基于无人机多光谱和热红外影像信息融合的小麦白粉病监测

[目的]白粉病严重危害小麦生长及制约产量形成,确立实时监测小麦白粉病的多源数据融合方法,为精确防控及保证国家粮食安全提供技术支撑.[方法]在小麦开花和灌浆期,使用同时搭载多光谱仪和热成像仪的六旋翼无人机作为遥感数据获取平台,通过ENVI软件从小麦白粉病遥感影像中提取植被指数、纹理特征以及冠层温度信息,进而利用多元线性回...     

基于光谱角指数小麦冠层叶片特征差异估测研究

[目的]为利用高光谱技术实现作物氮素营养状况无损快速监测提供途径.[方法]通过不同品种小麦不同氮素水平试验,分析小麦不同氮素营养状况下,叶片叶绿素含量与叶面积指数、冠层光谱角的关系,定量分析光谱角指数,并建立相关模型对小麦氮素营养状况进行实时监测.[结果]冠层光谱角指数与差值叶绿素含量和差值叶面积指数的相关性最高为0.919 7,两者之间建立的模型决定系数为0.739 2,0.617 8,具有很好的拟合效果.[结论]利用光谱角可以监测小麦叶片叶绿素及叶面积差异,在此基础上进行小麦氮素营养监测是可行的.     

不同灌溉梯度下冬小麦冠层温度与土壤水分关系研究

[目的]冠层温度是作物响应水分胁迫的重要指标,厘清小麦种植过程中冠层温度与土壤水分、周围环境因子之间的相互作用关系,对干旱监测、精准灌溉、智慧农业的发展有重要意义.[方法]文章采用温室试验,通过自动连续观测土壤含水量、作物冠层温度、环境因子,分析小麦拔节期在不同水分处理下冠层温度和土壤含水量的关系.[结果](1)小麦拔...     

不同果麦间作模式下冬小麦冠层光分布和光合速率研究

[目的]在核麦间作和枣麦间作模式下,探讨不同间作模式下小麦冠层光分布、光合速率及光合物质积累规律.[方法]在核麦和枣麦间作模式下,研究小麦不同冠区(冠下区和冠中区)总辐射、小麦冠层上部和下部光合有效辐射(PAR)、小麦旗叶光合速率(Pn)及光合物质积累的变化.[结果]核麦间作和枣麦间作总辐射、小麦冠层上部PAR、冠层下部PAR和光合速率的日变化均呈单峰曲线.核麦间作总辐射、冠层上部和下部PAR值在最大值附近点分布较少,尤其是冠下区,而在最小值附近点分布显著多于枣麦间作,且冠层下部PAR值在光补偿点以下点分布显著多于枣麦间作,冠下区尤为显著.枣麦间作不同冠区小麦冠层上部PAR值均在光补偿点以上,核麦间作冠下区有0.5～2h在光补偿点以下,冠中区均在光补偿点以上.核麦间作和枣麦间作树冠遮荫导致不同冠区不同时间段小麦旗叶光合速率降低,冠层群体的光合生产能力降低,导致光合物质积累量降低,且核麦间作模式下Pn最大值及最小值和光合物质积累量均低于枣麦间作.[结论]核麦间作和枣麦间作模式下,果树树冠对不同冠区小麦都有不同程度的遮荫.核桃树冠对不同冠区小麦遮荫时间及遮荫强度显著高于枣树的遮荫影响,尤其是冠下区.核麦间作光不足限制了光合作用快速进行,尤其是冠层下部处在光补偿点以下点较多,使光合效率和光合物质积累量降低.     

基于改进光谱角算法的小麦产量监测研究

[目的]基于小麦生长发育关键时期的近地面高光谱数据和收获实测产量数据,利用改进的光谱角算法进行冬小麦产量估测.[方法]选择2个小麦品种,设置4个氮素水平处理,根据氮素营养对小麦冠层可见光和近红外光谱影响较大的特点,构建监测小麦冠层氮素营养的光谱角算法.[结果]氮素营养对小麦产量差具有比产量更明显的差别,不同小麦品种在不同生育时期和氮素水平下光谱角变化有明显的差异,小麦生育前期的光谱角变化较小,生育后期光谱角增加,末期光谱角降低,不同氮素水平之间表现出NO-2>N0-3>NO-1.光谱角与小麦产量呈明显的二次线性关系,拟和方程决定系数为0.7844,达到极显著水平.[结论]利用光谱角进行小麦产量监测是可行的.     

