棉花冠层叶面积的动态模拟

根据试验资料,在系统分析棉花冠层叶面积时空分布规律的基础上,充分考虑叶面积空间垂直分布的异质性,以生育期内累积的每日相对热效应为预报因子,构建了棉花叶面积垂直分布和叶面积指数的动态模拟模型。利用不同年份不同播期的试验资料对模型进行了验证,累积叶面积指数L（z）的模拟结果与1∶1直线之间的R^2和均方根误差分别为0.969和0.257,叶面积指数LAI的模拟结果与1∶1直线之间的R^2和均方根误差分别为0.936和0.305。结果说明模型具有较好的预测性和实用性。模型的模拟结果可作为冠层结构参数,用于冠层辐射传输模型和光合作用模型。     

基于地基激光雷达的叶倾角分布升尺度方法研究

地基激光雷达因其具有穿透力强,能够提取植被冠层三维结构信息的优势,是提取植被叶倾角分布(Leaf angle distribution,LAD)的理想数据源,因此将地基激光雷达数据与遥感影像结合获取大尺度叶倾角分布结果颇具潜力。以河北省保定市北部4个县为研究区,利用10个玉米样地的地基激光雷达数据提取叶倾角分布结果,使用主成分正变换提取玉米实测叶倾角分布数据中信息量最大的前3个主成分,再利用神经网络模型对所提取的主成分与Landsat8反射率数据结合建立关系模型,然后将训练好的模型应用于整个研究区进行升尺度转换,最后通过主成分逆变换,得到升尺度后平均叶倾角(Mean tilt angle,MTA)结果。对升尺度后LAD与实测LAD及升尺度后MTA与实测MTA进行交叉验证,结果表明,升尺度MTA与实测MTA的验证精度(R2)为0.786 2,均方根误差(RMSE)为3.04°。该结果表明,使用提取主成分方法建立光谱数据与叶倾角分布的关系模型从而达到升尺度转换的目的具有可行性,模拟精度较高,且误差较小。     

基于优化PROSAIL叶倾角分布函数的玉米LAI反演方法

叶面积指数(LAI)是描述玉米冠层结构的重要参数之一,PROSAIL模型是常用于反演LAI的机理模型,能较为真实地反演植被冠层真实情况,但PROSAIL模型中使用的叶倾角分布函数假定区域内所有作物叶倾角分布是相同的,不能反映玉米植株真实的叶倾角分布情况。本研究以高分一号遥感影像和地基激光雷达点云数据作为数据源,充分利用地基激光雷达(TLS)在获取植被结构参数上的优势,通过体素化的方法对玉米叶片回波点云进行分割,获取每个拟合叶片单元的叶倾角,进而得到玉米植株真实的叶倾角分布,结合椭球分布函数得到玉米精确的叶倾角分布函数,实现对PROSAIL模型中叶倾角分布函数的优化。研究过程中分别基于未改进的PROSAIL模型和经过TLS优化后的PROSAIL模型反演黑龙江825农场主要玉米种植区的LAI。LAI反演结果表明:2种反演方法得到的LAI与实测LAI都具有较好的相关性,决定系数R2分别为0.557 6和0.858 3,模型可信度较高;但基于PROSAIL模型反演所得LAI结果偏低,在利用TLS数据提取叶倾角对模型进行优化后,反演LAI的估算精度由26.53%提高到96.23%。由此可知,通过引入TLS点云数据改进农作物叶倾角分布函数能大幅度提高LAI反演的准确性。     

烤烟冠层光谱参数与氮素垂直分布相关性研究

研究烤烟地上部氮积累量垂直分布与冠层光谱参数的定量关系,以明确冠层不同叶层尤其是中、下层叶片对光谱的贡献,构建基于光谱指数的烤烟不同叶层及其组合氮素积累量的反演模型.针对不同施氮水平下烤烟进行大田试验,于不同生育时期采集田间冠层光谱数据并测定植株不同器官及时层生物量和氮含量.对不同叶层及其组合氮素积累量与多个光谱参数进行相关分析,结果表明:植被指数RVI(810,680)可以有效反演烤烟植株中层、上中层、上中下层氮素积累量;红边振幅(DλRed)可有效反演下层、中下层氮素积累量,说明利用光谱参数反演烤烟植株氮素积累量及中下层氮素积累量是可行的.     

