基于遥感影像植被指数变化量分析的冬小麦长势动态监测

为进一步探究利用中低分辨率影像监测小麦苗情的机理，丰富小麦长势动态监测的模式，结合2017-2018年定点观测试验，以GF-WFV数据为遥感影像源，研究了孕穗-开花期冬小麦主要长势变化量参数和产量及其与植被指数变化量间的定量关系，以逐步回归方法筛选目标长势变化量参数，分别构建及评价基于GF-WFV影像遥感植被指数变化量的孕穗-开花期叶片含氮量变化量和叶绿素含量变化量监测模型。结果表明，冬小麦叶片含氮量变化量（ΔLNC）和叶绿素含量变化量（ΔCHL）与产量密切相关，而孕穗-开花期的归一化植被指数变化量（ΔNDVI）、比值植被指数变化量（ΔRVI）分别与ΔLNC和ΔCHL相关性最好，因此选择这两个植被指数变化量作为敏感参量构建冬小麦长势监测模型。经验证，基于ΔNDVI和ΔRVI构建的长势线性模型可靠且精度高，其决定系数分别为0.70和0.64，均方根误差分别为0.39%和0.08 mg·L^-1FW。基于预测模型和实测数据分级量化表达冬小麦长势的空间分布状况，能够很好实现了基于GF-WFV时相影像长势不同等级的遥感监测。     

基于卫星遥感的冬小麦拔节期长势监测

为给小麦调优栽培提供信息支持,利用卫星影像信息结合地面试验数据,通过分析小麦拔节期叶面积指数、生物量以及植株氮素含量三个群体质量指标与植被指数之间的关系,建立了基于归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)的小麦群体质量指标监测模型.结果表明,NDVI与叶面积指数和植株氮素含量呈现显著的正相关关系(R2分别为0.8483和0.8238),与地上部生物量间的相关性未达显著水平(R2=0.7746).RVI与叶面积指数和植株氮素含量呈线性正相关(R2=0.7651和R2=0.78),而与地上部生物量呈显著线性正相关(R2=0.8277).利用不同的试验数据对所建模型进行了检验,监测值与实测值较为吻合,根均方差(RMSE)分别为0.19、106.13 kg·ha-1和0.136%,显示模型具有较好的监测性和通用性.因此,在拔节期可以利用NDVI对叶面积指数和植株氮素含量进行监测,对地上部生物量的监测则以利用RVI数据较好.     

多遥感光谱指标结合进行大田冬小麦叶片叶绿素含量估测研究

为解决大田冬小麦叶片叶绿素含量估测模型精度低、通用性弱的问题,在获取冬小麦拔节期和抽穗期冠层红光波段反射率(BR_red)和近红外波段反射率(BR_nir)的基础上,计算归一化差值植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、比值植被指数(RVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、改进型比值植被指数(MSR)、重归一化植被指数(RDVI)、II型增强植被指数(EVI2)和非线性植被指数(NLI)等8个植被指数。经统计分析,选择与叶片叶绿素含量(SPAD值)相关性较好的5个遥感光谱指标(NDVI、MSR、NLI、BR_red和RVI)作为输入变量,建立了冬小麦叶片叶绿素含量的BP神经网络估测模型(WWLCC_BP),并对估测模型进行精度验证。结果表明,WWLCC_BP估测模型在拔节期估测的决定系数(r²)为0.84,均方根误差(RMSE)为5.39,平均相对误差(ARE)为9.87%。抽穗期的估测效果与拔节期较为一致。将WWLCC_BP和高分六号影像...     

基于冠层反射光谱的夏玉米叶片色素含量估算模型研究

通过分析不同施氮水平下夏玉米叶片色素含量与冠层光谱反射率及其衍生的比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)、正交植被指数(MTVI2、MCARI2、SAVI、MSAVI)以及叶绿素吸收比值指数(CARI)之间的关系,建立夏玉米叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素a+b(Chl a+b)和类胡萝卜素(Car)含量估算模型。结果表明:NDVI与夏玉米叶片色素含量的相关性最好,RVI、RVI、CARI位居其次。通过逐步回归分析确立的夏玉米叶片Chla、Chlb、Chl a+b及Car含量的估算模型R2分别为0.790 8、0.832 4、0.808 8和0.761 7,说明利用冠层NDVI可以对夏玉米叶片Chla、Chlb、Chl a+b和Car含量进行可靠的监测。     

