不同水分条件下棉花光谱数据对冠层叶片温度的响应特征

利用Fluke热像仪和ASD地物非成像高光谱仪,分别记录棉花新陆早33号、13号2个品种、4个水分处理、5个关键生育时期的冠层红外热图像和反射光谱数据;在红外热图像上提取棉花冠层受光叶片的温度,同时处理高光谱数据获得归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、红光620 nm和近红外850 nm波段的反射率(ρ620,ρ850)。分析表明,棉花2个品种4个水分处理的冠层叶片温度(TL)在盛花期、盛花结铃期较高,在盛铃期达到最大值,在开花期和吐絮初期较低;棉花受到水分胁迫,冠层近红外波段光谱的反射率降低,红光波段的反射率升高,NDVI和RVI变小,TL升高;在充分灌溉条件下棉花近红外、红光波段的光谱反射率、NDVI和RVI及TL则与水分胁迫处理的表现相反。和620 nm和850 nm波段反射率与TL的线性相关比较,棉花NDVI和RVI与TL的线性相关性更强。研究表明,将红外热图像和高光谱遥感技术相结合,具有实时、非破坏性地监测棉花水分状况的潜力。     

早熟、机采杂交棉F1、F2不同果枝层位纤维品质分析研究

为探索自育杂交种‘新陆早70号’F₁、F₂之间纤维品质存在的差异性。2014—2015年以‘新陆早70号’为试验品种,通过田间试验,定点定株取样,取不同果枝层位正常吐絮棉铃,分别对‘新陆早70号’F₁、F₂的纤维品质指标进行了检测。结果分析表明,F₁、F₂纤维长度、比强度、麦克隆值、整齐度、伸长率、纺纱均匀性指数6项品质指标平均数间无显著差异,且次数分布走向基本一致。F₁、F₂纤维品质指标均以棉株中部第4~6层表现最优,其次是第7~8层,第1~3层最次。纤维品质F₁群体中较优的个体数明显多于F₂,F₂群体表现为纤维品质范围出现向两极分化的趋势,品质较优的纤维个体数减少,品质较劣个体数略有增加。     

棉花苗期氮营养高效品种筛选

以33个棉花品种（系）为材料,采用温室苗期水培方法,在低氮和正常供氮2个水平下,对耐低氮棉花基因型的筛选指标进行了分析,并对氮高效型品种进行了筛选。结果表明,相对整株干重与相对氮积累量呈极显著正相关（r=0.946**,N=33,P<0.01）,与相对氮利用效率呈显著正相关（r=0.432*,N=33,P<0.05）,说明整株干重可作为棉花苗期氮高效基因型筛选的主要指标,相对氮积累量与相对氮利用效率呈显著正相关（r=0.445*,N=33,P<0.05）,这2个指标可作为苗期筛选的辅助指标。不同棉花品种的耐低氮能力不同,其中新陆早12号、新陆早21号、新陆早32号、新陆中26号、新陆中31号、新海25号品种的相对整株干重较高,具有在低氮条件下氮积累干物质能力强,氮利用效率较高等特点;炮台一号、新陆早19号、新陆早36号、A杂交铃、新海3号、新海13号为氮低效基因型品种,具有正常氮条件下干物质积累较少、吸氮能力相对较弱等特点。通过对不同时期苗期水培试验,在正常和缺氮条件下对不同棉花基因型形态和生理指标进行了分析比较,初步探讨了氮高效的机理,以为棉花优质、高产、高效栽培和棉花氮素高效利用品种的选育提供理论依据。     

棉花苗期耐低氮基因型初步筛选

【目的】筛选耐低氮的棉花品种(系),挖掘棉花自身吸收利用氮素的潜力。【方法】以三大棉区不同年代有代表性的270个棉花品种为材料,利用沙培的试验方法,分析其在低氮和适氮两个水平下主要农艺性状的差异及相关性,通过主成分分析和隶属函数法筛选耐低氮品种。【结果】270个供试品种的7个农艺性状在不同供氮水平下变异系数较大,除SPAD值和低氮水平第一批的根干物质质量和总干物质质量外,变异系数都达到10以上,氮积累量变异系数达到60.02。第一批的SPAD、叶面积、根干物质质量相对值的最大值大于80%,第三批和第四批的SPAD、株高、根干物质质量、地上部干物质质量、总干物质质量相对值的最大值大于80%,说明所选材料中存在低氮水平下长势良好即耐低氮品种。【结论】初步筛选出中棉所35、中棉所69、豫棉12、新陆早12号、新陆早23号等32个耐低氮品种;筛选出中棉所64、中662、新陆中15号、新陆早53号等32个氮胁迫敏感型品种。     