不同滴灌水量对杂交棉冠层结构的影响

应用CI-110冠层仪对杂交棉兆丰1号在不同灌水量条件下冠层结构特征的差异性分析表明:灌水量对群体冠层指标平均叶簇倾斜角MFLA、群体散射辐射透过系数TCDP、直射辐射透过系数TCRP、消光系数K和叶分布LD等指标有较显著的影响,适宜灌溉条件下,兆丰1号的叶片平均叶簇倾角度小,群体散射辐射透过系数和群体直射辐射透过系数低,消光系数减少,对光的截获率高,产量高.提出了南疆杂交棉较理想的冠层结构指标.     

喷灌条件下夏玉米冠层对水量截留试验研究

以夏玉米为研究对象,采用水量平衡法对玉米各生育期在喷灌条件下的水量分布进行了试验和测定,计算了玉米各生育期的冠层截留量。试验结果表明:喷灌初始阶段,玉米冠层截留量随喷灌水量的增加而迅速增加,此后逐渐减缓直至达到最大冠层截留量。种植密度不同,玉米冠层截留量也不同。正常种植密度条件下,从拔节期到灌浆成熟期,冠层截留量随株高和叶面积指数的增大而线性增大,玉米拔节期到灌浆期冠层截留量在0.8~2.9mm之间变化。喷灌强度对冠层截留量的大小影响不明显。     

基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型

为定量分析植物冠层结构与光分布及光合作用之间的关系,模拟实际环境中植物冠层的实时光合速率,为诸如作物模型中产量估测提供一种植物冠层尺度光合生产力计算方法,本文构建了基于L-系统的3D虚拟植物冠层光合作用模拟模型。模型主要分为3部分:基于L-迭代文法系统与三维图形绘制技术构建3D虚拟植物冠层结构,利用正向光线跟踪及天空可见率算法模拟虚拟冠层内光辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)传输,基于太阳几何参数、大气影响参数及地理位置等参数计算真实环境中虚拟冠层顶部实时PAR强度。利用此模型,直接输入或插值处理光合环境因子数值,采用单叶光合作用模型和相关呼吸作用模型,可计算冠层内净光合作用速率并进行周期内植物体生物量的积累估算。以实测的幼龄杉木为模拟对象,计算其冠层内净光合作用速率及周期内生物量积累,模拟结果表明,基于虚拟冠层的PAR分布模拟及其冠层光合作用速率计算,是一种对植株光合生产力估算的有效方法。     

节水灌溉的水稻冠层结构研究

根据国家“863”节水农业专项子课题现场试验资料．分析了控制灌溉和常规灌溉条件下水稻的冠层叶面积指数、平均叶倾角、散射辐射透射系数、直射辐射透射系数、消光系数和叶分布等冠层指标。结果表明．通过对土壤水分的合理调控．控制灌溉模式的水稻株型合理,散射辐射透射系数较大．直射辐射透射系数从上层至下层逐渐减小,消光系数从上层至下层逐渐增大．有利于光的向下透射和光的截获．为水稻高产奠定了基础。     

水分胁迫对冬小麦冠层结构及光合特性的研究

冬小麦在不同的水分条件下有不同的表现形式,主要利用CI110植物冠层结构分析仪研究在不同时期的水分胁迫条件下,冬小麦的冠层结构形状的变化。研究结果表明:不同时期进行水分胁迫的处理在冠层光分布中有明显的差异,干旱处理和水分胁迫的处理的叶面积指数小于其它处理,消光系数、叶倾角、散射辐射的穿透系数和直接辐射的穿透系数则大于其它处理;随着时间的变化,冬小麦冠层内的光分布参数在不同水分处理间的差异变的越来越小;光合特性也有明显的差异,干旱处理和水分胁迫处理的光合特性明显低于其它处理的水平;不同时期水分胁迫处理对植株叶片的影响主要集中在植株的中部。     

