研究结果表明:在冬小麦拔节期适宜的航拍高度是16 m,敏感的色彩参数是可见光大气阻抗植被指数(VARI),诊断模型为:冬小麦茎基部硝酸盐浓度=2.103 4e18.874VARI;夏玉米大喇叭口期适宜的航拍高度是50 m,敏感色彩参数是蓝光标准化值[B/(R+G+B)],诊断模型为:夏玉米第1完全展开叶叶脉硝酸盐浓度=1.526?1032?[B/(R+G+B)]50.445。依据建立的航拍方法与诊断模型,分别对冬小麦、夏玉米进行了氮素状态监测的验证,结果表明诊断结果与冬小麦、夏玉米实测数据的决定系数分别为0.80和0.85,且均在P0.01水平显著相关。最后将研究结果进行应用,生成了冬小麦、夏玉米氮肥追肥作业图。利用无人机搭载数码相机对冬小麦、夏玉米进行氮素营养诊断简单、可行,但仍有一些技术细节需要完善,以提高该技术的实用性。     

华北地区作物生长期水氮含量变化过程模拟及其参数敏感性分析

根据中国科学院栾城农业生态系统试验站2006-2007年小麦-玉米生长季实测的作物水氮动态变化数据,进行CERES-Wheat和CERES-Maize模型在华北地区冬小麦和夏玉米作物水氮过程模拟能力的验证及参数敏感性分析。结果表明,模型模拟的冬小麦生长季土壤含水量、土壤硝态氮含量、植株含氮量与实测值的相关系数分别为0.46、0.74和0.68,夏玉米则依次为0.95、0.62和0.72。敏感性分析发现土壤含水量和土壤硝态氮含量对土壤参数变化比较敏感,植株含氮量则受遗传参数影响显著。当田间持水量相对变化+10%时,冬小麦和夏玉米的土壤含水量相对变化率分别为+7.5%和+8.8%,冬小麦和夏玉米土壤硝态氮含量的相对变化率分别为+12.0%和+17.9%。叶热间距PHINT对冬小麦植株含氮量有负效应,PHINT相对变化+10%时冬小麦植株含氮量的相对变化率为-11.5%;夏玉米植株含氮量对出苗-幼苗末期所需温时(P1)较为敏感,P1变化+10%时夏玉米植株含氮量相对变化+9.3%。     

黄土塬区氮磷配施对冬小麦光合作用、产量形成及水分利用的影响

在黄土高塬沟壑区,研究了不同施肥条件对冬小麦各个生育期的叶面积指数、光合作用、干物质积累、产量形成以及水分利用的影响,结果表明:与对照相比,施肥后小麦叶面积指数和光合速率都显著提高,同化作用增强,平均产量提高了47.6%,水分利用效率提高了24.6%。不同的肥料配施对冬小麦的干物质积累、产量以及水分利用效率的影响顺序基本一致,即高氮高磷>高氮低磷>低氮低磷>低氮高磷,但方差分析表明,在这种氮磷配施方案中起作用的主要是氮肥,磷肥的贡献不大,且二者并没有产生明显的交互作用。     

基于无人机高光谱的冬小麦氮素营养监测

为了实现小区域尺度上的作物氮素营养状况遥感监测，该研究利用无人机搭载Cubert UHD185成像光谱仪对2016 -2017年关中地区的冬小麦进行遥感监测，通过分析冠层光谱参数与植株氮含量、地上部生物量和氮素营养指数的相关性，筛选出对三者均敏感的光谱参数，结合多元线性逐步回归、偏最小二乘回归和随机森林回归建立抽穗期冬小麦氮素营养指数（Nitrogen Nutrition Index，NNI）估测模型，并与单个光谱参数建立的冬小麦氮素营养指数模型进行比较。结果表明，任意两波段光谱指数对氮素营养指数更为敏感，与氮素营养指数均达到了极显著性相关；基于差值光谱指数和红边归一化指数的单个光谱参数构建的模型具有粗略估算氮素营养指数的能力，相对预测偏差分别为1.53和1.56；基于随机森林回归构建的多变量冬小麦氮素营养指数估算模型具有极好的预测能力，模型决定系数为0.79，均方根误差为0.13，相对预测偏差为2.25，可以用来进行小区域范围内的冬小麦氮素营养指数遥感填图，为冬小麦氮素营养诊断、产量和品质监测及后期田间管理提供科学依据。     