基于红边参数的棉花冠层叶片氮积累量之估算研究

测试了棉花2个品种4水平种植密度的4个关键生育时期冠层反射光谱,应用微分技术处理棉花冠层反射光谱,提取了红边(680～750nm)波段范围的最大一阶微分值(Dr)和红边面积(SDr)参数。分析了棉花冠层红边参数在不同生育期的变化特征和棉花吐絮期的两种生长类型的冠层红边状况,表明红边位置可以指示它们的氮素状况。以新陆早8号的SDr为自变量与对应的LNA为因变量进行相关分析,SDr与冠层LNA达1%极显著相关(R=0.9186**,n=32),利用其构建的模型方程估算新陆早6号的LNA,实测LNA和估测LNA的估计标准差为0.8909g/m2,估算精度为88.1%(R=0.9277**,n=32),说明采用高光谱提取的红边参数信息是无损实时、快捷评价棉花氮素状况的有效方法。     

基于耐低氮综合指数的棉花苗期耐低氮品种筛选

在棉花生产中,氮肥的过量施用,不仅增加了生产成本,还造成了氮肥的大量流失,对环境造成了破坏。筛选耐低氮棉花品种是解决该问题的有效途径之一。本研究以21个在我国各大棉区主栽的棉花品种为试验材料,采用苗期土培的方式,设置正常氮(138 mg kg^–1)和低氮(0 mg N kg^–1) 2个处理,测定了23个农艺性状,采用主成分分析、模糊隶属函数、聚类分析、相关性分析评价各品种的耐低氮能力。结果表明,所测定的大部分性状的变异系数均大于10%,说明所选择品种具有很好的代表性。根据主成分分析和相关性分析得出作为棉花低氮耐受性评价的7个性状,分别为根长、根表面积、根体积、地上部干重、总干重、实际光化学效率、最大光化学效率。根据耐低氮综合指数,筛选出鲁无403、新海12号、中棉所64号、新陆早23号4个耐低氮品种,丰抗棉1号、TM-1、农大棉601、中棉所35、新陆早53号5个低氮敏感型品种。4个耐低氮品种的耐低氮综合指数介于0.5723～0.6818,而5个低氮敏感型品种的耐低氮综合指数介于0.2914～0.3962。本研究提出的基于耐低氮综合指数的筛选...     

棉花苗期氮效率对其产量性状和品质性状的影响

为探明不同棉花品种的氮营养代谢特性和培育氮高效棉花品种提供参考,以30个棉花品种为材料,设置施氮和不施氮两个处理,采用漂浮育苗法培育棉苗,对其苗期的氮效率进行了比较研究,并对各品种棉花的产量性状和纤维品质也进行了测定。结果表明,在氮胁迫情况下,棉花苗期植株的叶绿素含量、含氮量、氮积累量及叶绿素饱和ETR值都产生明显的降低趋势;根据苗期测定的20个指标进行的主成分分析结果表明,前3个主成分的累积方差贡献率已达到80%以上,棉苗三叶一心时期的总相对干重、总氮积累量、地上部含氮量、地上部相对含氮量,地下部含氮量和地下部相对含氮量等6个指标可代表所有供试品种所有参评性状的绝大部分信息;根据这6个指标对这30个棉花品种进行了聚类分析,同时根据这些品种的大田产量性状和纤维品质性状也进行了聚类分析,通过对这3种不同聚类结果的综合分析表明,棉花苗期氮效率与成熟后的产量和纤维品质是有一定的影响,苗期氮效率高的‘鄂棉14’、‘泗棉4号’、‘湘棉10号’、‘衡棉4号’和‘川棉56’等棉花品种,成熟后的产量高,纤维品质也相对优良,而‘鲁棉12号’、‘辽棉15’和‘新陆早20’等苗期氮效率低的品种,成熟后的产量较低,纤维品质也相对较差。     

大气CO2浓度升高背景下冬小麦冠层光谱特征和地上生物量估算

本研究旨在探究大气CO₂浓度升高对冬小麦全生育时期冠层光谱特征的影响,并基于筛选的敏感波段建立地上生物量(AGB)与光谱参数的定量关系。为此,在2021—2022年的冬小麦生长季,利用开放式CO₂富集系统(Mini-FACE),设定大气CO₂浓度(ACO₂,(420±20)μL L^-1)和高CO₂浓度(ECO₂,(550±20)μL L^-1)两个处理水平,分析了高CO₂浓度下光谱特征变化,基于连续投影算法(SPA)、逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘法回归(PLSR)筛选AGB敏感波段并构建估算模型。结果表明:CO₂浓度升高使冬小麦拔节期和开花期AGB显著增加。红边和近红边反射率及红边面积在拔节期增加,在开花期和灌浆期降低,蓝边、黄边和红边位置在不同生育时期均发生移动;AGB的敏感光谱波段主要分布在红边和近红边区域,CO₂浓度升高缩小了AGB...     

