水氮协作对烤烟生长发育和干物质累积的影响研究

合理的烤烟水氮协作方案是改变烟区传统水肥管理模式、节约水肥资源、提高烟叶产量和品质的重要途径。针对主要烟区灌溉量与施氮量不协调的问题,以烤烟‘K326’为试材,设计不同灌溉量(600,800,1 000 mm)和施氮量(0,90,120 kg/hm~2)处理,并对不同水氮协作处理下烤烟的农艺性状、光合特性和干物质累积进行观测和分析。结果表明:800 mm灌溉量与120 kg/hm~2施氮量处理烤烟单株叶面积最大,且植株总干物质累积量和叶片干物质累积量均处于最高水平,分别达到328.6和163.1 g/株。作物生长模型能较好地模拟烤烟水氮协作下叶面积指数的动态变化,相关系数达到0.987 5~0.998 1。另外,高水高氮处理下烤烟贪青晚熟,不利于烟叶的分层落黄。     

水稻拔节期水氮互作的后效性影响研究

通过盆栽试验研究了不同水氮互作条件下水稻各项生理指标短期和长期的后效变化.结果表明:适宜的水氮组合复水短期内对生理活性有一定的补偿效应,生育后期表现出延缓衰老的长期后效性;水、氮单因子复水短期内对叶片叶绿素含量、荧光参数、丙二醛含量等生理指标影响显著,水氮协同互作效应在复水15 d后达显著水平;不同的水分胁迫后复水,水氮互作效应不同,重旱处理产量随复水后施氮量的增加而增加,但产量较其他处理明显降低.应避免水稻拔节期重旱,土壤含水率不能低于田间持水率的70％;充分灌溉和轻旱处理产量随施氮量的增加有所降低,拔节期高水高肥不一定高产,轻旱后复水结合低氮追肥,节水保产效果最佳.     

灌溉施氮和种植密度对棉花叶面积指数与产量的影响

为构建便于实际应用的棉花叶面积指数和产量模型,综合考虑灌溉、施肥、种植密度及覆膜的影响,建立了基于相对有效积温的普适棉花相对叶面积指数的Logistic模型,并研究了棉花最大叶面积指数与全生育期灌水量、施氮量、种植密度及产量之间的关系。结果表明：覆膜棉花叶面积指数最大时的有效积温为1400℃左右,不覆膜棉花的叶面积指数最大时的有效积温为1600℃左右。棉花最大叶面积指数随耗水量、施氮量呈现出先增后减的变化趋势,而种植密度与最大叶面积指数之间表现出明显的正相关性。综合考虑灌水量、施氮量和种植密度的作用可以较为准确描述最大叶面积指数变化特征。棉花产量随着最大叶面积指数的变化呈现出明显的先增后减的变化趋势,当最大叶面积指数为4.93时籽棉产量最大达6066.2kg/hm2。相对化分析结果表明,覆膜与不覆膜棉花相对叶面积指数的变化趋势基本一致,相应的模型参数也基本相同,从而建立了全国范围内覆膜与不覆膜棉花统一的相对叶面积指数的Logistic模型。该研究为棉花科学种植和精细化管理提供了方法,也为其他作物在不同管理措施和地域时进行建模提供了参考。     

水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期光合特性的影响

研究不同水氮配施对轮作冬小麦-夏玉米灌浆期叶面积指数、光合速率、蒸腾速率及叶片水分利用效率的影响。结果表明,冬小麦旗叶光合速率和蒸腾速率均以处理W1500N210最高,叶面积指数和叶片水分利用率均以处理W1500N270最高,夏玉米叶片光合速率在处理W1500N270达到最高,蒸腾速率则以处理W1500N210最高;灌水和施氮及其交互效应对冬小麦、夏玉米叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均有显著影响;冬小麦、夏玉米灌浆期叶面积指数、叶片光合速率、蒸腾速率和叶片水分利用率均随施氮量和灌水量的增加而增加;但施氮量超过210kg/hm2时不再显著增加。     