水分胁迫对冬小麦冠层辐射截获率和利用效率的影响

冬小麦地上部生物量和最终产量都取决于冠层截获光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的能力以及辐射利用效率(Radiation use efficiency,RUE)的大小。目前主要的作物生长模型都是利用作物冠层PAR截获率与RUE的关系来模拟作物的干物质积累和产量形成过程。为了探讨不同生育期受旱对冬小麦冠层PAR截获率和RUE的影响,本研究开展了2个生长季(2015—2016年和2016—2017年)的冬小麦田间试验。试验设置返青+拔节受旱(Early stress,ES),抽穗+灌浆受旱(Later stress,LS)以及全生育期不灌水(Whole stress,WS)3个不同处理,另外设置充分灌水处理作为对照(CK),灌水定额为80 mm。冠层接收到的太阳辐射通过每个小区中心处安装的PAR传感器全天候、不间断测得。结果表明土壤相对含水率能够有效反映冬小麦在不同受旱处理下的缺水状态。在受旱条件下,ES、LS和WS处理的最大叶面积指数分别比CK处理低31%、15%和58%。受叶面积指数影响,CK、ES、LS和WS处理的最大冠层PAR截获率分别为90%、88%、79%和42%,WS处理显著低于其他3个处理,同时,各处理叶面积指数和冠层PAR截获率的差异导致不同的冠层消光系数,其中ES处理的消光系数低于LS处理。CK、ES、LS和WS处理2年的平均地上部生物量分别为1 532、1 410、1 403、537 g/m~2。冬小麦的作物生长速率(Crop growth rate,CGR)呈现出和地上部生物量相似的规律,二者之间具有良好的相关性(R~2=0.99)。冠层辐射截获率和地上部生物量决定了冬小麦的RUE,本研究中CK处理的RUE为3.55 g/MJ,ES和LS处理的RUE要比CK处理低22%和5%,而WS处理仅比CK处理低22%。冬小麦的RUE在整个生育期呈先增大后减小的趋势,在开花期达到峰值。营养阶段受旱引起的冬小麦RUE降低幅度更大,全生育期受旱下冬小麦RUE呈现不同的干旱响应机制,有待于进一步研究。本研究认为将消光系数和RUE作为生育期或者积温的函数来对待而非单一常数,可以帮助改善作物模型中干物质的估算精度,降低模拟结果的不确定性。     

棉花苗期风沙危害指标试验

风沙危害对棉花苗期生长的影响及其定量指标的构建对于评估风沙灾害对棉花产量的影响具有重要的指导意义。通过不同风速、风向、持续时间的风沙模拟试验，开展风沙灾害对棉花生长的危害程度研究，得到棉花苗期（1真叶到5真叶）风沙危害的指标。结果表明:从1真叶至3真叶，棉苗抗风沙能力随生长进程的推进不断增强，苗期的棉花幼苗对风沙的抵抗能力在5真叶期发生突变；风沙对棉花苗期的影响划分为3个阶段，8～14 m/s为影响增长阶段，14～17 m/s为影响严重阶段，＞17 m/s为损毁阶段。实际生产过程中可根据具体天气预报，结合棉花苗期风沙危害指标，采取适当的风沙天气预防措施。      

4MZ-5梳齿式采棉机采摘头工作参数的确定

通过介绍4MZ-5型采棉机采摘过程中各影响因子对采摘效果的影响,确定工作在不同种植模式下的最佳入地角度;同时,对梳齿倾角、形状、材质、压棉辊等因素对棉花采摘输送的影响也进行了分析,进而提出了合理的工作参数,为4MZ-5型采棉机进一步研究做理论支撑。     

调控滴灌对棉花的生长和产量的影响研究

基于棉花种植中普遍存在中期旺长问题,通过在棉花生育期进行生态调控滴灌,从生长和产量方面分析得出:调控滴灌下棉花叶面积增长在全生育期均低于常规滴灌,在铃期出现叶片生长减慢的趋势;调控滴灌下棉花株高增长在蕾期末期和初花期开始低于常规滴灌处理,在前期差别不大;调控滴灌下棉花产量受灌溉量的影响较大,RADI?Ⅱ较常规滴灌节水9%,同时增产1%,RADI?Ⅲ与CDI灌水量相同,同时增产4.6%。调控滴灌利于控制棉花种植中的旺长问题,并在节水的同时保持棉花的产量不降低。     

基于高光谱和连续投影算法的棉花叶面积指数估测

为实现快速、无损、实时监测不同灌溉处理下棉花植株叶面积指数,借助高光谱遥感技术获取了棉花植株4个生育期的冠层反射率,同时获取每株棉花的叶面积指数,用一阶导数、二阶导数、标准正态变换,多元散射校正、小波分析等光谱预处理方法,经过连续投影算法提取特征波段,用偏最小二乘法建立4个生育期（总体）和各生育期的高光谱估算模型。对比6种预处理方法在4个生育期和各生育期建模精度表明,4个生育期（总体）、蕾期、花期、花铃期的小波分解尺度为4、2、8、2,模型分别为CWT-SPA-PLS、CWT-FD-SPA-PLS、CWT-SPA-PLS、CWT-FD-SPA-PLS时可取得较好的精度;经二阶导数处理后,铃期可取得较好的结果,R2和RPD分别0.973、5.3295,优于其他预处理。试验结果表明,利用预处理方法尤其是小波分析方法得到的光谱信息可有效估测棉花4个生育期（总体）和各生育期的叶面积指数。     