基于适宜尺度选择的冬小麦赤霉病遥感监测

为快速、准确获取江淮麦区县域冬小麦赤霉病发生信息,选用中、高空间分辨率卫星遥感影像做多尺度信息融合研究。在筛选适宜冬小麦田块分布特征的空间尺度遥感影像基础上,通过分析冬小麦长势指标和赤霉病病情指数之间的互作关系,构建基于多农学参数的冬小麦赤霉病估测模型,并对县域冬小麦赤霉病空间变化进行遥感监测。结果表明:(1)2m×2m、8m×8m和16m×16m三种空间尺度融合影像的均值相差不大,平均梯度和标准差存在明显差异。16m×16m融合影像的清晰度最好,信息量也多,比较适合研究区域冬小麦田块分布特征。(2)16m×16m融合影像提取的归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI)值明显高于2m×2m和8m×8m融合影像,说明16m×16m融合影像光谱信息量较丰富,有利于冬小麦的识别。(3)冬小麦叶面积指数、叶片叶绿素含量和地上部生物量是影响赤霉病发生的主要长势指标。基于主要长势指标构建冬小麦赤霉病估测模型,平方根误差(REMS)为10.5%,相对误差为14.6%。该方法可以实现对县域冬小麦赤霉病空间变化的有效监测。     

冬小麦返青期主要生长指标的HJ-1A/1B遥感影像监测

为进一步深化作物长势遥感监测机理与方法,给大田管理及时提供信息与技术,结合2011-2013年定点观测试验,以HJ-1A/1B数据为遥感影像源,研究了返青期冬小麦主要生长指标、籽粒品质参数和产量间及其与遥感变量间的定量关系,分别构建及评价基于HJ-1A/1B影像遥感变量的返青期叶面积指数、生物量、SPAD值和叶片含氮量监测模型。结果表明,返青期,归一化植被指数（NDVI）、比值植被指数（RVI）、蓝光波段反射率（B₁）和RVI可分别作为监测冬小麦叶面积指数、生物量、SPAD和叶片含氮量的敏感遥感变量,所构建的遥感监测模型可靠且精度较高,模型的决定系数（R²）分别为0.62、0.56、0.46和0.58,均方根误差（RMSE）分别为0.42、452.3 kg·hm^-2、4.39和0.54%。同时,对冬小麦不同等级主要生长指标进行遥感监测并制图,量化表达了主要生长指标区域空间分布。     

SPOT-5与HJ遥感影像用于冬小麦氮素监测的效果对比

为探讨HJ遥感影像对冬小麦氮素监测的适用性,利用同期获取的SPOT-5和HJ-1B遥感影像,结合同步地面取样测试,从传感器的光谱响应、监测模型精度以及叶片氮含量空间填图3个方面,对冬小麦氮素的遥感影像监测效果进行了分析与评价.结果表明,两类遥感影像的3个波段反射率及植被指数与小麦叶片氮含量均密切相关,其中,SPOT-5影像的最优模型植被指数为GNDVI(绿色归一化植被指数),HJ-1B影像的最优模型植被指数为NDVI(归一化植被指数),SPOT-5影像在监测精度上优于HJ-1B影像,但差别不大.填图结果表明,除地块较破碎地带外,利用HJ-1B影像反演填图所得的小麦叶片氮含量在空间分布上与SPOT-5影像结果比较一致.说明利用SPOT-5与HJ遥感影像监测小麦氮素营养状况都是可行的,而HJ遥感影像在一定精度要求范围内能够替代SPOT-5等遥感影像的监测效果.     