水氮互作对玉米生长和产量影响的研究进展

水肥是作物生长发育中互相紧密联系、彼此制约的两个因子.随着全球气候变暖和经济社会发展,水资源供应日趋紧张.另一方面,不合理或过量的氮肥施用造成的地下水污染、温室气体排放加剧、土壤酸化等环境问题日益突出.在此背景下,如何通过水肥联合调控实现作物水肥利用效率的协同提升受到国内外学者的广泛关注.玉米是典型的耗水量大、需氮量多的作物.就水氮互作对玉米叶面积指数(LAI)、干物质积累、根系生长、光合特性、产量和水氮利用效率的影响研究现状进行综述,并对水氮互作研究中存在的问题及需要进一步研究的方向进行分析和讨论.     

水肥耦合对烤烟叶面积积累量的影响研究

通过盆栽试验,研究了氮肥、磷肥、钾肥及水分用量对烤烟叶面积积累量影响的研究。利用多元回归拟合建立了烤烟叶面积积累量与氮、磷、钾及水分用量4个因子之间的回归模型,分析了各个因素间的交互效应。结果表明,氮肥、磷肥、钾肥、用水量适宜交互水平分别为:施氮量在0到1.682(138.00~230.85kg/hm2)水平之间、施磷量在0到1(69.00~96.90kg/hm2)水平之间,施钾量在-1到1(165.60~386.40kg/hm2)水平之间,灌水量在0到1.682(烤烟伸根期、成熟期土壤适宜水分为田间质量持水率的60%~76.8%,旺长期为70%~86.8%)水平之间能使烤烟叶面积积累量达到理想值。     

灌溉方式和氮肥用量对水稻群体生长特性的影响

以寒地粳稻东农425为试验材料,采用裂区设计,研究了灌溉方式和氮肥用量对寒地粳稻群体生长特性的影响。结果表明,灌溉方式和氮肥用量对东农425分蘖动态、各生育期叶面积指数、干物质积累及产量的影响程度均达显著水平。灌溉方式对各生育时期叶面积指数、干物质累积速率和产量的影响占主导作用。轻干湿交替灌溉方式下,适量增加氮肥用量可以显著提高抽穗期高效叶面积率、干物质累积速率和产量。轻干湿交替灌溉方式结合150~225kg/hm~2的氮肥用量为试验条件下最佳水、氮互作方式。     

膜下滴灌水氮耦合对烤烟综合效益的影响

为了寻求贵州烟区膜下滴灌条件下烤烟优质高产的水氮耦合方案,设计不同滴灌量与施氮量处理,观测不同处理对烤烟品质、产量和灌溉水利用效率的影响,计算不同处理膜下滴灌工程的经济效益(国民经济内部收益率,经济净现值,经济效益费用比),并引入主成分分析方法与熵权系数评价模型,对水氮耦合方案进行优选。结果表明,T5处理为膜下滴灌条件下综合效益最优的水氮处理,熵权评价值为0.934;T6次之;T7最差,熵权值仅为0.611。因此伸根期、旺长期、成熟期滴灌量12、16、12mm/次,施氮量75kg/hm2可作为贵州烟区膜下滴灌工程烤烟优质高产的水氮耦合方案。     

农田春小麦叶面积指数和覆盖度时空变异性研究

准确获取春小麦叶面积指数和覆盖度的时空变异特征,对春小麦生长参数时空分析至关重要,也是利用遥感准确反演春小麦叶面积指数和覆盖度必须解决的问题,对于尺度转换研究具有十分重要的意义。综合运用传统统计分析方法、地质统计分析方法及时间稳定分析方法,研究了春小麦叶面积指数和覆盖度在不同生育阶段的时空变异特征,并探讨了二者的关系,建立了综合考虑时空特征的春小麦叶面积指数增长模型。研究结果表明:在研究条件下,春小麦覆盖度和叶面积指数随时间的变化趋势相似,但二者变异系数(CV)的变化趋势明显不同,随着春小麦的不断生长,覆盖度CV不断减小,而叶面积指数CV则是先增加后减小;春小麦叶面积指数和覆盖度都具有空间结构,其中在播种-分蘖阶段(头水灌溉前)的空间相关距离最大(50~60 m),头水灌溉后,春小麦叶面积指数和覆盖度的空间相关距都减小,其中叶面积指数相对比较稳定(约20 m);春小麦叶面积指数和覆盖度均具有时间稳定特征,播种-分蘖阶段处于头水灌溉前,这个阶段的春小麦覆盖度对其在整个生育期的稳定性有显著影响,相比之下,这个阶段的叶面积指数对其在整个生育期的稳定性影响不明显;春小麦叶面积指数除了与生育期有密切的时间相关关系外,还在一定范围内与覆盖度有显著的空间相关关系,为此从时空变异角度,建立了一个以生育期和覆盖度为预报因子的叶面积指数增长模型,经检验,拟合模型方程在置信度0.01水平上表现显著。叶面积指数增长模型将不同时间的叶面积结合了空间上的变异特征,较之前的仅基于生育期的Logistic模型适应性更广。     