旱地小麦地表覆盖对土壤水分硝态氮累积分布的影响

在黄土高原南部半湿润易干旱地区,通过长期田间定位试验,研究了不同地表覆盖对第3季冬小麦生长、氮素吸收及土壤水分和硝态氮累积分布的影响。结果表明,无论地表覆盖能否促进小麦生长及其对氮素的吸收,在收获期均能提高表层土壤水分;覆膜栽培增加表层硝态氮含量,覆草也在高量施用氮肥时,提高表层硝态氮的累积。而地表覆盖对耕层以下土壤水分和硝态氮累积的影响与施氮量、作物生长及其对氮素吸收利用有关。覆膜在促进作物生长、提高氮素吸收的同时,降低了深层土壤水分及其硝态氮的累积,且随施氮量的增加降低幅度增大;覆草在不施氮肥和施氮120kg·hm^-2时未能促进小麦生长,但有增加深层土壤水分的趋势,而高量施用氮肥,明显提高了小麦地上部生物产量及其对氮素的吸收,降低了深层土壤水分;同时发现,无论施氮与否覆草均降低了下层土壤硝态氮的累积。在高量施用氮肥的情况下,采用地表覆盖,不仅能够促进作物生长、提高氮素吸收,还能有效降低氮素在土壤中的累积及其向下层淋溶。     

高肥力土壤冬小麦/夏玉米轮作体系中化肥氮去向研究

冬小麦 夏玉米轮作是华北平原主要的耕作方式之一。本研究通过田间15N微区试验 ,研究了高肥力土壤条件下冬小麦 夏玉米轮作体系中化肥氮的去向。结果表明 ,在每季施氮量 1 2 0～ 3 60kg hm2 条件下 ,冬小麦对化肥氮的吸收率为 2 3 8%～44 5 % ,夏玉米为 2 6 5 %～ 5 1 1 % ,整个轮作周期为 2 8 0 %～ 5 1 6%。而后茬作物对化肥氮的吸收量较少 ,低于施氮量的 1 0 %。当季化肥氮的土壤残留率约占施氮的2 0 %～ 5 0 % ,轮作周期化肥氮的土壤残留率约占施氮的 3 0 %。当季和轮作周期化肥氮的损失量和损失率 ,均随着施氮量的提高而显著升高。当施氮量分别为 2 40kg hm2和 72 0kg hm2 时 ,整个轮作周期化肥氮的损失率分别为 1 9 0 %和 40 5 %。     

基于手机相机获取冬小麦冠层数字图像的氮素诊断与推荐施肥研究

本文利用不同型号手机、通过不同拍摄角度获取冬小麦拔节期冠层图像,并对其图像进行色彩参数的提取、处理与分析,与传统小麦氮素营养指标进行相关性分析,筛选出敏感色彩参数,对二者进行拟合建模,建立了冬小麦氮素营养诊断指标体系和推荐施肥指标体系,为作物精准施肥提供参考。研究结果表明,在获取冬小麦冠层图像时,适宜从逆光俯视的角度拍摄,不同型号的手机拍照获取的冠层图像色彩参数没有明显差异,冠层图像色彩参数中可见光大气阻抗植被指数(VARI)及红光标准化值[R/(R+G+B)]与传统诊断指标叶片SPAD值、茎基部硝酸盐浓度均有显著的相关关系;其中VARI最为敏感,可作为冬小麦氮素营养诊断的色彩参数指标,诊断方程为冬小麦茎基部硝酸盐浓度=1.481×106×VARI4.987,依据此给出了不同VARI值下的冬小麦营养状况以及推荐施氮量。并基于此研究成果进行了手机软件开发,建立了一款针对冬小麦氮素营养诊断与推荐施肥的软件,为基于手机相机开展冬小麦氮素营养诊断与推荐施肥技术的推广与应用提供了技术支撑。