关中冬小麦叶片氮素含量高光谱遥感监测模型

为给黄土高原大范围的冬小麦氮素营养遥感监测提供理论依据,通过田间试验,研究了冬小麦叶片氮素含量遥感监测的最佳生育时期、最敏感波段及其他最优光谱参量。结果表明,灌浆期是利用高光谱遥感监测冬小麦叶片氮素营养状况的最佳生育时期;在拔节、抽穗和灌浆期680nm波段光谱反射率R680均能较好地反映冬小麦叶片氮素含量,基于光谱位置以及叶面积指数的光谱参量也能较好地反映冬小麦叶片氮素含量。拔节期、抽穗期和灌浆期分别以680nm波段光谱反射率R680、绿峰反射率Rg和植被指数(SDr-SDb)/(SDr+SDb)对小麦叶片氮素含量的拟合效果最佳,其回归方程分别为Y=27.54-280.247 X+1456.245 X2、Y=8.632 X-0.24和Y=25.83 X1.012。     

基于生态因子的冬小麦产量遥感估测研究

为提高冬小麦遥感估产的精确性与适用性,在河南省的孟州市和沁阳市利用GPS定位布设田间试验,利用P-6卫星数据进行了冬小麦遥感估产研究.通过对遥感植被指数和冬小麦长势与产量GPS定位数据的综合分析,基于遥感影像信息获取的瞬时性和准确性,结合小麦灌浆期生态条件对小麦产量形成的影响,利用开花期遥感影像归一化植被指数(NDVI)和灌浆期生态因子(气温、日照、氮素营养、土壤水分)建立了冬小麦产量遥感估测模型,并检验了该模型的可靠性.结果表明,模型预测值与实测值较为一致,利用开花期遥感影像NDVI和灌浆期生态数据估测冬小麦产量的RMSE值为369.27 kg·ha-1,相对误差为6.45%.模型估测性能好,且具有一定的解释性.     

遥感光谱指标和神经网络结合的冬小麦地上部生物量估测

为探讨基于神经网络对小麦地上部生物量（aboveground biomass,AGB）进行遥感估测的可行性,在江苏省泰州泰兴市、盐城大丰区和宿迁沭阳县布设冬小麦大田试验,在对冬小麦近红外波段反射率（near-infrared band reflectance,REF_nir）、红光波段反射率（red band reflectance,REF_red）、归一化差值植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、差值植被指数（difference vegetation index,DVI）、比值植被指数（ratio vegetation index,RVI）、土壤调节植被指数（soil adjusted vegetation index,SAVI）和优化土壤调节植被指数（optimized soil adjusted vegetation index,OSAVI）等7个遥感光谱指标与冬小麦生长指标（LAI和AGB）进行相关性分析基础上,构建基于BP神经网络的冬小麦AGB估测模型,并与多元线性回归估测模型进行精度比较。结果表明,冬小麦拔节期REF_red、NDVI、RVI、SAVI、OSAVI和LAI与AGB之间存在较好相关性,其中LAI与AGB的相关性最高（相关系数为0.782）,SAVI与AGB的相关性最低(相关系数为0.647)。利用BP神经网络建立的冬小麦AGB估测模型AGB_BP的决定系数（r）为0.918,均方根误差（root mean square error,RMSE）为582.9 kg·hm^-2,平均相对误差（average relative error,ARE）为18.4%。利用多元线性回归分析建立的冬小麦AGB估测模型AGB_RA的r为0.784,RMSE为871.1 kg·hm^-2, ARE为32.6%。利用冬小麦抽穗期AGB实测数据再对模型AGB_BP和AGB_RA进行验证,其RMSE分别为1 140.4和1 676.7 kg·hm^-2, ARE分别为20.5%和33.1%。由此可以看出,冬小麦估测模型AGB_BP精度优于模型AGB_RA,说明利用多个遥感光谱指标结合LAI建模可以有效提高冬小麦AGB的估测精度。     

