遥感信息应用于水分胁迫条件下的华北冬小麦生长模拟研究

由于初始土壤水分、灌溉量等变量的空间分布不易获得,区域尺度水分胁迫条件下作物生长模拟存在一定难度。本文在WOFOST模型本地化和区域化的基础上,采用调控型方法,重点探讨了利用MODIS数据反演的地表蒸散在大范围内估算土壤水分平衡过程中的参数或变量初始值,以实现水分胁迫条件下作物模型区域模拟的可行性。2002年模拟结果显示,引入遥感信息优化获得初始土壤有效含水量、返青期生物量及抽穗期灌溉量后,土壤水分的模拟效果得到改善;32个农业气象试验站点模拟产量的相对均方根误差（RRMSE）由0.63降至0.20;华北冬小麦模拟产量的空间分布与实际产量分布更加接近,产量低估的情况得到较好改善;河北、河南、山东3省平均产量的模拟误差分别为－4.9%、4.3%和8.6%。初步结果表明,结合卫星遥感信息通过优化方法在大范围内估算作物模型的相关参变量,以实现水分胁迫条件下作物模型的区域应用是行之有效的。     

在控制水分条件下棉花高产优质生育与产量模型研究 Ⅱ.群体生育优化模型

本文利用最优回归设计与参数分析相结合的方法,根据田间试验资料对棉花群体生长发育进行了模拟优化,建立了不同施氮量、密度、灌溉定额条件下棉花群体生长发育优化模型;该模型群与产量函数模型的优化措施方案相偶联,模拟出了每公顷1650公斤以上霜前皮棉的棉花合理生长发育动态变化曲线、为优化方案的实施提供了诊断指标和参数。     

棉花植株水分含量的高光谱监测模型研究

精确灌溉对无损、快速的水分监测技术有迫切需求。研究棉花冠层高光谱参数与水分的定量关系并建立水分估测模型,以实现棉花水分及时、准确监测。通过2年试验,测定棉花冠层高光谱及植株水分,根据光谱参数与植株含水量的相关关系,建立了植株含水量监测模型。结果表明:棉株含水量与叶片含水量在一定范围内随灌溉量增减而增减,并能区分棉花干旱程度;棉株及叶片含水量与冠层460～514 nm、605～698 nm、1451～1576 nm和1960～2457 nm反射率极显著负相关,与727～1345 nm反射率极显著正相关,且棉株的相关性好于叶片含水量。所选作物水分指数、归一化差值水分指数1、归一化差值水分指数2、水分胁迫指数1、水分胁迫指数2、水分波段指数、水分指数与归一化差值植被指数之比均与棉株及叶片含水量极显著相关;构建了棉株含水量和叶片含水量的最佳监测模型;所建模型精度能满足大田生产对棉花水分监测的要求。     

棉花花后果枝叶生物量和氮累积特征及临界氮浓度稀释模型的研究

在大田栽培条件下,于江苏南京（长江流域下游棉区）和河南安阳（黄河流域黄淮棉区）设置了棉花施氮水平试验,依据Justes的临界氮浓度稀释模型确定方法,研究棉花花后果枝叶临界氮浓度稀释模型及其与棉花产量的关系。结果表明, 花后棉花果枝叶的生物量增长和氮吸收累积均受施氮水平的影响,其动态变化符合S型曲线,氮累积的快速起始时间较干物质早2~4 d;棉花产量与果枝叶氮浓度关系密切,氮浓度过高或过低均不利于产量形成,花后果枝叶存在氮奢侈消费现象;棉花花后果枝叶氮浓度随施氮量的增加而增加、随生育进程而降低,其干物质累积量与氮浓度间符合幂函数关系,2试点果枝叶氮稀释曲线模型形式相同,但参数不同,不同气候区域存在独立的果枝叶氮临界、最高和最低稀释曲线模型;根据果枝叶氮浓度与产量间的关系,安阳、南京2试点,棉花果枝叶在盛花期和吐絮期的适宜氮浓度分别为4.93%、3.70%和3.33%、3.01%。临界氮稀释曲线的氮营养指数和异速生长模型对果枝叶氮营养状况的诊断与此相符。临界稀释模型具有明确的生物学意义,可以作为定量诊断果枝叶氮营养动态变化的指标之一。     

利用农田水量平衡模型评价棉田不同的灌溉制度

本文以田间试验为基础，应用农田水量平衡理论和棉花对不同水分亏缺的反应，建立了一个棉花不同灌溉制度的评价模型，文中用ＦＡＯ－４６提供的Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ方法计算了棉花生育期间逐日参考作物蒸散量，利用Ｉｓａｒｅｇ模型［５］计算了棉田逐日实际蒸散量。研究结果表明，利用农田水量平衡模型可对棉花灌溉进行有效管理。通过对几种灌溉方案的评价，定量化地分析了不同灌溉制度对棉花产量的影响程度和水分胁迫出现的时间；明确了在黄淮海平原棉田灌溉重点在棉花生育前期，即苗期，盛蕾－初花期；给出了该地区棉花各生育时期的需水量和每日的平均耗水强度     

