不同施氨水平下棉花群体反射光谱的差异性分析

如何确定合适的氮肥施用量及其施用时期一直是精确农业中的重要问题。有关作物氮营养状态的遥感估测，已有大量的研究报道，主要是通过估测叶片中氮素的含量或积累量来诊断作物的氮营养状况。根据使用波段的不同，叶片氮素估测的方法可以分为两种，一是利用中红外波段氮元素的光谱吸收特性，但这种方法只证明在叶片水平是可行的；二是根据叶绿素与氮素间的相关性，通过估测叶绿素状态来估测作物的氮营养状况，并由此发展了大量的光谱指数。这类方法有很大的局限性，其一因为有时不同氮营养下的植株间主要表现为其他生物物理或生物化学参数的差异，所以有时氮素或叶绿素积累水平并不一定能够反映作物氮营养状况；其二由于氮营养水平同时影响作物多种生长参数，氮素(或叶绿素)与光谱间的相关性会受到其他植被参数的影响，因而氮素(或叶绿素)状态难以被精确估测。     

膜下滴灌调亏对绿洲马铃薯生物量分配、产量和水分利用效率的影响

为了确立河西走廊干旱半干旱绿洲农业马铃薯科学种植的最佳灌溉策略,通过大田试验研究了调亏灌溉对绿洲膜下滴灌马铃薯全生育期不同器官生物量分配、产量和水分利用的影响。根据马铃薯不同生育期进行不同程度的水分调亏设5个水分调亏处理和1个对照,分别为块茎形成期轻度(55%~65%田间持水量,FC,Field capacity)水分调亏处理WD1,块茎膨大期轻度(55%~65%FC)水分调亏处理WD2,淀粉积累期轻度(55%~65%FC)调亏处理WD3,块茎形成期中度(45%~55%FC)调亏处理WD4,膨大期中度(45%~55%FC)水分调亏处理WD5及全生育期充分(65%~75%)供水对照CK。研究结果表明:不同生育期水分调亏均可导致马铃薯茎、叶干质量降低,块茎干质量在整个生育期呈逐步上升趋势,块茎形成期调亏处理复水后各器官干质量明显增大,块茎膨大期调亏处理复水后块茎干质量增长缓慢,茎和叶干质量开始下降。块茎形成期轻度水分调亏和中度水分调亏对马铃薯产量影响较小,而块茎膨大期水分调亏对马铃薯薯块产量影响较大,调亏程度越大,减产越严重。马铃薯不同生育期水分调亏对阶段耗水量影响较大,调亏程度越大,耗水量较充分灌溉差异越显著(P0.05)。块茎形成期轻度调亏处理(WD1)水分利用效率最高,比全生育期充分供水处理(CK)、淀粉积累期轻度调亏处理(WD3)和块茎膨大期中度调亏处理(WD5)分别提高14.3%,30.00%,38.00%。因此,马铃薯膜下滴灌调亏可影响各器官干物质质量,有利于水分利用效率的提高。且相较于全生育期充分供水处理CK,块茎形成期轻度调亏在产量略有降低(降低5.30%)的情况下能够显著性提高水分利用效率(提高14.3%)和灌溉水分利用效率(提高18.51%)。     

施锌肥对旱作马铃薯植株锌含量及块茎品质的影响

为了研究施锌肥对旱作马铃薯全生育期植株锌素的吸收、积累与分配规律,及块茎形成期主要营养品质的影响,进行了施锌(Zn)与不施锌(CK,对照)2个处理的盆栽试验。结果表明,施用锌肥能增加马铃薯不同器官的锌浓度,在生育期进行2次喷施锌肥后,叶片中锌浓度Zn处理比CK处理分别高出27.94,43.89 mg/kg,收获后块茎中的锌浓度Zn处理比CK处理高出28.70%;全生育期马铃薯各器官中锌积累量Zn处理CK处理,出苗后66 d时叶片中锌素积累达最大值,Zn处理为1.469 mg/株,CK处理为0.328 mg/株,Zn处理比CK处理多3倍。全株和块茎的锌素积累量和最大积累速率Zn处理比CK处理分别高63.62%,48.43%,51.58%,55.26%;在整个生育期马铃薯茎和根的锌素积累比例Zn处理CK处理,施锌肥增加了锌素在茎和根中的分配比例,降低了在块茎中的分配比例;随块茎生长期的推进马铃薯块茎的VC、游离氨基酸及淀粉含量均呈抛物线型变化,在块茎膨大后期和淀粉积累期达到最大值,而还原糖含量则出现持续下降的趋势。成熟期末期测定结果表明,Zn处理块茎中VC、游离氨基酸、淀粉含量分别比CK处理高16.19%,22.11%,16.28%,而Zn处理块茎中还原糖含量比CK处理低22.72%。     