手持式植物冠层光谱测定仪在黄淮海平原地区冬小麦氮肥精准管理中应用的初步研究

通过应用手持式植物冠层光谱测定仪对冬小麦Feekes6生育期的冠层归一化植被指数（NDVI）和地上部氮素营养状况的测定，探讨了NDVI与小麦氮素营养状况之间的关系，旨在为手持式植物光谱测定仪在黄淮地区冬小麦氮肥精准管理中的应用提供依据。结果表明。小麦冠层NDVI值与同一时期植物干重产量、地上部氮素积累量间存在显著相关性（P〈0．01）；同时。Feekes6生育期冬小麦冠层NDVI值与收获期籽粒产量、地上部氮素积累量、籽粒氮素积累量之间存在显著相关性（P〈0．01）。对于地上部氮素积累量、籽粒氮素积累量与Feekes6生育期NDVI的关系，不同类型的拟合方程对比表明，直线方程比多项式、幂、指数和对数方程拟合结果的显著性更高。Feekes6生育期的红光／近红外比值（Red／NIR）与Feekes6生育期、收获期的作物产量、氮素积累量间也存在显著相关性。本文还讨论了利用Feekes6生育期NDVI值预测出的Feekes6生育期和收获期的作物地上部氮素积累量之差来计算冬小麦氮素追施量的方法。以上结果表明,黄淮海平原地区冬小麦Feekes6生育期冠层NDVI值和Red／NIR值可用于冬小麦的氮素精准管理。     

玉米秸秆还田条件下冬灌时间与施氮方式对冬小麦生长发育及水肥利用效率的影响

为给玉米秸秆还田条件下冬小麦的水氮运筹提供依据,以小麦品种临优2069为材料,研究了山西省小麦-玉米一年两熟区玉米秸秆还田条件下冬灌时间和施氮方式对冬小麦生长发育及水氮利用效率的影响。结果表明,随着冬前灌水时间的推迟,小麦总茎数、单株分蘖数、成穗数、产量、籽粒水分生产率、氮肥表观利用率均呈先升高后降低趋势,以11月25日冬灌的最高。在施氮量相同条件下,氮肥一次性底施(N10∶0)的拔节期总茎数、成穗数、产量、籽粒水分生产率和氮素吸收量、表观利用率高于氮肥70%底施+30%拔节期追施(N7∶3)处理,冬前总茎数、单株分蘖数则相反。冬前灌水时间提前和氮肥一次性底施有利于提高小麦前期单株干重;冬前灌水时间推迟和后期追氮则有利于灌浆期穗部和总干物质的积累。因此,山西省小麦-玉米一年两熟区,秸秆还田条件下氮肥采取一次性底施,并于11月25日冬灌,可实现冬小麦的高产高效栽培。     

春季低温阴雨对小麦产量性状的影响

通过对49个供试小麦品系穗部性状的考察分析,以及对长沙地区2009年春季气候变化的深入研究,从小麦生长发育的特性出发,探讨春季低温阴雨的气候条件对小麦产量性状的影响,结果表明,小麦穗分化中后期(拔节至孕穗)是小麦生长发育的关键时期,而这一时期的异常气候,使小麦受到严重湿害和低温冷害,表现为小花退化增多,可孕小花数和实粒数减少,结实率大幅降低,以致造成重大产量损失。     

冬小麦粒重形成与生育中期气象条件关系的研究

本文通过１９７４～１９９２年对小麦粒重形成与生育中期（拔节至抽穗）气象条件关系的研究,认为小麦开花后不久其粒重在年际间已有明显差异;小麦生育中期气象条件是影响早期粒重的重要因素,其中温度是影响的主导因素。每天日照在６ｈ以上易形成早期高粒重;降雨分布在该阶段的两端,有利于形成早期高粒重,这与生产上重视拔节与孕穗水是一致的;在早期粒重高的年份,最终粒重常常也高,因此,在生产实践中,采取有效措施提高早期     

不同生育时期叶面喷施奇善宝对冬小麦产量及品质的效应

为了解海洋寡糖复合制剂奇善宝在小麦上的应用效果,2011-2013年以小麦品种中麦349为材料,研究了返青、拔节和孕穗期叶面喷施奇善宝对冬小麦产量及品质的影响。结果表明,叶面喷施奇善宝使冬小麦增产2.9%~11.3%,效果明显,增产的主因是显著增加了穗粒数和千粒重。喷施奇善宝对冬小麦部分品质性状影响显著,其中使籽粒容重、硬度、蛋白质含量和面粉湿面筋含量分别较对照提高0.1%~0.8%、1.0%~5.3%、0.3%~3.3%和0.4%~5.1%,使面团稳定时间和延展性分别下降3.5%~5.8%和2.3%~5.2%。增产效果以返青期和拔节期喷施最佳,返青期喷施对改善品质效果最佳。     

