不同生育期冬小麦叶面积指数高光谱遥感估算模型

基于地面实测的冬小麦的生理生态参数数据和冠层光谱数据,分析返青期、拔节期、抽穗期、开花期冬小麦叶面积指数与原始光谱及其一阶微分的相关性,并构建基于等效TM数据的植被指数,建立不同生育时期的冬小麦叶面积指数(LAI)的高光谱遥感估算模型。结果表明:(1)返青期、拔节期、抽穗期的冬小麦LAI与原始光谱相关性较好,在400~720 nm波长范围内呈负相关,在720~900 nm之间呈正相关,开花期的冬小麦LAI与冠层光谱相关性较差;(2)返青期、拔节期冬小麦LAI与光谱一阶微分显著相关,分别在480~540 nm、550~580 nm形成波峰、波谷,在670~760 nm范围内形成"平台",相关系数达到0.8以上,但抽穗期、开花期LAI与光谱一阶微分的相关性较差;(3)在等效植被指数与返青期、拔节期和抽穗期LAI建立的回归模型中,分别使用m SRI、RVI与MSAVI2建立的幂函数模型或指数模型最佳,最优模型分别为y=0.053e4.962x,y=0.409x0.828,y=18.687x3.061,对应的r2分别为0.589、0.648、0.694,开花期不适宜使用等效植被指数建立遥感监测模型。     

GF-1影像遥感监测指标与冬小麦长势参数的关系

为了分析高分一号卫星(GF-1)影像在冬小麦长势监测中的有效性和适宜性,以建湖县冬小麦为研究对象,选取12个植被指数作为遥感监测指标,运用回归分析法探讨遥感监测指标与地面实测冬小麦长势参数的关系,并以回归模型的决定系数(R~2)作为反演精度的评价指标。研究发现,叶面积指数(LAI)、密度和生物量的反演精度较高,其中LAI的反演精度在拔节期最高[监测指标:红蓝色归一化植被指数(RBNDVI),R~2:0.689 4],密度的反演精度在拔节期最高[监测指标:优化的土壤调节植被指数(OSAVI),R~2:0.543 8],生物量的反演精度在孕穗期最高[监测指标:归一化植被指数(NDVI),R~2:0.448 6],说明GF-1影像适合在拔节期进行冬小麦LAI、密度的监测,在孕穗期进行生物量监测。土壤含水量、株高和叶绿素含量(SPAD值)的反演精度较差,最佳回归模型的R~2皆低于0.360 0,说明所选的12个遥感监测指标不适合反演这3个长势参数。除乳熟期外,其他4个生育期中都是LAI的反演精度最高,可见GF-1影像的遥感监测指标与LAI的相关性最好,反演精度最高。本研究结果说明,在进行冬小麦长势监测时,不同的生育期需要采用不同的监测指标,同时GF-1影像则更适合在拔节期和孕穗期进行冬小麦的长势监测。本研究结果在一定程度上为GF-1影像在农情遥感监测中的应用提供了科学依据。     

基于冠层时序植被指数的冬小麦单产预测

【目的】研究冬小麦冠层时序植被指数的动态变化规律并基于其构建单产预测模型,为田间实时、准确获取作物单产信息提供有效的技术手段。【方法】本研究于2017—2019年在江苏省兴化市万亩粮食产业园开展不同品种及氮肥水平的田间小区试验,利用主动传感器RapidSCAN CS-45获取冠层归一化红边植被指数(normalized difference red edge,NDRE)和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),基于双Logistic函数拟合时序植被指数并提取曲线特征参数,进而分析各特征参数与单产的相关关系,并以独立试验数据对单产预测模型进行验证。【结果】NDRE在孕穗期和抽穗期与单产关系最好,R~2达到0.84以上;通过多元逐步线性回归法发现,利用2个或多个时期NDRE预测单产的效果较单生育时期有所提高,且第一和第二被选择的时期分别为拔节期和孕穗期。基于全生育时期相对NDRE(relative NDRE,RNDRE)和相对NDVI(relative NDVI,RNDVI)构建时序曲线,并利用曲线特征参数建立单产预测模型,其中RNDRE和RNDVI的最大值、累积值及增长速率与单产关系较好。利用独立试验数据对上述单产预测模型进行检验,结果表明基于RNDRE时序曲线最大值和累积值所构建的单产模型验证效果较好,R2~大于0.80,相对均方根误差和相对误差均小于10%,其验证效果优于单时期或多时期基于NDRE的预测模型,且优于基于NDVI构建的单产模型。【结论】基于冠层时序植被指数提取的特征参数RNDRE最大值和累积RNDRE具有良好估测单产的潜力,研究结果为田间进行实时、准确预测冬小麦单产提供了技术支持。     