麦长管蚜胁迫下不同小麦品种冠层光谱特征及其预测模型

[目的]构建不同小麦品种基于冠层光谱参数的麦长管蚜百株蚜量预测模型。[方法]采用便携式野外光谱仪测定不同百株蚜量下3个小麦品种‘1376’‘Amigo’和‘小偃-22’的冠层高光谱反射率,并对冠层反射率与百株蚜量进行了相关和回归分析。[结果]在400~900nm波段内,随着百株蚜量的增加,3个小麦品种冠层光波反射率下降,且部分波段内达到极显著水平(P<0.01);选择可见光波段的405nm、近红外波段的835nm作为3个小麦品种共有的特征波长点,构建出的3个小麦品种的百株蚜量预测模型的显著性均达到极显著水平(P<0.01),且3个小麦品种405nm波长点模型均优于835nm波长点。[结论]利用高光谱信息同时预测不同小麦品种麦长管蚜百株蚜量是完全可行的。     

小麦不同生育期水肥管理与产量模型构建

[目的]建立小麦在不同生育期的水肥管理与产量的关系模型.[方法]用主动遥感仪器Green seeker 进行检测小麦冠层归一化植被指数(NDVI)以及比值植被指数(RVI),解析小麦冠层植被指数与生长状况的变化规律;分析NDVI、RVI与实际产量关系,建立小麦产量预测模型;最终以NDVI、RVI作为过渡参数,反演产量与小麦在不同生育期的水肥管理的最佳模型.[结果]小麦水肥一体化管理直接影响小麦产量,不同生育期水肥一体化小麦生长模型和植被指数小麦估产模型的标准误差都小于0.05.[结论]建立了小麦不同生育期的产量与水肥一体化管理模型.     

新疆喀什地区不同种植模式下小麦白粉病田间消长规律研究

[目的]调查核桃小麦间作田、红枣小麦间作田及小麦单作田小麦白粉病发生情况,研究果树小麦间作模式下小麦白粉病发生为害情况与小麦单作田的差异性.[方法]采用定期定点调查的方法,研究核桃小麦间作田、红枣小麦间作田和小麦单作田小麦白粉病的田间消长规律.[结果]小麦白粉病在5月中旬开始为害,核桃小麦间作田和红枣小麦间作田小麦白粉病田间消长规律与小麦单作田基本一致.小麦白粉病病情指数:核桃小麦间作田＞红枣小麦间作田＞小麦单作田.[结论]果树小麦间作田和小麦单作田小麦白粉病田间消长规律基本一致,但果树小麦间作田小麦白粉病病情指数高于小麦单作田.     

叶片垂直分布对小麦冠层方向光谱响应研究

【目的】对不同株型小麦冠层叶片垂直分布的方向光谱响应进行研究,探索精确描述小麦冠层空间信息的途径,为农田作物快速、无损的光谱监测提供新的理论与技术。【方法】以2个株型不同的小麦品种为材料,采用自下向上分层切片方法,分析冠层不同部位叶片对冠层方向光谱的影响。【结果】去除不同叶位叶片后,小麦冠层光谱在300～700,800～1 300,1 400～1 800 nm波段差别明显;不同观测角度中,与传统90°视角获得反射信息比较,30°和60°视角反射光谱包含较多下部叶片信息,下部叶片对冠层光谱反射率贡献较大,0°视角反射光谱包含较多上部叶片信息,上部叶片对冠层光谱反射率贡献较大;小麦冠层的穗层和倒1叶对方向光谱产生很大影响。不同的2个小麦品种,ZY9844上部叶片对反射率的影响比P7弱。【结论】小麦冠层不同部位叶片,对冠层方向光谱影响不同,根据冠层特点,通过改变光谱观测角度,可以提高作物冠层光谱监测的精度。     

灌浆期小麦倒伏后光谱变化特征

[目的]研究灌浆期小麦倒伏后的光谱变化特征。[方法]通过人工模拟小麦灌浆期的倒伏现象,采用光谱仪测量倒伏小麦的光谱反射率,分析了冠层光谱变化的原因及特征。[结果]小麦倒伏越严重,植株光谱变化特征越明显。小麦倒伏后,其冠层光谱反射率整体增大。其中,灌浆前、中期5级倒伏小麦在近红外波段的反射率最高。随着时间的推移,正常生长和倒伏的小麦冠层光谱反射率发生了同样的变化。[结论]该研究为使用遥感影像监测目标区域、获得倒伏面积及受灾程度提供了理论基础。     