施氮量对不同品种高粱光合特性及产量的影响

为探索氮肥对产量、光合特性的调控效果,明确品种-氮肥之间的互作关系,揭示其生理机制,合理匹配氮肥施用量,提高作物产量。本研究以‘龙杂10号’、‘吉杂124号’和‘晋杂22号’高粱品种为试验材料,结合不同施氮量,对不同品种、不同时期高粱叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)以及收获产量进行测定,探究不同品种的最适施氮量。结果表明,各处理下P_n、G_s和T_r显著正相关,与C_i负相关或相关性不显著。‘龙杂10号’和‘吉杂124号’在一炮轰且氮肥为205 kg/hm²时产量最高,分别为7 112.196和11 573.163 kg/hm²,与对照相比分别增长10%和30%‘;晋杂22号’在拔节期追施氮肥205 kg/hm²时产量最高,为11 081.436 kg/hm²...     

基于无人机高光谱融合连续投影算法估算棉花地上部生物量

【目的】地上部生物量是表征植物生命活动的重要参数。探索不同的光谱预处理方法和建模方法,实现对棉花地上部生物量快速、无损、准确的估算,对棉花长势监测和大田精准管理具有重要意义。【方法】以新陆早53号、新陆早45号为研究对象,设置不同施氮处理,于出苗后不同阶段获取棉花地上部生物量和无人机高光谱数据,通过连续投影算法(Successive projections algorithm,SPA)筛选不同预处理[一阶导数、二阶导数、Savitzky-Golay(SG平滑)、多元散射校正]后的特征波长,基于筛选出的不同波长组合使用偏最小二乘法回归(Partial least square regression,PLSR)和随机森林回归(Random forest regression,RFR)分别构建棉花地上部生物量估算模型,比较不同预处理后建立模型的精度,确定最优估算模型。【结果】(1)利用SPA算法对不同预处理后的光谱信息筛选出特征波长9～26个,可实现光谱信息降维。(2)基于SG平滑-SPA处理及PLSR方法建立的模型最佳,R~2达到了0.63,均方根误差(Root mean square error,RMSE)为0.42,验证集的R~2为0.67,RMSE为0.44。(3)一阶导数-SPA处理后,采用RFR构建的模型最佳,R~2达到0.87,RMSE为0.45,验证集R~2为0.81,RMSE为0.37。【结论】采用一阶导数预处理结合SPA筛选特征波长,经RFR构建的估算模型结果和验证效果均最佳,可用于棉花地上部生物量定量估算。     

干旱区不同品种中华钙果光合特性比较研究

不同中华钙果品种在西北干旱区叶片形态及光合特性的研究可为该区域高产优质节水品种筛选提供理论依据。通过测定叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO₂浓度(Ci)等光合性能指标及形态,分析不同中华钙果品种的叶片形态特征与光合特征及其相关关系。结果表明：（1）不同中华钙果品种叶长和叶宽均存着较大差异,叶面积大小表现为‘农大5号’>‘农大7号’>‘农大6号’>‘生态晚熟种’>‘生态早熟种’;（2）‘农大7号’的净光合速率及蒸腾速率均最大,其净光合速率显著高于‘农大6号’和‘生态早熟种’,蒸腾速率均显著高于其他品种,5种中华钙果的气孔导度及胞间CO₂浓度均无显著性差异;（3）5种中华钙果净光合速率、蒸腾速率、气孔导度与叶面积之间存在正相关线性关系,胞间CO₂浓度与叶面积之间存在负相关线性关系;（4）5种中华钙果的光合速率与气孔导度、蒸腾速率、叶片蒸汽压亏缺、叶片温度呈极显著正相关,与胞间CO₂浓度呈极显著负相关。     