水氮磷钾四因素对烤烟烟碱含量的影响研究

通过盆栽试验探讨了水、氮、磷、钾施用量对烤烟不同生育阶段末烤烟烟碱含量影响,为优质烤烟生产提供依据。以"粤烟98"为试验材料,利用多元回归拟合建立不同生育期末烤烟烟碱含量与氮、磷、钾肥及水分用量因子之间的回归模型,分析因素间的交互效应。结果显示:伸根期烟碱含量不受水肥供应量的影响,旺长期烟碱含量与供氮量关系密切;成熟期末烤烟烟碱含量与氮磷钾水供应量显著相关,当其他因子为中间水平时,烤烟烟碱含量随着供氮量的增加而显著增加,随着灌水量的增加而减小,随着施磷量的增加先增加后缓慢减小,随着施钾量的增加先增加后显著减小;水氮和磷钾的交互作用对成熟期末烟碱含量影响显著;在本试验条件下,中等偏下的氮元素(5.52~9.2g/pot)、中等偏上的磷元素(4.6~6.44g/pot)、中等偏下的钾元素(11.04~18.4g/pot)及中等偏上的水分(60%W~70%W)可以使得烤烟的烟碱含量处于适宜范围。     

基于无人机多光谱遥感的夏玉米叶面积指数估算方法

无人机多光谱遥感技术可以快速、无损地监测农作物叶面积指数（LAI）。为研究水分胁迫条件下，利用无人机多光谱植被指数估算夏玉米LAI的可行性，本研究基于无人机多光谱遥感系统，结合同时期实地采集的夏玉米LAI，选择5种植被指数，包括归一化差值植被指数（NDVI）、土壤调节植被指数（SAVI）、增强型植被指数（EVI）、绿度归一化植被指数（GNDVI）和抗大气指数（VARI），作为模型输入参数，使用随机森林回归算法建立全生育期不同灌溉条件下大田玉米冠层植被指数与LAI之间的关系模型，并与一元线性回归和多元线性回归算法建立的模型进行对比分析。结果表明，在充分灌溉条件下，植被指数的多元线性回归模型可以较好地估算LAI（R² = 0.83）；在水分胁迫条件下，植被指数的随机森林回归模型可以较好地估算LAI（R² = 0.74~0.87），水分胁迫因素对该模型影响较小，且NDVI和VARI对估算LAI的贡献最大。上述结果表明基于无人机多光谱遥感技术，使用随机森林回归算法估算多种灌溉条件下的夏玉米LAI是可行的。该研究为实现快速、准确地监测全生育期不同灌溉条件下的大田夏玉米LAI提供了技术和方法支持。     