限量灌溉对冬小麦农艺性状与水分利用效率的影响

对冬小麦不同生育时期进行水分控制,研究灌水量、灌水时间对冬小麦农艺性状和水分利用的影响。结果表明,不同生育时期灌水处理的冬小麦农艺性状得到有效改善,其中拔节期灌水能提高冬小麦的穗数和水分利用效率,孕穗期灌水能提高水分利用效率,灌浆期灌水能增加千粒重,拔节期是限量灌溉的最佳生育期。与对照相比,不同灌水时间和灌水量处理分别增产9.49%～29.64%,并以拔节期灌600m3/hm2水和灌浆期灌300m3/hm2的处理增产效果最好;水分利用效率分别提高7.8%～22.7%,并以拔节期灌300m3/hm2+孕穗期灌300m3/hm2的处理水分利用效率最高,为15.7kg/(hm2.mm)。     

水旱地冬小麦植株氮素含量的高光谱监测

作物氮素状况是评价作物长势的关键指标之一,利用高光谱技术对水旱地植株氮素含量进行监测具有重要的实践意义。通过研究闻喜县水旱地小麦植株氮含量与叶面积指数(LAI)的定量关系,探索建立以LAI为中间变量的水旱地冬小麦氮素含量的监测模型的可行性。结果表明,水旱地冬小麦不同生育时期LAI特征波段不同,LAI与植被指数FDDVI,FDNDVI和FDMSAVI的相关性均好;冬小麦LAI与植株氮素含量在拔节期、抽穗期和灌浆期3个主要的生育时期均达到较好的相关性;水地冬小麦以FDNDVI(770,688 nm)为自变量建立的植株氮素含量监测模型最优,R2=0.849 9,RE=0.220 8,RMSE=0.060 2,RE和RMSE最小,预测性最好;旱地冬小麦以FDDVI(771,685 nm)为自变量建立的植株氮素含量监测模型最优,R2=0.802 9,RMSE=0.032 6,RE=0.17。研究结果可为实现水旱地冬小麦氮素的准确、快速、大面积的监测提供新的途径。     

不同质地潮土冬小麦SPAD值在氮素营养诊断上的应用研究

为建立不同质地潮土冬小麦氮素营养诊断指标,以豫农949和豫麦49为供试材料,在砂质和壤质潮土上,设置5种施氮水平,分别为0、90、180、270和360 kg·hm(~-2),研究不同施氮水平对冬小麦产量和叶片SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值的影响。结果表明,在2种类型潮土上,2个冬小麦品种的产量均随施氮量的增加先增加后降低,壤质潮土上2个冬小麦的产量显著高于砂质潮土。2个冬小麦品种在砂质潮土上拔节期顶1叶、孕穗期顶1叶和顶2叶的SPAD值与产量显著相关,在壤质土壤上返青期顶1叶、孕穗期顶1叶和孕穗期顶2叶的SPAD值与产量显著相关。拔节期顶1叶、孕穗期顶1叶和顶2叶的SPAD值可以作为砂质潮土上冬小麦氮素营养的诊断时期和部位,诊断临界值为47.06、44.95和45.08。返青期顶1叶、孕穗期顶1叶和孕穗期顶2叶的SPAD值可以作为壤质潮土上冬小麦氮素营养的诊断时期和部位,诊断临界值为54.80、52.58和55.01。     