不同小麦品种小麦白粉病发病程度及其田间发生动态分析

【目的】研究新冬60号、新冬57号、新冬40号和新冬20号小麦白粉病危害程度和田间发生动态,为科学防控小麦白粉病提供理论依据。【方法】采用定期定点调查的方法,系统调查不同品种小麦白粉病发生情况。【结果】新冬60号、新冬57号、新冬40号小麦白粉病田间发生动态基本一致。新冬60号、新冬57号、新冬40号和新冬20号小麦白粉病病情指数最高分别为8.22、7.11、37.63和25.48。新冬60号和新冬57号小麦白粉病田间发生程度极显著轻于新冬40号和新冬20号,新冬40号小麦白粉病田间危害程度极显著重于新冬20号。【结论】新冬60号和新冬57号小麦白粉病田间危害程度极显著轻于新冬20号,可根据田间发病情况,合理减施农药。新冬40号小麦白粉病田间发生程度极显著重于新冬20号,应加强对小麦白粉病的预防。     

白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟

【目的】明确白粉病胁迫对小麦光合特性的影响规律,构建白粉病胁迫下小麦光合生产的模拟模型。【方法】以小麦为试验材料,分别于拔节期和孕穗期进行不同接种程度的小麦白粉病试验,明确白粉病对小麦光合特性的影响规律;在此基础上构建小麦白粉病严重度预测模型,量化白粉病对小麦的生理影响;基于单叶净光合速率(P_n)和叶面积指数(LAI),实现小麦白粉病严重度预测模型与作物生长模型(WheatGrow)的耦合。【结果】白粉病胁迫下,小麦单叶P_n和LAI均呈现下降趋势,与对照(CK)相比分别平均下降18.81%和23.41%,且与初始接种程度相比,发病时期对小麦P_n和LAI的影响更为严重;小麦白粉病田间病情发展具有明显的平缓期、指数爆发期和稳定期,总的来说各处理下小麦白粉病流行的时间动态变化特征符合Logistic函数,基于白粉病胁迫对小麦影响的拟合结果,构建小麦白粉病病害胁迫因子,用以反映白粉病对小麦生理指标影响的胁迫效应;基于WheatGrow模型的光合生产子模型,结合小麦白粉病病害胁迫因子,提出模拟白粉病对小麦叶片P_n     

荒漠绿洲麦区小麦白粉病发生危害及药效评价

【目的】研究新疆不同区域小麦白粉病发生危害情况,筛选对白粉病具有较好防效的药剂,为荒漠绿洲生态区白粉病的防控提供科学依据。【方法】采用普查方法,调查新疆不同生态区小麦白粉病发生危害情况。运用随机区组方法,定点调查各小区小麦白粉病发生情况。【结果】新疆和田地区、喀什地区和阿克苏地区小麦白粉病发生危害较重,病情指数分别为35.65、35.63和30.82,显著高于昌吉回族自治州和塔城地区;昌吉回族自治州和塔城地区小麦白粉病发生危害较轻,病情指数分别为9.95和6.00。240 g/L氯氟醚·吡唑酯EC和19%啶氧·丙环唑SC对小麦白粉病的防效最好,防效分别为84.94%和82.77%。23%醚菌·氟环唑SC、430 g/L戊唑醇SC、42%苯菌酮SC、43%氟嘧·戊唑醇SC、48%苯甲·嘧菌酯SC、75%肟菌·戊唑醇WG和40%腈菌唑WP对小麦白粉病的防效为64.57%~71.12%。【结论】新疆南部地区小麦白粉病发生危害显著重于北部地区,发生程度为3~5级。新疆北部地区小麦白粉病发生危害相对较轻,发生程度多为1~2级。240 g/L氯氟醚·吡唑酯EC、19%啶氧·丙环唑SC、23%醚菌·氟环唑SC、430 g/L戊唑醇SC、42%苯菌酮SC、43%氟嘧·戊唑醇SC、48%苯甲·嘧菌酯SC、75%肟菌·戊唑醇WG和40%腈菌唑WP可有效防治小麦白粉病,且对小麦生长安全,可在大田轮换使用。     