基于COSIM模型的新疆棉花延迟型冷害指标分析

 应用新疆石河子和莎车两地的棉花试验资料,对棉花模型COSIM进行参数调试及有效性验证,模型可较好地模拟石河子和莎车两地的棉花生长发育过程及产量水平。利用COSIM模型45年连续模拟结果及2004年不同播种期的模拟结果进行统计学分析,结果表明：棉花生育期≥12℃有效积温、开花期和子棉产量有显著的线性关系。提出：棉花生育期≥12℃有效积温较多年平均的减少量和开花期较多年平均的推迟日数是定量评估新疆棉花延迟型冷害的指标。通过检验,延迟型冷害指标对严重气候减产年的拟合率达到80%。     

作物生长模型同化SAR数据模拟作物生物量时域变化特征

生物量是监测作物长势的一个重要指标,可以反映作物的生长状况,和作物产量有密切关系。遥感获取生物量的方法之一是通过基于矢量辐射传输方程的微波冠层散射模型反演,但多数模型反演方法并未考虑作物生物量在不同阶段的变化特征。运用数据同化方法,将SAR数据提取的生物量信息和作物生长模型结合,描述作物生物量与时间变化的关系,提高生物量估测精度。通过分析生物量和SAR数据提取的后向散射系数的时域变化关系建立反演模型估算生物量。在构建代价函数的基础上,采用共轭梯度法对生长模型参数进行优化,使模型估算的生物量和SAR数据反演的生物量差值最小。结果表明,引入SAR数据修正后的作物生长模型模拟生物量和实测值的时间分布基本吻合,且比未引入SAR数据的结果精度有明显提高。因此采用SAR数据提取的作物实时生长信息可以修正作物生长模型关键参数以提高模拟生物量的精度。     

基于叶绿素荧光参数的滴灌棉花氮素营养估测模型

【目的】建立基于叶绿素荧光参数的棉花叶片氮素营养监测模型,为棉花高效施氮及植株生长状况的无损监测提供方法。【方法】在水肥一体化滴灌条件下,以新陆早58号为试验材料,设置4个施氮水平,测定了棉花生长关键时期顶2(从顶部数起)至顶5叶的叶绿素荧光参数和氮素含量,分析了棉花叶片氮素含量与荧光参数的关系。【结果】(1)棉花出苗70 d后,叶片氮素含量以及光系统II(PSII)潜在光化学活性(Fv/F0)、PSII潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII实际光化学效率(ΦPSII)、PSII最大光化学效率(Fv'/Fm')均随着棉花生长呈逐渐下降趋势。(2)不同氮素处理下,各叶片氮素含量以及叶绿素荧光参数Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSII和Fv'/Fm'均随施氮量的增加而上升,其中N2 (240 kg·hm-2)处理下各荧光参数值最大。(3)叶片氮含量与Fv、Fv/F0、Fv/Fm、ΦPSII都呈现极显著正相关关系,与荧光参数ΦPSII、Fv'/Fm'间呈现较好的指数函数关系,与荧光参数Fv、Fv/Fm、Fv/F0呈现良好的线性函数关系。顶5叶可变荧光(Fv)与叶片氮素含量建立的关系模型(y=0.0022x+1.6243)的模拟效果最好,决定系数达到0.928,相关系数达到0.963,呈极显著正相关。【结论】适量施氮(240 kg·hm-2)能够提高PSII的活性及PSII反应中心开放部分的比例,进而改善棉花叶片光合能力。顶5叶氮素含量与叶绿素荧光参数Fv构建的模型精确度和拟合效果较其他荧光参数好,因此可以选用荧光参数Fv来监测棉花叶片氮素含量,进而监测植株的氮素营养状况。     

AMMI模型在棉花区域试验中的应用

应用AMMI模型对2002年河南省春棉区域试验产量结果进行了分析,并对基因型与环境间的互作分析进行了探讨。结果表明,通过AM MI模型的分析结果能更有效地解释品种和环境间的交互作用,显著地提高综合评价棉花区域试验中参试品种的稳定性的能力,使区试结果更客观地反映品种的情况。     