不同时期旱地冬小麦品种更替过程中灌浆特性研究

为了解旱地小麦品种更替过程中灌浆特性的变化,以8个不同年代的旱地冬小麦品种和1个水地冬小麦品种为材料,在干旱和灌水两种水分处理下,比较了不同小麦品种间籽粒灌浆特性及产量差异。结果表明,小麦籽粒产量和千粒重随品种更替逐渐增加,灌浆速率和灌浆天数也呈增长趋势。干旱处理后,冬小麦的灌浆天数相对缩短,且现代品种的降低幅度较早期品种小;早期品种平均灌浆速率略有下降,现代旱地品种长武134和长旱58则得到提高。在灌水处理下水地品种西农9871的千粒重明显高于干旱处理,旱地品种在两种处理间差异不显著。这说明灌浆速率的提高和灌浆天数的延长是现代旱地品种具有较高粒重和产量的主要原因。     

冬小麦不同生长阶段气象因素对产量影响的双重量化分析

为探究冬小麦各生育期的气象因素对其产量的影响程度,根据黄淮海冬小麦物候图将冬小麦生育期划分为9个生长阶段,选取河南省2005-2015年冬小麦的产量数据和日平均气象观测数据,利用指数平滑法计算出冬小麦的气象产量,建立气象影响因素集和灰色关联分析模型,双重量化分析河南省冬小麦不同生长阶段气象因素对产量的影响程度。结果表明,单重量化分析时,在播种期、分蘖期、越冬期和灌浆期,平均相对湿度对冬小麦气象产量影响最大;在返青期、拔节期和成熟期,平均风速对冬小麦气象产量影响最大;出苗期日平均气温对冬小麦气象产量影响最大;抽穗期光照时长对冬小麦气象产量影响最大。双重量化分析时,出苗期平均气温和日最高气温、分蘖期和越冬期平均相对湿度、拔节期平均风速对冬小麦气象产量影响较大。     

冬小麦不同冠层叶片光合蒸腾和水分利用效率变化特征及对灌溉的响应

为了解冬小麦不同冠层叶片光合和蒸腾作用特征以及随水分条件的变化规律,通过田间试验,以冬小麦京冬22为试验材料,设置0 mm（T₀）、220 mm（T₁）、280 mm（T₂）3种水分处理,比较分析了冬小麦不同冠层叶片净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率对光合有效辐射和灌溉响应的差异。结果表明,三种水分处理下,冬小麦不同冠层叶片的蒸腾速率和光合速率随光合有效辐射的增加而增加,随后趋于平缓。不同冠层叶片蒸腾速率、光合速率对光合有效辐射的响应表现为上层>中层>下层;不同冠层叶片WUE对光合有效辐射的响应表现为上中层>下层。光合有效辐射相同时,灌水处理（T₁和T₂）的叶片光合蒸腾速率均高于不灌水处理（T₀）。T₁、T₂处理下,叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>抽穗期>成熟期>拔节期,蒸腾速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为抽穗期>灌浆期>拔节期>成熟期;T₀处理下,叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>拔节期>抽穗期>成熟期,蒸腾速率对光合有效辐射响应在冬小麦整个生育期内表现不显著。因此,在进行小麦叶片到单株光合蒸腾尺度拓展估算时,应考虑冠层位置和水分条件对拓展结果的影响。     

测墒补灌条件下深松和耙压对冬小麦耗水特性和产量的影响

为探索适于冬小麦高产节水的耕作模式,通过裂区试验,在小麦全生育期不灌溉、拔节期和开花期测墒补灌两种水分管理方式下,设置旋耕、深松+旋耕、深松+旋耕+耙压2遍共3种耕作方式,研究了测墒补灌条件下深松和耙压对冬小麦耗水特性和籽粒产量的影响。结果表明,深松能明显促进小麦拔节后对0~200cm土层土壤贮水的吸收,显著提高产量和水分利用效率。与深松+旋耕处理相比,深松+旋耕+耙压2遍处理显著减少小麦播种至越冬前对土壤水分的消耗,在全生育期无灌水的条件下总耗水量减少,籽粒产量和水分利用效率明显提高;在小麦拔节期和开花期测墒补灌条件下,深松+旋耕+耙压2遍处理小麦在拔节至开花期和开花至成熟期的阶段耗水量和日耗水量明显提高,籽粒产量显著增加,水分利用效率无显著变化。