不同覆膜处理下春玉米叶面积指数高光谱估算

为实现快速、无损、实时监测不同覆膜处理下春玉米的叶面积指数（Leaf area index,LAI）,研究覆膜因子对LAI及冠层反射率的影响,借助高光谱遥感技术获取了各生育期春玉米的冠层反射率,在对光谱数据进行预处理后,经相关性分析提取各覆膜处理LAI的敏感单波段、敏感植被指数和特征指数,据此构建了全生育期各覆膜处理下LAI的高光谱估算模型。结果表明,覆膜对LAI的影响主要在抽雄期之前,相同施肥水平下覆膜与无覆膜处理之间LAI的差异随生育期的推进呈先减小、后增大的趋势,其中苗期差异最大,覆膜比无覆膜处理LAI增加78%以上;各覆膜处理冠层反射率之间的差异由大到小为生育中期、生育末期、生育初期,覆膜主要影响玉米对绿光和红光的吸收。基于3个指标构建各覆膜处理下LAI的估算模型,以特征指数为因变量建立的模型对LAI的反演结果精度较高,其拟合和验证决定系数R2均在0.8以上,均方根误差RMSE为0.45~0.65cm2/cm2,剩余预测偏差RPD均大于2,由于覆膜的影响,无覆膜处理LAI反演精度高于覆膜处理。以特征指数NI(722,731)为自变量建立的所有处理的混合LAI估算模型表现了反演的优越性,能降低覆膜对LAI反演的影响。     

膜下滴灌水氮耦合对玉米光合特性的影响

通过大田试验设置水氮2因素3水平计9种组合处理,研究膜下滴灌水氮一体化施用条件下二因素不同用量对玉米灌浆前期穗位叶光合速率和蒸腾速率的影响效应及其他光合因子与光合速率的关系,寻求适宜松辽平原到内蒙古高原过渡地带的水氮施用量。结果表明:气孔导度、蒸腾速率与光合速率线性正相关,胞间CO_2浓度与光合速率线性负相关。灌水与施氮均能提高光合、蒸腾速率,灌水作用大于施氮。氮亏缺抑制光合速率的程度大于抑制蒸腾速率,灌水量的增加促进光合速率的程度小于促进蒸腾速率。生育期1 351~1 465 m~3/hm~2的低灌溉量阻碍氮对光合速率和蒸腾速率的作用,水分亏缺引起过量施氮的负效应。1 802~2 315 m~3/hm~2的中高灌溉量下氮效应显著,而施氮量由240 kg/hm~2增至288 kg/hm~2效应微弱。生育期施氮240 kg/hm~2与灌水1 802~2 315 m~3/hm~2可作为适宜的水氮耦合用量。     

滴灌水肥条件对樱桃产量、品质和土壤理化性质的影响

以樱桃果树为研究对象,通过滴灌对植株进行灌溉施肥,设置9个不同水、肥量的试验处理,测定了樱桃果园土壤水分和理化性质,同时测定不同处理下樱桃果实产量和品质,综合分析了土壤养分各指标与樱桃果实微量元素之间的线性关系,引入Spearman秩相关系数法对土壤养分各指标与果实品质各指标作了敏感性分析。结果表明:不同水分处理下,在樱桃整个生育期内,土壤含水率呈下降趋势,在灌水时期,灌水越多,浅层土壤含水率越高,而对较深层次土壤含水率无明显影响。试验处理下的水肥条件能显著提高樱桃果实品质,较高施肥量能提高果实果径;适当灌水量能显著提高果实硬度;较高施肥量和较低灌水量能降低可滴定酸含量;较低灌水量和施肥量能提高可溶性固形物含量;中等施肥量和较低灌水量能提高粗蛋白的含量;较低灌水量和较低施肥量能提高果实内维生素C含量;适当灌水量以及较低施肥量能提高可溶性总糖含量。土壤中铵态氮与硝态氮含量处于不稳定状况,养分变化无明显规律;土壤各养分指标中,有机质含量与果实内全铁含量正相关;有效铵态氮含量与全氯含量呈正相关;有效硝态氮含量与果实内全钙、全锌、全氯含量呈正相关;有效磷含量与全铁含量正相关;速效钾含量与全钙含量呈负相关。土壤养分中,铵态氮、硝态氮含量与果实品质中的大多数指标有着密切联系。     