基于LST/VI的冬小麦农田含水量监测研究

利用MODIS数据提取了7种不同植被指数(LST/VI)作为遥感参数,将其与地面实测含水量进行相关性分析,探索不同植被指数与土壤、植株含水量的关系,旨在为山西省冬小麦农田含水量监测提供科学依据。结果表明:与植被供水指数相比,LST/DVI和LST/RDVI在拔节期进行冬小麦干旱监测较好;而在抽穗期LST/PVI、LST/SAVI可代替LST/NDVI来监测冬小麦干旱;成熟期利用LST/PVI进行干旱监测,其效果明显好于LST/NDVI。     

基于冠层时序植被指数的冬小麦单产预测

【目的】研究冬小麦冠层时序植被指数的动态变化规律并基于其构建单产预测模型,为田间实时、准确获取作物单产信息提供有效的技术手段。【方法】本研究于2017—2019年在江苏省兴化市万亩粮食产业园开展不同品种及氮肥水平的田间小区试验,利用主动传感器RapidSCAN CS-45获取冠层归一化红边植被指数（normalized difference red edge,NDRE）和归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）,基于双Logistic函数拟合时序植被指数并提取曲线特征参数,进而分析各特征参数与单产的相关关系,并以独立试验数据对单产预测模型进行验证。【结果】NDRE在孕穗期和抽穗期与单产关系最好,R²达到0.84以上;通过多元逐步线性回归法发现,利用2个或多个时期NDRE预测单产的效果较单生育时期有所提高,且第一和第二被选择的时期分别为拔节期和孕穗期。基于全生育时期相对NDRE（relative NDRE,RNDRE）和相对NDVI（relative NDVI,RNDVI）构建时序曲线,并利用曲线特征参数建立单产预测模型,其中RNDRE和RNDVI的最大值、累积值及增长速率与单产关系较好。利用独立试验数据对上述单产预测模型进行检验,结果表明基于RNDRE时序曲线最大值和累积值所构建的单产模型验证效果较好,R²大于0.80,相对均方根误差和相对误差均小于10%,其验证效果优于单时期或多时期基于NDRE的预测模型,且优于基于NDVI构建的单产模型。【结论】基于冠层时序植被指数提取的特征参数RNDRE最大值和累积RNDRE具有良好估测单产的潜力,研究结果为田间进行实时、准确预测冬小麦单产提供了技术支持。     

基于双波段光谱仪CGMD-302的小麦叶面积指数和叶干重监测

为探究双波段光谱仪CGMD-302在监测小麦长势上的可靠性与精准性,同时使用高光谱仪UniSpec SC与双波段光谱仪CGMD-302测试各生育时期小麦冠层信息,并定量分析了植被指数NDVI、RVI、DVI与叶面积指数和叶片干重之间的线性关系。结果表明,基于相同波段反射率计算出的高光谱仪植被指数和双波段光谱仪植被指数均能较好监测小麦群体长势。在CGMD-302监测的叶面积指数模型中,拟合方程的决定系数(R~2)均高于0.89,用以检验模型的均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)分别小于0.792和0.225;叶片干重模型中,决定系数(R2)均高于0.85,用以检验模型的均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)分别小于440kg/hm~2和0.239。通过分析发现,施氮270kg/hm~2既能保证产量又能兼顾品质,可作为适宜施氮量。适宜施氮量下,拔节期和孕穗期小麦适宜叶面积指数分别为:3.65±0.09和5.95±0.32;适宜叶干重分别为:(1 554±168)和(2 231±130)kg/hm~2。结合CGMD-302监测模型可推算出拔节期和孕穗期适宜冠层群体的植被指数区间并应用于冠层群体诊断。     

夏播小黑麦生育期品质变化规律研究

为保持和提高小黑麦优良品质,选择10个小黑麦品系,研究其在孕穗期、抽穗期和开花期品质和产量的变化规律。结果表明,小黑麦不同生育期的粗蛋白质含量不同,随生育时期不断变化逐渐降低,孕穗期最高,开花期时最低。不同生育期粗纤维含量不同,抽穗期粗纤维含量最低。不同生育期粗脂肪含量不同,随生育时期不断变化逐渐升高,孕穗期最低,开花期时最高。不同生育期产量不同,在抽穗期产量达到最高。建议夏播小黑麦在孕穗期和抽穗期之间刈割,做到产量和品质兼顾。综合鲜草产量和营养物质产量表现,小黑麦品系黑6-2表现最优。