陆地棉光合相关性状的QTL定位分析

光合作用是棉花产量的主要物质来源。本研究以高光效陆地棉冀优861和低光效陆地棉新陆早25号为亲本组配的196个F₂单株为作图群体,利用SSR（Simple Sequence Repeat）标记构建陆陆杂交遗传连锁图谱,共有30个标记位点连锁,包含4个连锁群,全长244.4cM。利用QTL IciMapping 4.1软件的完备区间作图法对冀优861×新陆早25号F_2:3家系的光合相关性状进行QTL作图分析,共定位到光合相关5个性状的10个QTLs,其中1个光合速率QTL和1个胞间CO₂浓度QTL分别定位在D3和D7染色体上。本研究为棉花光合相关性状QTL的精细定位及分离克隆打下基础,为聚合棉花高光效分子标记辅助育种提供理论依据。     

不同氮效率基因型水稻植株氨挥发速率及其与氮效率的关系

植物组织中氮素气态挥发损失可能与其氮效率密切相关。探讨不同氮效率基因型水稻地上部NH₃挥发特征及其与氮效率的关系,可为氮高效基因型的筛选提供理论依据和技术指标。本试验采用4个氮浓度进行盆栽液培,以扬稻6号、BG34-8、武育粳3号和珍汕97B等4个水稻品种为材料,研究水稻NH₃挥发速率(ammonia volatilization rate, AVR)与氮利用效率的关系。结果表明,各基因型的AVR在各生育期的变化趋势不完全相同,扬稻6号和武育粳3号在幼穗分化期最高,分别为11.0和10.4 mg N h^-1 pot^-1,而BG34-8和珍汕97B的AVR在孕穗期最高,分别为22.5和23.4 mg N h^-1 pot^-1;对相同的基因型,随培养液中氮浓度的增加,植株的AVR增大,氮低效基因型珍汕97B和武育粳3号的增幅大于氮高效基因型扬稻6号和BG34-8;在培养液中氮浓度较高时(80 mg N L^-1)植株地上部AVR与氮素积累量、氮素籽粒生产效率、氮肥农学利用率和氮肥生理利用率呈显著或极显著负相关 (r= -0.6768**、-0.6158*、-0.6667**、-0.8353**)。综上所述,水稻植株的AVR存在基因型差异,氮高效基因型的AVR较低;在高氮浓度液培条件下,较低的AVR可作为氮高效材料筛选指标。     

基于高光谱植被指数的棉花干物质积累估算模型研究

利用北疆8个棉花主栽品种(其中2个棉花品种设4水平种植密度)的各生育期冠层高光谱数据,经多元统计分析与光谱微分处理,建立了基于比值植被指数(RVI)和归一化植被指数(NDVI)的5种函数形式的棉花干物质积累估测模型,相关系数均达到了极显著水平(α=1%,n=96)。基于RVI和NDVI构建的估测模型,前者比后者具有更高的估测精度,指数函数、对数函数和双曲线函数形式的模型可以产生较高的预测精度;一阶微分光谱数据与棉花干物质积累量的逐步回归相关分析表明,相关系数的最高值发生在748 nm波段处(r=0.6920**),由748 nm波段处的微分数值建立的回归模型,估测精度较高,具有实际应用的潜力。     

番茄临界氮浓度模型的建立及氮素营养诊断

为构建鲜食番茄临界氮浓度稀释曲线模型,在此模型基础上建立氮素吸收模型和氮营养指数模型,对鲜食番茄氮营养状况进行诊断。试验分别于2016 年、2017 年以鲜食番茄‘苏粉14 号’为试验材料,设置了5 个施氮水平,研究鲜食番茄地上部生物量与氮浓度的动态变化。结果表明,鲜食番茄地上部生物量随氮肥施用量的增加而增加,氮质量分数随着生长发育时间而降低;鲜食番茄临界氮浓度与地上部生物量之间符合幂函数的关系,%Nc=3.7574DW-0.155,相关系数R2=0.8505。氮素吸收模型与氮营养指数模型可对鲜食番茄的适宜施氮量与氮素丰缺状况进行诊断,本试验条件下番茄适宜施氮量为270.92~281.79 kg/hm2。     