氮肥基追比例及追施时期对马铃薯干物质积累分配及产量的影响

马铃薯在不同生育时期的氮素供应状况可通过马铃薯营养体和收获器官的生长而影响块茎产量和品质。通过小区试验研究相同施氮水平下氮肥追施时期及追施比例对马铃薯中晚熟品种‘克新13号’干物质积累分配及产量的影响。试验表明,N 180 kg/hm²用量条件下,块茎形成末期追施1/2氮,获得最高产量38.1 t/hm²,与形成初期和膨大初期2次追肥的处理相比,产量提高14.1%(P＜0.05),收获指数提高16.7%(P＜0.05);与块茎形成初期追施3/5氮的处理相比,商品薯率提高4.4%(P＜0.05)。块茎膨大初期追肥或块茎形成末期追施占总氮量67%氮肥,会降低块茎干物质含量(P＜0.05),但不影响块茎比重。研究还表明,在基肥中有适量氮供应的条件下,氮肥追施时期对产量和品质的影响比基追比例更大。     

单作套作大豆叶片氮素积累与光谱特征

种植模式和氮肥水平直接影响作物的生长和氮素的吸收,无损、即时监测大豆叶片氮素水平对大豆生产中的氮肥精确管理十分重要。本研究设置4个氮肥水平,分析单作套作下大豆在不同生育时期叶片氮素动态和光谱特征,明确对叶片氮素敏感的光谱特征参数,构建单作套作大豆通用的叶片氮素积累量估测模型。结果表明,随大豆生育时期的推进,单作套作种植模式下的大豆冠层叶片氮素积累量均呈现单峰变化趋势,最大值出现在N3处理下的结荚期,两种模式两年最大值平均分别为8.70 g m~(–2)和8.38 g m~(–2);不同生育时期和种植模式的大豆冠层原始反射光谱的变化规律与冠层叶片氮素变化规律均为先增加后降低,原始反射光谱在700~1000 nm波段的反射率以结荚期为拐点先增大后减小,最大反射率达到60%~70%左右;通过对单作套作大豆冠层光谱一阶导数变换,红边幅值呈现先增加后降低的趋势,同时红边位置随叶片氮积累量的增加和减小出现"红移"与"蓝移"现象。经波段自由组合和回归分析表明,以DSI(771、755)构建的线性(y=–1.249+3.209x,R~2=0.847)和乘幂(y=–1.470x~(1.676),R~2=0.872)模型能较精确地估测不同生育时期大豆冠层叶片氮素状况。     

马铃薯淀粉合成关键酶与块茎淀粉积累的关系

为探讨淀粉在马铃薯块茎中积累规律, 及催化其生物合成的 4种关键酶。从而为马铃薯的淀粉品质改善提供合理依据。以淀粉含量不同的马铃薯品种 ‘东农 308’ 和 ‘延薯 4号’ 为材料, 在马铃薯匍匐茎顶端膨大后开始测定马铃薯叶片与块茎中的淀粉合成关键酶、 淀粉动态积累量以及直链淀粉动态积累量。研究结果表明, 这 4种关键酶在淀粉合成积累过程的不同时期表现出不同的活性强弱, 继而控制淀粉生物合成的开始与速率, 并影响马铃薯直链、 支链淀粉的合成与积累。且 ‘东农 308’ 淀粉含量以及淀粉各组分含量在各时期都要高于 ‘延薯 4号’ , 这也是由于 ‘东农 308’ 的淀粉合成关键酶活性高于 ‘延薯4号’ 的酶活性。     