病害胁迫下玉米LAI遥感反演研究

为了在病害发生条件下进行玉米LAI的遥感估算,针对41个不同抗性的玉米自交系品种,通过人工接种方法,获得了不同病害严重程度(1～9级)的LAI数据,同时采集了地面高光谱和无人机多光谱数据,构建了K近邻算法、支持向量机、梯度提升分类树和决策分类树分类模型对病害进行分类,对玉米种质资源抗病性进行了划分。基于不同玉米病害胁迫程度分类结果,采用随机森林回归、梯度提升回归树、极端梯度增强算法、轻量梯度提升机4种机器学习模型对玉米LAI进行反演,讨论了不同模型在病害胁迫下的鲁棒性。研究结果表明,对不同生育期玉米病害程度进行划分,基于地面高光谱识别精度分别为84.72%(梯度提升分类树)、47.67%(支持向量机)、55.05%(K近邻算法)、83.02%(决策分类树)。基于病害分类结果,本文利用无人机多光谱数据估算了不同病情等级胁迫下的玉米LAI。构建了4种集成学习模型对不同病情等级的LAI进行估算,4个LAI反演模型的总体反演精度(rRMSE)分别为：19.11%(梯度提升回归树)、15.94%(轻量梯度提升机)、14.51%(随机森林回归)和15.45%(极端梯度增强算法)。其中极端梯度增强算...     

农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应和模拟研究

为探究西北干旱地区农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应以及层状土壤中水分溶质运移和作物生长耦合模型(Layered soil water-solute transport and crop growth model,LAWSTAC)的适用性,设置3种水分处理W100、W70、W40,分别表示灌溉需水量的100%、70%和40%,于2018年在农业农村部作物高效用水武威科学观测实验站进行了大田试验。结果表明:在制种玉米生长苗期,单次灌水后,浅层(0~20 cm)土壤含盐量降低;经全生育期灌溉后,灌水量越大,浅层脱盐和深层积盐现象越明显。3种水分处理下灌水量越多的处理,制种玉米叶面积指数(LAI)和最终地上生物量越高,作物长势越好。LAWSTAC模型能较好地模拟农田水盐运移和制种玉米的生长过程;各处理LAI模拟值与实测值之间的决定系数R^2均为0.99,RMSE为0.20~0.87 cm^2/cm^2;各处理地上生物量的模拟值与实测值的R^2均为0.99,RMSE为1.62~3.57 t/hm^2,说明LAWSTAC模型可以较为准确地模拟制种玉米LAI、地上生物量的动态变化。0~80 cm土层贮水量的模拟结果表明,各处理R^2为0.41~0.61,RMSE为12~21 mm;0~80 cm土壤盐分质量浓度的模拟结果表明,各处理R^2为0.53~0.60,RMSE为1.37~2.56 g/L,效果较好。因此,LAWSTAC模型可为当地复杂土壤条件的农田进行生产力的初步预测与评估。     

地下水埋深与施氮水平对夏玉米生长及硝态氮量的影响

【目的】探讨华北地区夏玉米-冬小麦轮作体系下氮肥减施与地下水埋深的交互作用。【方法】借助大型地中渗透仪和Logistic作物生长模型,采用二因素完全随机区组设计:地下水埋深(G1:2.0 m、G2:3.0 m、G3:4.0 m),施氮量(N1:减氮20%、N2:常规施氮),以及不施氮不控水作为对照(WN),研究了华北地区地下水埋深和施氮水平组合对夏玉米生长、干物质量积累和硝态氮量的影响。【结果】所有处理夏玉米叶面积指数(LAI)在灌浆期最大,成熟期相同施氮水平,G1处理LAI显著高于G2、G3处理;N2水平下,G1处理玉米株高快速生长时间较G2、G3处理分别增加了3.99%、12.91%,但最大增长速率相对降低了9.69%、14.65%;N1水平下,G1处理籽粒干物质量显著高于G2和G3处理,N2水平下,G3处理籽粒干物质量显著高于G1和G2处理;N2水平下,G1处理硝态氮增量显著高于G2、G3处理,0~20 cm分别高出75.92%、90.03%,20~40 cm分别高出30.56%、130.95%。同一地下水埋深下,成熟期LAI表现为N2处理显著高于N1处理;0~20 cm与20~40 cm土层N2处理下硝态氮增量是N1处理的1.4~5.3倍和2.4~11.2倍;在G1水平下,N2处理株高快速生长期较N1处理增加了7.52%,而N1处理单株籽粒干物质量显著高于N2处理,高出9.13%;Person相关性分析表明,N2水平下,随着地下水埋深变化,0~40 cm土层硝态氮增量与产量显著负相关,R²为0.827~0.883。【结论】高氮与较浅地下水埋深组合促进了玉米营养生长,不利于玉米生殖生长和产量形成;低氮与浅地下水埋深组合有利于产量形成和减氮增效。     