夏大豆植株冠层主要生长指标对氮素的响应

为定量分析夏大豆植株冠层主要生长指标对氮素的响应，以‘齐黄34’为材料，于2021年夏大豆生长季开展施氮和氮钾肥运筹田间试验，通过系统分析不同施氮水平、氮钾肥运筹对夏大豆关键生育期植株冠层含氮量的影响，以及植株冠层氮积累量、叶面积指数、SPAD值、RVI值、NDVI值与植株冠层含氮量之间的内在联系，明确夏大豆植株冠层主要生长指标对氮素的响应。结果表明，一定范围内，施氮可以有效提高夏大豆开花期和鼓粒初期植株冠层含氮量，鼓粒初期钾肥的及时供应，可有促进大豆植株对氮素的吸收；鼓粒初期植株冠层含氮量、冠层氮积累量、叶面积指数、SPAD值、RVI值和NDVI值均高于开花期；植株冠层氮积累量、叶面积指数和RVI值随冠层含氮量呈指数函数增长，开花期SPAD值和NDVI值随冠层含氮量呈线性函数增加，而鼓粒初期SPAD值随冠层含氮量呈线性函数减小。冠层生长指标是反映夏大豆植株生长状况的重要参数，明确夏大豆植株冠层主要生长指标对氮素的响应，对于指导夏大豆高效生产和肥料运筹调控具有重要意义。     

水稻穗部氮素含量高光谱估测研究

氮素是影响水稻生长发育的主要营养元素之一,稻穗生长与氮素营养息息相关。本研究利用高光谱技术测定了稻穗的全氮含量并进行了相应的分析,结果表明：稻穗全氮含量与冠层光谱反射率在近红外波段760~1 300nm呈极显著负相关关系,稻穗全氮含量与光谱特征指数λb、SDr、SDr/SDb、DVI的相关性较好,并建立了相应的估算模型。经独立的实测数据检验可知,基于SDr/SDb与DVI指数组合所建线性回归模型y=2.075+0.001x₁-2.952x₂估测稻穗全氮含量效果最好。上述结果为稻穗营养元素的快速诊断提供了新的手段。     

芳草湖六场新陆早33号高产栽培

芳草湖六场2007年共种植棉花0.4万余hm2,其中新陆早33号为第1年种植,共132.2hm2,单产达350.2kg/667m2,为进一步大面积推广种植新陆早33号,现将新陆早33号的高产栽培技术总结如下.     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合功能的影响

为探讨高大气CO₂浓度下植物光合作用适应现象的光合能量转化和分配的氮素响应及其对C₃植物光合功能的影响,本试验对盆栽小麦进行2个大气CO₂浓度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦光合气体交换参数、叶绿素荧光参数和叶绿素含量等指标,研究施氮对高大气CO₂浓度下小麦叶片光合功能的影响。结果表明,大气CO₂浓度升高后,低氮处理小麦叶片光合速率发生明显的适应性下调,光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)下降;但高氮叶片则无明显的光合作用适应现象发生。高大气CO₂浓度下低氮叶片光化学速率、PSII线性电子传递速率(J_F)、光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU下降,并随生育时期推进其下降趋势更为明显,但高氮叶片的上述参数无显著变化;小麦叶片J_C/J_F、V_C/J_C和V₀ /V_C随氮素水平和大气CO₂浓度的变化无显著变化,表明施氮能提高光合机构对光合能量的传递速率,但对光合能量的分配方向无明显影响。施氮提高小麦叶片氮素和叶绿素含量,并且使高大气CO₂浓度下光合氮素利用效率(NUE)明显增加。大气CO₂浓度升高后,施氮增强光合机构的光合能量运转速率,同化力提高,无明显的光合作用适应现象;由于氮素水平与大气CO₂浓度对小麦叶片的光合能量利用存在明显的交互作用,而且高大气CO₂浓度下施氮使得小麦叶片NUE增加、正常大气CO₂浓度下降低,证明高大气CO₂浓度下施氮对光合作用具有直接的影响。     

不同施氮量对机械水条播水稻产量及品质的影响

旨在筛选出适宜水条播种植的水稻品种。以‘南粳5718’和‘淮稻5号’为材料,采用机械水条播的方式,在麦秸秆还田条件下,用裂区设计,以施氮量为主区,品种为裂区,设置3个施氮量处理,分别为240 kg/hm²(N₁),270 kg/hm²(N₂)和300 kg/hm²(N₃),研究不同施氮量对机械水条播水稻产量及稻米品质的影响。结果表明：适当增施氮肥可以提高水稻的产量,‘南粳5718’在施氮量270 kg/hm²时,产量构成因素最为协调,产量达到最高;而‘淮稻5号’在施氮量300 kg/hm²时,产量最高。随着施氮量的增加,稻米的糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度和蛋白质含量逐渐增加,直链淀粉含量逐渐降低;峰值黏度、热浆黏度、崩解值和最终粘度均呈下降的趋势,消减值逐渐增加。适当增施氮肥可以提高稻米的加工品质和营养品质,但外观品质和食味品质降低。同一施氮水平条件下,‘南粳5718’的产量、加工品质、外观品质及食...