马铃薯块茎膨大特性及其与单薯鲜重之间的相关性

为定量分析马铃薯块茎膨大特性及其与单薯鲜重之间的相关性,于2018-2019年马铃薯生长季开展不同种植管理模式的田间试验,通过分析马铃薯单薯鲜重和块茎膨大速率等随结薯天数的变化规律,以及块茎膨大参数与单薯鲜重之间的内在关系,明确了马铃薯块茎膨大特性及其与单薯鲜重的相关性。结果表明：各处理马铃薯单薯鲜重随结薯天数呈“S”型曲线变化趋势,在结薯35d后,水肥一体化（TI）处理的单薯鲜重显著高于常规水肥（TC）处理;各处理马铃薯块茎膨大速率随结薯天数呈“单峰”曲线的变化趋势,块茎膨大速率达到最大值成熟期时,TI处理的块茎膨大速率高于TC处理,但差异不显著;马铃薯块茎膨大主要参数均与最终单薯鲜重呈正相关,但均未达到显著相关水平,快增期膨大速率R₂和缓增期膨大速率R₃均与平均膨大速率R间达到极显著正相关,说明TI处理可以保障水肥的精准供应,特别是在马铃薯生长后期可以有效防止植株早衰,提高块茎膨大快增期和缓增期膨大速率,促进马铃薯块茎膨大和干物质积累,而TC处理在马铃薯生长后期容易出现肥料供应不足的情况,抑制了马铃薯块茎膨大。此外,马铃薯块茎平均膨大速率和最大膨大速率主要受块茎快增期和缓增期膨大速率的影响。     

不同马铃薯品种块茎中铁的积累规律

为探究铁元素在马铃薯块茎中的吸收积累规律,从而为马铃薯的品质改善提供合理依据,以马铃薯品种‘延薯4号’、‘东农311’、‘克新13号’和‘克新18号’为试验材料,在块茎形成到收获的全生育期内,进行块茎中铁元素吸收积累规律的研究。结果表明：随生育进程期的推进,不同的品种块茎中铁元素浓度表现相似的变化规律,铁浓度最大值出现在第1次取样时,并在整个取样期间表现降低-升高-降低-升高的变化规律,但不同品种升高降低的时期不同;至最后一次取样,块茎铁含量为‘东农311’＞‘克新13号’＞‘延薯4号’＞‘克新18号’,范围为41.8~51.2 mg/kg。4个品种块茎的铁积累量随生育时期的推进整体呈升高的趋势;4个品种块茎的铁积累量和干物质积累量相关性均达显著水平。     

应用两种近地可见光成像传感器估测棉花冠层叶片氮素状况

作物叶片含氮量是作物长势监测、产量及品质估测的重要依据,实时、无损地监测植株体内氮素营养状况有助于棉花氮肥的正确施用。本研究比较2种近地可见光传感器的光谱和颜色信息用于监测棉花氮素营养的能力, 确定MSI200成像光谱仪和数码相机监测棉花冠层叶片氮含量最佳的波段、光谱指数和颜色参数并建立估测模型。结果表明,在可见光波段,冠层反射率随着冠层叶片氮素含量的增加而降低,且叶片含氮量的光谱敏感波段主要位于绿光和红光区域;与棉花冠层叶片含氮量的拟合效果最好的2种传感器的光谱指数为差值指数DI(R₅₈₀, R₆₈₀)和G–R,而颜色参数则分别为b*和H,同一传感器以光谱指数的拟合效果优于颜色参数,不同传感器以MSI200数据的拟合效果优于数码相机;利用独立试验资料检验所建模型的估测性能表明,差值指数对棉花冠层叶片氮素的预测能力优于比值指数和归一化差值指数,DI(R₅₈₀, R₆₈₀)和G–R所建模型的估测精度最高,分别为0.8131和0.7636。因此,利用数码相机和MSI200型成像光谱仪可以定量估测棉花冠层叶片氮素营养状况。     

不同熟性马铃薯各生育时期功能叶生理指标变化的研究

为了探讨不同熟性马铃薯各生育时期功能叶几种酶活性及脂质过氧化水平的变化情况,并为早熟马铃薯品种的选育提供参考。以马铃薯早熟品种‘东农303’和中晚熟品种‘延薯4号’为试验材料,测定了马铃薯功能叶的超氧物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等三种酶的活性和丙二醛(MDA)含量。马铃薯功能叶的SOD活性在整个生育时期始终呈上升趋势;MDA含量在苗期最高,然后急剧下降,在块茎形成期略有上升;CAT活性在苗期最高,之后下降,在花期和块茎形成期间变化微弱;POD活性在现蕾期达到最高,之后下降,块茎形成期活性最低。‘东农303’的SOD、CAT及POD的酶活性在全生育期中都高于‘延薯4号’,说明尽管早熟品种生育时期较短,但其功能叶的生理生化功能仍很旺盛。     