我国主要棉区水资源状况及灌溉排水发展方向

根据我国主要棉区137个气象站点降雨量数据、全国灌溉试验数据以及近几年各省水资源公报数据,以GIS为主要工具系统分析了我国主要棉区棉花生育期降水、地表水资源、地下水资源以及水资源总量空间分布状况,根据我国主要棉区的棉花需水特点和降雨利用情况,估算了各分区的棉花净灌溉需水量,提出了各分区节水灌溉发展方向。     

咸水灌溉对土壤水热盐变化及棉花产量和品质的影响

为了充分利用咸水资源,采用田间对比试验,研究了1、3、5、7 g/L等4个矿化度咸水(分别用S1、S2、S3、S4表示)灌溉对棉田土壤水热盐变化特征及棉花长势、产量和纤维品质的影响。结果表明,棉花生育期内各处理0~40 cm土层土壤含水率及地下5 cm处土壤温度总体上都随着灌溉水矿化度的增加而增大,但差异不大;处理间土壤电导率差异明显,灌溉水矿化度愈高,土壤电导率愈大,棉花生育期结束后,降雨对各处理盐分的淋洗率介于29.40%~40.40%。土壤水分和盐分剖面分布受制于土壤质地、降雨和棉花蒸发蒸腾耗水;干旱时期,土壤干燥,盐分表聚,湿润时期与之相反。棉花成苗率、株高、单株最大叶面积和霜前花率均随着灌溉水矿化度的增加而降低,籽棉产量从大到小依次为S2、S1、S3和S4,其中,S4与S1处理间的差异达显著水平。咸水灌溉通过改变马克隆值对纤维品质产生了负面影响,尤其是S4处理。研究结果可为丰富棉花咸水灌溉技术体系提供理论支撑。     

滴头流量对桶栽棉花根系分布与耗水的影响

以棉花为对象,设置5个滴头流量处理(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5 L/h),观测了棉花不同生育阶段内的根系分布与耗水特征.结果表明,土层深度方向上:棉花根长最集中的地方不在地表层,而在地表下10~30 cm处,并且随着滴头流量的增大,根长集中点的位置向上层土层移动;棉花根质量与土层深度呈负指数关系,以地表层的根质量最大,并且深层根质量所占比率随着滴头流量的增大而下降.水平方向上:根长和根质量都是由棉株处向两侧逐渐减小,并且随着滴头流量的增大,棉株下方根长(根质量密度)所占比率减小,而两侧根长(根质量密度)所占比率增大,根系由紧凑向扩展发展.棉花在整个生育期中的田间耗水规律呈双峰型曲线变化,但随着滴头流量的增大,苗期耗水强度增大,耗水深度下移出现的时刻推后,耗水高峰期延迟.     

南疆膜下滴灌棉花不同密度群体初步研究

田间试验以中棉所41为材料,设置了6个密度处理,结果表明,蕾期和初花期低密度处理较高密度处理相对提前3～4 d,22.5万株/hm2密度处理的皮棉产量最高,达到2 778 kg/hm2,该群体从盛花期到吐絮期能维持较高的叶面积指教,其冠层总光吸收率均在89%以上,冠层上、中、下层平均光吸收率分别为75%、12%、7%,...     

地下滴灌对棉花生理性状及产量影响的研究

根据新疆生产建设兵团农五师90团在棉花上应用地下滴灌的实践，以膜下滴灌棉花为对照，研究分析了地下滴灌对新疆棉花生理性状及产量的影响，认为地下滴灌条件下的棉花生育期有所提前、株高较低、铃数较多、叶面积系数较大、根冠比较大、根系发达并有两个根系层，生物学产量和经济产量均比较高。     

基于有序充种的集排滚筒式排种器性能试验研究

针对机械式播种种箱机种群起拱,以及新疆宽幅作业播种机整机结构复杂臃肿、振动大、动力消耗大等问题,提出了基于有序供种条件下机械式精量取种的方案,设计了一种基于有序充种的集排滚筒式排种器。同时,阐述了有序充种工作原理,以棉花种子为试验对象,以供种倾角、滚筒转速、窝孔开口大小为影响因子,以单粒率、多粒率、漏播率为排种性能指标,选择二次旋转正交组合试验,分析各影响因子对排种性能的显著性与规律。试验结果表明:供种倾角为38°、滚筒转速为8r/min、窝孔开口为13mm时,性能指标达到最佳,单粒率为91.5%,多粒率为4.66%,漏播率为2.4%,满足棉花精量播种要求。