不同灌溉条件下冬小麦冠层含水量的光谱响应

【目的】寻找快速、无损地诊断冠层含水量的方法,对冬小麦长势监测、旱情评估及变量灌溉提供技术支持。【方法】基于田间变量灌溉试验,分析生育期、灌溉量对冬小麦冠层含水量的影响,解析冠层光谱对不同灌溉处理下冠层含水量的响应规律,以冠层等效水厚度（EWTc）为表征指标,基于连续小波变换（CWT）技术,构建冬小麦冠层等效水厚度光谱诊断模型,利用独立样本验证模型精度。【结果】冬小麦冠层等效水厚度在生育后期均随着灌溉量的增多而增加,并随着生育进程的推进而减少;冬小麦冠层光谱反射率随着生育进程的推进而降低,在近红外和中红外波段冠层光谱反射率均表现为1水>0.5水>0水;与原始冠层光谱反射率相比,经连续小波变换后的小波系数与冠层等效水厚度相关性在第1、2、3、5、6、7分解尺度均有不同程度的提高,提高幅度在8.40%—26.20%;以第6尺度2 400 nm、第2尺度1 596 nm和第7尺度2 397 nm构建的冠层等效水厚度光谱诊断模型稳定性和精度较好,验证样本决定系数R ²为0.5411,RMSE为0.0127 cm。【结论】冬小麦冠层含水量随着灌溉时间与灌溉量发生规律性变化,在水分敏感波段范围内呈现明显的光谱响应特征,连续小波变换技术可以有效提高冠层光谱特征参量与冠层等效水厚度的相关性,实现冬小麦冠层含水量光谱诊断,可以为冬小麦田间变量灌溉决策提供技术支持。     

黄瓜抗白粉病突变体筛选与鉴定

【目的】白粉病是危害黄瓜产量、品质的最严重的病害之一,抗白粉病材料的发掘与研究,可以实现从根本上解决病害问题。对获得的‘长春密刺’突变体材料进行分析,旨在筛选出黄瓜抗白粉病突变体材料,丰富育种群体。【方法】对400份‘长春密刺’突变体材料进行苗期接种白粉病菌试验,通过叶片病斑观察结合病情指数分析,初步筛选出抗病材料,将筛选出的抗病材料在大田环境下自然发病进一步观察表型。对初步筛选出的抗病材料进行苗期生理鉴定,测定并分析超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性以及叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、可溶性蛋白含量等生理指标,通过田间自然发病进一步筛选抗病材料,并测定其蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率等光合作用指标及乙烯、茉莉酸、水杨酸激素含量,并通过荧光定量PCR分析叶片中乙烯、茉莉酸、水杨酸、木质素、病程相关蛋白等防御信号途径中相关基因的表达。【结果】与感病材料相比,抗病材料的表面菌斑少,净光合速率、气孔导度都优于对照‘长春密刺’,胞间CO₂浓度低于‘长春密刺’。在防御激素方面,抗病材料的乙烯、茉莉酸、水杨酸含量同样优于感病材料,而在成熟期叶片的防御信号途径相关基因表达上,抗病材料的表达高于感病材料。通过苗期接种白粉病菌和田间自然发病综合筛选出了两份抗白粉病突变体材料：Mu-86-2、Mu-58-9。【结论】通过对突变体库的筛选可以获得抗白粉病新材料,这些材料的获得对黄瓜抗白粉病的遗传研究和新品种培育具有重要价值。     

5种植物免疫诱导剂在黄瓜上应用效果

[目的]研究5种植物免疫诱导剂对黄瓜光合生理变化和抗病性的影响,为植物免疫诱导剂在黄瓜上应用提供科学依据.[方法]采用盆栽试验,测定5种植物免疫诱导剂对黄瓜光合生理变化、抗病性和防御酶活性的影响.[结果]那氏齐齐发诱导剂可提高叶绿素含量、促进黄瓜植株花期提前,产量相比对照提高3.5倍;植物免疫诱抗蛋白提高黄瓜植株光合性...     