地面资料稀缺区域的农田土壤水分微波与光学遥感协同反演方法研究

[目的] [方法]大尺度区域范围的地表粗糙度因子难以获取是微波反演土壤水分的难点所在。对此,从协同微波和光学遥感数据在土壤水分监测中的优势以提高土壤水分反演精度的角度出发,进行了地表粗糙度参数稀缺区域的大范围农田土壤水分遥感反演方法研究,即利用高分三号和Landsat8光学遥感数据,通过水云模型消除植被对雷达后向散射系数的影响,获取土壤直接后散射系数,然后结合入射角、PDI、TVDI和NDWI指数共同作为模型输入参数分别建立了HH和HV两种极化方式下的土壤水分反演模型。[结果]采用相关系数(R2)、一致性指数(IA)和均方根误差(RMSE),对两种模型应用于江汉平原农田土壤水分反演的实验结果进行了对比分析,结果显示HH极化方式下的土壤水分反演精度整体上优于HV极化方式(HH极化方式R2=0.6864,IA=0.8895,RMSE=6.979%)。[结论]在空间分布上,温度较高和植被覆盖较低区域,土壤水分含量较低,如钟祥市的北部、江陵县的东北部、荆门市的东部、仙桃市的西部和天门市的西北部;温度较低和植被覆盖较高区域,土壤水分较高,如监利县以及天门市的南部。     

Dynamic Prediction of Cotton Regional Yield Based on the COSIM Model - A Case Study of Akesu City,Xinjiang

[Objective] Dynamic prediction of crop yield using a crop growth simulation model is the focus of increasing research attention. [Method] Based on meteorological, cotton yield, and cotton phenology data recorded at Akesu in Xinjiang from 1991 to 2014, this study aimed to improve the accuracy of crop yield prediction by the COSIM model. The average sowing date for each study year, as well as multiple sowing dates during the suitable sowing period, was imported into the COSIM model, and the two yield prediction methods were compared and analyzed. [Result] The accuracy of both yield prediction methods was higher than 90.0%, indicating that the two methods showed good applicability at Akesu. However, the method using multiple sowing dates during the suitable sowing period showed higher prediction accuracy when cotton yield was dynamically predicted in each month and the actual sowing date was uncertain. [Conclusion] The two prediction methods based on the crop growth simulation model are suitable for prediction of cotton yield at Akesu. In addition, according to the characteristics of different forecast years, the appropriate forecasting method can be used to improve the accuracy of prediction. The results also provide a reference for dynamic prediction of cotton yield in other cotton-producing areas.     

用高光谱数据诊断水分胁迫下棉花冠层叶片氮素状况的研究

利用ASD地物光谱仪,获取北疆棉花冠层关键生育时期的高光谱数据,应用一阶微分光谱,衍生出基于光谱位置变量的分析方法,以红边积分面积(SDr)为自变量,冠层全氮(TN)含量为因变量,做相关分析,结果表明:红边积分面积变量与冠层TN含量呈显著的相关性,相关系数是0.7394(n=40),利用构建的相关模型可以较为精确地估测棉花两个品种新陆早6号与8号冠层叶片的全氮含量,均方差(RMSE)分别为0.3859和0.4272。研究认为面积变量具有预测棉花冠层全氮含量的应用潜力。     

不同沟灌方式水、氮调控对棉花产量及水分利用效率的影响

设置交替隔沟灌、常规沟灌和固定隔沟灌方式,施氮量和灌水量采用二次通用旋转组合设计进行试验,研究水、氮调控对沟灌棉花产量、水分利用效率的影响.结果表明:棉花产量与施氮量在56.2～95.2kg·hmˉ2范围内呈显著正相关,与灌水量在37.52～160.00mm范围内呈显著正相关.相同水、氮处理下交替隔沟灌与常规沟灌相比棉...     

棉花根系的生长特性及其与栽培措施和产量关系的研究 Ⅱ栽培措施对棉花根系生长的影响及其与地上部和产量的关系

本文研究了灌溉、施肥量与播种期对露地棉与地膜棉根系的生长特性及其与地上部的相互作用和产量形成的影响。结果表明,生长期灌水处理棉株根系入土浅,总长度减少,未灌水处理根量在深土层明显增加;重肥处理根系入土深,深土层根量增加。灌水及重肥处理根系新根量均增加,根系伤流量增大,生理活力增强。早播棉株主根深度增加,根重增大,尤在生育前期增长明显,同时.根系建成提前,根系分布范围广。灌水、重肥与早播处理棉株根重、地上部重及籽棉产量等均增加。棉株根量与产量间存在显著相关关系,蕾期根量对产量的效应最大。     