基于双参数和Morlet多时间尺度特性的冬小麦单产估测

为进一步研究冬小麦在不同时间尺度下长势及产量变化情况,以陕西省关中平原为研究区域,选择与作物长势密切相关的条件植被温度指数（VTCI）和叶面积指数（LAI）作为研究指数,Morlet小波作为函数,利用小波变换和交叉小波变换分别分析不同时间尺度下冬小麦各生育时期VTCI和LAI与单产时间序列间的主振荡周期和共振周期。通过计算小波互相关度,确定各生育时期VTCI和LAI的权重,从而分别构建基于加权VTCI、加权LAI的单参数和双参数估产模型。结果表明,不同生育时期VTCI和LAI与单产间存在不同的主振荡周期和共振周期;通过小波变换构建的基于加权VTCI、加权LAI单产估测模型的归一化均方根误差（NRMSE）分别为16.88%、13.58%,决定系数（R2）分别为0.259、0.520,基于双参数的估产模型NRMSE为13.52%, R2为0.531,表明基于双参数估产模型精度更高。通过交叉小波变换构建的基于加权VTCI、加权LAI单产估测模型的NRMSE分别为16.83%、13.56%,R2分别为0.263、0.522,基于双参数的估产模型NRMSE为13.40%,R2为0.533,表明基于交叉小波构建的估产模型比基于小波变换的估产模型精度均有所提高。利用共振周期构建的双参数估产模型对关中平原2011—2018年冬小麦的单产进行估测,结果显示,产量分布呈现西部高东部低的空间分布特征。     

水-氮联合限制条件下对水稻生产模型ORYZA2000的验证与评价

介绍了水稻生长模拟模型ORYZA2000,并应用2002年水肥耦合试验资料,在水氮联合限制条件下对水稻生产模型ORYZA2000进行了参数校正,对模拟效果进行了图解分析和回归分析,结果表明,在水分平衡和氮素平衡条件下,ORYZA2000模拟水稻生物量、产量、氮素平衡以及田间水分平衡是可行的。该模型在水稻节水灌溉领域有很大的应用价值,为我国水稻节水灌溉向数字化发展提供了有利工具。     

Evaluation of the RZWQM-CERES-Maize hybrid model for maize production

The root zone water quality model (RZWQM) was developed primarily for water quality research with a generic plant growth module primarily serving as a sink for plant nitrogen and water uptake. In this study, we coupled the CERES-Maize Version 3.5 crop growth model with RZWQM to provide RZWQM users with the option for selecting a more comprehensive plant growth model. In the hybrid model, RZWQM supplied CERES with daily soil water and nitrogen contents, soil temperature, and potential evapotranspiration, in addition to daily weather data. CERES-Maize supplied RZWQM with daily water and nitrogen uptake, and other plant growth variables (e.g., root distribution and leaf area index). The RZWQM-CERES hybrid model was evaluated with two well-documented experimental datasets distributed with DSSAT (Decision Support System for Agrotechnology Transfer) Version 3.5, which had various nitrogen and irrigation treatments. Simulation results were compared to the original DSSAT-CERES-Maize model. Both models used the same plant cultivar coefficients and the same soil parameters as distributed with DSSAT Version 3.5. The hybrid model provided similar maize prediction in terms of yield, biomass and leaf area index, as the DSSAT-CERES model when the same soil and crop parameters were used. No overall differences were found between the two models based on the paired t test, suggesting successful coupling of the two models. The hybrid model offers RZWQM users access to a rigorous new plant growth model and provides CERES-Maize users with a tool to address soil and water quality issues under different cropping systems.