不同光谱指数反演马铃薯叶片氮累积量的研究

As an important derivative parameter of optical spectrum, spectral index could reflect the leaf nitrogen accumulation of crops. However, the sensitive spectral index varies with different environments and crops. In order to obtain the sensitive spectral index for potato in Inner Mongolia, field experiments were conducted in Chayouzhongqi and Hangjinqi of Inner Mongolia from 2016 to 2018, and during the potato growth period, the canopy spectrum information of potato cultivars Kexin 1 and Shepody was obtained using a handheld spectrometer (SVC HR-1024i). Based on the previous spectral indices algorithm, the correlation coefficients between the leaves nitrogen accumulation of potato (LNA) and each of the 22 spectral indices were compared, and the nitrogen nutrition diagnosis models of potato at critical growth stages were established using linear and nonlinear regression analysis. The results were as follows: (1) the red edge area was the main spectral band for inverting the LNA of potato, and Vogelmann red edge index 2 (VOG2), Vogelmann red edge index 3 (VOG3) were the sensitive spectral indices for potato LNA in Inner Mongolia, which composed of 715, 720, 726, 734, and 747 nm of spectral bands. (2) At the seedling stage, tuber formation stage or whole growth stage, the quadratic regression models (R ² > 0.75) between VOG3 and LNA could estimate better the LNA of potato under different nitrogen levels using VOG3. (3) The root mean square error (RMSE) of the models was 4.04-6.69, 9.45-10.89, 9.17-13.45 kg hm ^-2, indicating the accuracy of using the models to predict potato LNA varies with potato growth stage, and it was lower at late growth stages, while it is higher for whole growth duration. In summary, the staged modeling for potato early growth period and the unified modeling for potato later growth period could accurately estimate the potato LNA, which provides a theoretical basis and method for the application of spectral indices in the nitrogen nutrition diagnosis of potato.     

马铃薯硼素吸收分配规律及施肥的影响

为掌握马铃薯栽培的养分吸收与生理调控,以马铃薯品种紫花白为材料,对内蒙古土默川平原地区马铃薯钼吸收规律及施肥的影响进行了研究。试验设置对照(CK)、有机肥(M)、氮磷肥(NP)、有机肥与氮磷肥配合(M+NP)4个处理。结果表明:随着生育期向成熟期的推进,叶片中硼的含量大幅度上升,茎和块茎硼含量均缓慢下降。全生育期平均叶、茎、块茎硼含量分别为40.8,27.5,12.9 mg/kg;全株和块茎硼素吸收量动态变化可分别用一元三次方程和Logistic方程理想模拟。硼的最大吸收量出现在出苗后86 d(淀粉积累期),最快吸收速率出现在出苗后55 d左右(块茎增长初期)。有机肥、氮磷肥均可显著促进硼的吸收,有机肥与氮磷肥配合对硼的吸收有正交互效应,大幅度提高了硼的吸收量;随着生长中心由茎向块茎的转移,硼在茎叶中的分布逐渐下降,块茎中分布逐渐上升。淀粉积累期茎和叶中硼的分布为60%,块茎为40%,即块茎硼的运转率为40%。有机肥和氮磷肥配合,提高了硼的运转率。马铃薯硼的消耗系数平均0.002,生产效率平均173,每生产1 000 kg块茎(鲜)需吸收硼素5.5~6.1 g,平均5.8 g。     

钾肥对高淀粉马铃薯块茎淀粉合成相关酶活性的影响

以东北地区选育的2个高淀粉马铃薯品种东农310和克新22号为试验材料,研究不同施钾量对高淀粉马铃薯品种块茎形成过程中淀粉合成相关酶活性的影响。结果表明,随着生育期的推进,不同施钾量处理马铃薯品种东农310和克新22号块茎中的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)、颗粒凝结性淀粉合成酶(GBSS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)、淀粉分支酶(SBE)都呈现先增加、达到峰值后又开始下降的单峰曲线变化。增施钾肥对东农310和克新22号块茎淀粉合成中AGPase和GBSS活性影响比较大,而对SSS和SBE的活性影响较小。     