核桃小麦间作模式下冬小麦冠层结构及其小气候对种植密度的响应

【目的】 研究核桃小麦(以下简称核麦)间作模式下,种植密度对冬小麦冠层结构及农田小气候的影响。【方法】 2016~2017年在核麦间作模式下,设置450×10⁴株/hm²(M₁)、525×10⁴株/hm²(M₂)、600×10⁴株/hm²(M₃)、675×10⁴株/hm²(M₄)、750×10⁴株/hm²(M₅)5种冬小麦种植密度,观测冬小麦冠层结构及冠层空气温度、湿度以及冠层透光率的变化过程。【结果】 核麦间作下,远冠区冬小麦单片单面积、株高、茎粗均高于冠下区;随着种植密度增加,冠下区、远冠区冬小麦各叶层叶面积、各节间长度和节间粗度均呈“先增后减”的趋势,株高变幅为76.49～81.66 cm(冠下区)和78.34～86.27 cm(远冠区)。冠下区、远冠区冠层空气温度呈“先升后降”的曲线,冠下区M₁处理最高,远冠区M₄、M₅处理相对较高,冠下区上午升温、下午降温速度慢,高温持续期短,冠下区各密度冠层温度(18.19～35.99℃)的变幅低于远冠区(17.82～38.92℃);湿度呈“先降后升”的曲线,均在M₁最低,远冠区冠层空气湿度上午降速、下午升速均慢,湿度低谷持续期短,冠下区冠层空气湿度(44.73%～100%)变幅高于远冠区(36.62%～100%)。小麦冠层顶部入射光合有效辐射量(PAR)冠下区明显低于远冠区;冠下区、远冠区的冠层光合有效辐射截获量(IPAR)随着密度的增加均呈“先升后降”的趋势,均在M₂处理达到最大。【结论】 种植密度525×10⁴株/hm²(M₂)时,核麦间作下冬小麦冠层结构及其小气候较适宜。     

不同整形方式对赤霞珠葡萄白粉病和果实品质的影响

【目的】研究不同整形方式对赤霞珠葡萄白粉病和果实品质的影响,为新疆吐鲁番地区酿酒葡萄栽培整形方式的选择提供理论依据。【方法】以5年生欧亚种酿酒葡萄赤霞珠(Cabernet Sauvignon)为试材,分别进行厂字形、F形、Y形、多主蔓扇形整形,对各整形处理8到9月白粉病发病情况、产量及果实品质进行比较分析。【结果】厂形、F形、Y形相比扇形整形能够显著减轻吐鲁番地区酿酒葡萄赤霞珠叶片白粉病危害,且厂形和Y形整形能够显著减轻白粉病对成熟期赤霞珠葡萄果实的危害;厂形和Y形较扇形整形显著降低了葡萄产量,而厂形整形产量较合理,平均产量为13 540.70 kg/hm²;厂形、F形、Y形相比扇形成熟度、总花色素浓度、总酚、果皮颜色值、种皮颜色值显著提高,均能显著改善酿酒葡萄品质,其中厂形整形果穗和果粒质量均最大,分别为113.41和1.29 g,且果穗紧密度适中,还原糖最高,为178.37 g/L,果皮、种皮颜色较深,成熟度更好,果皮酚类物质含量也更高,综合品质最优。【结论】酿酒葡萄厂形整形能够有效减轻吐鲁番地区酿酒葡萄白粉病的危害,具有合理的产量和较高的酿酒品质,可作为吐鲁番地区酿酒葡萄栽培的一种好的整形方式。     

基于热红外图像的小麦品种抗旱性鉴定与评价

【目的】分析不同基因型小麦冠层的温度参数相关信息,探寻快速高效筛选冬小麦抗旱品种的指标和方法,给冬小麦抗旱品种筛选提供参考依据。【方法】本研究以小麦为研究对象,获取干旱胁迫下10个抗旱性存在差异的小麦品种冠层热红外图像,采用温度频率直方图等分析方法提取冠层温度特征参数,明确温度特征参数与抗旱指数之间定量关系,分析冠层温度特征参数对筛选冬小麦抗旱品种的有效性。【结果】基于产量抗旱指数（DRI）的分级标准将测定小麦品种分为4种抗旱类别,其抗旱性越强,最大光化学效率（F_v/F_m）,植株含水量（PWC）,气孔导度（G_s）,蒸腾速率（T_r）和籽粒产量越稳定。基于热红外图像提取冠层温度特征参数,小麦抗旱性越强,冠层温度的差异性越小,冠层温度的离散程度也较小。产量抗旱指数（DRI）与拔节期、孕穗期和开花期的作物冠层温度与环境温度的偏差（CTD）均呈现极显著的正相关关系,相关系数r为0.79—0.84,而与冠层温度标准差（CTSD）、变异系数(CTCV)、水分胁迫指数（CWSI）和冠层相对温差（CRTD）呈显著负相关（r=-0.56—-0.78）。基于单一生育时期冠层温度特征参数建立了产量抗旱指数（DRI）回归模型,估算精度为r²=0.73—0.87,其中以拔节期预测模型精度最高。而基于3个生育时期的相关冠层温度参数CTD、CTCV、CTSD CWSI组合构建产量抗旱指数（DRI）预测模型,较基于单一生育时期预测精度显著提升（r²=0.95）。【结论】利用热红外图像可进行小麦品种抗旱性的早期鉴定与快速评价,这对促进作物高效节水生产具有重要意义。