氮肥对非充分灌溉下棉花花铃期光合特性及产量的补偿作用

研究氮肥对非充分灌溉下棉花花铃期光合特性及产量的补偿作用及其机制, 以期为干旱地区棉花水肥高效利用提供理论依据。以“新陆中54号”为试材, 采用裂区试验设计, 主区为总灌溉量2800 m ³ hm ^-2(非充分灌溉)和3800 m ³ hm ^-2(常规灌溉), 副区为4个施氮(纯N)水平(0、150、300和450 kg hm ^-2)。同一氮肥处理下, 非充分灌溉处理棉花花铃期叶面积指数(LAI)、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、单株光合产物积累与分配、单株结铃数、单铃重及籽棉产量均低于常规灌溉处理, 但籽棉增产率和灌溉水生产力高于常规灌溉处理; 同一灌溉量下, 随着氮肥施用量的增加, 棉花花铃期LAI和单株光合产物积累量先增后降, 且表现为N450>N300>N150>N0, T_r、P_n、单株光合产物向生殖器官分配比例、单株结铃数、单铃重、籽棉产量、籽棉增产率及灌溉水生产力均表现为N300>N450>N150>N0; 非充分灌溉下增施氮肥的补偿效果随着氮肥用量的增加呈先增加后下降的趋势, N300处理补偿效果最显著, 与常规灌溉处理相比, 补偿效应主要表现在棉花花铃期P_n平均提高10.9%, 单株光合产物积累向生殖积累器官分配比例提高10.7%, 单株结铃数、单铃重、籽棉增产率及灌溉水生产力分别提高5.0%、8.0%、7.1%和7.5%; 氮肥对棉花花铃期光合特性及产量构成因素的影响大于水分。非充分灌溉下氮肥施用量为300 kg hm ^-2时补偿效应最大, 虽然在产量上有所下降, 但从干旱地区农业缺水的现实考虑, 可准确灌溉施肥, 且籽棉产量较常规灌溉处理仅下降1.3%。因此, 在南疆自然生态条件下, 非充分灌溉下施氮300 kg hm ^-2时棉花花铃期LAI、T_r、P_n及单株光合产物积累量适宜, 向生殖器官转运补偿效果显著, 具有最大的产量补偿作用, 且节水26.3%。     

灌水运筹对冬小麦粒重和产量的影响

以农大 32 91为供试材料 ,研究了 2种灌水运筹方式对冬小麦产量形成的影响 ,并对密度、氮肥用量对灌水运筹效果的影响进行了分析。结果表明 :在造好底墒水的前提下 ,冬小麦春季灌 4次水 (简称 4水 )与春季灌 2次水 (简称 2水 )相比 ,千粒重增加 1 78g ,产量增加 665 1kg/hm2 ,但全生育期多耗水 73 65mm ,并且水分利用效率下降 7 63% ;经分析 ,差异显著。 4水比 2水多消耗的水分主要是土壤水并且集中在生育后期 (抽穗 -成熟 )。密度与氮肥的影响表现出有规律的变化 :节省氮肥用量和降低植株密度均有利于千粒重的提高 ,但产量有所降低     

棉花短季直播栽培模式对产量构成及纤维品质的影响

为探索棉花短季直播高产栽培技术模式,2014年在湖南农业大学浏阳试验基地,采用"311"最优回归设计方案研究了播期、密度和施氮量对早熟品种JX0010的产量构成及纤维品质的影响。对不同处理的棉铃时空分布、棉花产量及纤维品质的分析结果表明:不同处理棉铃时间分布上以秋桃比例最大,空间分布上纵向分布以中下部成铃数所占比例大,横向分布以内围铃为主。根据结果,建立了3个栽培因子施氮量(x1)、密度(x2)、播种期(x3)与子棉产量的多项式回归方程:y=213.522+3.9331x1+6.414x2-21.4619x3-5.7541x12-4.321x22-7.5348x32~(-1)1.982x1x2-0.1645x1x3+3.5747x2x3。分析回归方程得出,单因子效应表现为播种期密度施氮量,交互作用表现为施氮量与密度的互作效应密度与播种期的互作效应施氮量与播种期的互作效应,根据回归方程得到子棉高产的最佳组合为施氮量202.35 kg·hm-2、密度6.20万株·hm-2、播种期5月19日,产量为5510.25 kg·hm-2。棉花纤维品质性状受影响的顺序为马克隆值断裂伸长率断裂比强度上半部平均长度长度整齐度指数。     

南疆沙壤土地面灌溉高产棉田施肥灌水数学模型研究

在南疆沙壤土棉田,设置了3个处理因子(施氮、施磷和灌水),每个因子依施用量设4个水平,开展了水肥耦合效应对棉花产量影响的田闻试验研究.试验结果表明,棉花产量对氮肥、磷肥、水的依赖程度顺序是:氮肥＞磷肥＞水,并建立了地面灌溉条件下高产棉田水肥施用的多元回归数学施肥模型:y=-677.8075+0.5889 xN+11.1...