不同马铃薯品种的氮利用效率及其分类研究

以7个马铃薯品种为供试材料,设置大田条件下施氮和不施氮2种处理,在对块茎产量和植株氮素吸收、利用评价的基础上,将不同氮效率品种马铃薯分类并解析了其差异机制。基于2016年施氮和不施氮条件下各品种马铃薯的平均产量,把不同氮效率品种马铃薯分为双高效型、低氮高效型、高氮高效型和双低效型。2017年选择双高效型、低氮高效型、双低效型的代表性品种,对各类型氮效率差异进一步解析表明,双高效型氮素利用效率显著高于另两个类型,氮素吸收效率则是双高效型、低氮高效型显著高于双低效型。不施氮条件下,双高效型马铃薯的干物质累积量在整个生育时期均显著高于另2个品种;双高效型、低氮高效型氮素累积速率在出苗后0～50d显著高于双低效型马铃薯。施氮条件下,双高效型马铃薯的干物质累积量显著高于另2个品种,与双低效型马铃薯相比,双高效型和低氮高效型产量的提高主要归因于它们前期较高的干物质累积;双高效型氮素累积速率显著高于双低效型、低氮高效型。双高效型马铃薯在各生育期的物质生产和氮素吸收能力强,从而有利于氮效率提升和产量的形成。该研究结果可为马铃薯氮高效品种筛选和利用提供理论支撑。     

内蒙古地区甜菜临界氮浓度稀释模型的构建及应用

甜菜是我国两大主要糖料作物之一,然而氮素过量或者不足不仅会影响甜菜产量和含糖量,而且过量的氮素还会造成一定的环境风险,如何判别甜菜的氮素营养在一个合理的范围对于保障甜菜产量、品质和减少环境风险具有重要意义。临界氮浓度稀释曲线是作物氮素营养诊断的基础,本研究的主要目的是构建我国甜菜临界氮浓度稀释曲线模型,并利用相应的氮素营养指数进行甜菜氮素营养诊断。研究于2017—2018年在内蒙古呼和浩特市和赤峰市进行了2个甜菜品种、不同施氮量的田间试验。在甜菜的苗期、叶丛生长期、块根膨大期、糖分积累期和收获期5个关键时期进行地上部叶片和地下部块根取样测定生物量和氮浓度,并计算出甜菜全株生物量和全株氮浓度。根据全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型和相应的氮素营养指数。结果表明,甜菜地上部生物量和地上部氮浓度以及全株生物量和全株氮浓度都是随着生育时期的推进呈现出负幂函数关系,基于地上部生物量和地上部氮浓度建立的临界氮浓度稀释曲线决定系数平均在0.45,而以全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释曲线决定系数平均在0.94,较前者有显著提高。以全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型更为合理,...     

不同木薯品种抗衰老生理与淀粉积累特性研究

以新选056、南洋红、GR891、辐选01、华南124和新选048共6个木薯品为材料,于生育后期分析其叶片过氧化物酶活性、丙二醛、可溶性糖、自由水、束缚水含量以及块根淀粉积累等,以探讨木薯衰老生理与块根淀粉积累的关系。研究结果表明,不同木薯品种生育后期抗衰老生理与淀粉积累特性有明显差异,生育后期茎叶生长和生理机能最旺盛的是华南124,最弱的是南洋红,居中的是辐选01、GR891、新选048和新选056。木薯后期茎叶生长状况对块根淀粉积累有明显影响,过早衰老,降低块根淀粉含量及块根产量;过旺使光合产物大量用于地上部分茎叶生长,而运到地下部的相对减少,从而降低块根淀粉积累和块根产量。因此,木薯生育后期茎叶生长的调控,使其保持在适当水平,是提高木薯块根淀粉积累和块根产量的一项重要措施。同时,生育后期抗衰老生理指标也可作为高产和高淀粉含量品种选育的参考。     

马铃薯品种（系）淀粉与产量表现稳定性分析

为选育高淀粉加工型马铃薯品种（系）,以21份马铃薯品系和黑龙江垦区2个主栽品种垦薯1号、大西洋为试验材料,测定马铃薯块茎产量、淀粉含量、淀粉产量及直链淀粉含量。结果表明,马铃薯的块茎产量、淀粉含量、淀粉产量及直链淀粉含量存在着环境与基因型极显著的互作关系（P<0.01）,但基因型影响效应大于环境因素（P>0.05）;参试品种（系）的产量为17 552~49 639kg/hm²,淀粉含量13.17%~19.66%,淀粉产量2428.17~8792.31kg/hm²,直链淀粉含量13.21%~21.30%;通过与对照品种比较,从21份马铃薯品系中筛选出高产、稳产、高淀粉含量和高淀粉产量的品系4份。结果为选育高淀粉含量、稳定性强的马铃薯品种提供科学依据。