拔节期氮营养诊断

 传统的作物营养诊断如植株全氮、生物量和植株硝酸盐浓度测试等需要进行大量的田间取样和实验室分析,时效性不足,难以适应作物生长期间追肥诊断的需要。通过田间试验,应用数字图像技术对拔节期作物的氮营养状况进行了研究,发现冠层数字图像色彩参数可以用来表征冬小麦拔节期的氮营养状况。数字图像标准化红光值R/(R+G+B)与冬小麦常规营养诊断指标如叶绿素仪读数、茎基部硝酸盐浓度、植株全氮含量和地上部生物量之间的相关系数达到了0.809~0.946,是较好的表征作物氮营养状况的诊断指标。     

叶绿素仪与植株硝酸盐浓度测试对冬小麦氮营养诊断准确性的比较研究

通过研究不同土壤氮素供应对冬小麦拔节期叶绿素仪SPAD读数和植株硝酸盐浓度的影响,以及两种方法在冬小麦拔节期与土壤Nmin、植株全氮和吸氮量的关系,比较了SPAD叶绿素仪和植株硝酸盐测试两种氮素营养诊断方法的准确性。认为两种方法都可以比较好的反映冬小麦的氮素营养状况,植株硝酸盐浓度与SPAD读数相比能更好的反映作物的氮素营养状况。     

地面数字图像技术在棉花氮素营养诊断中的初步研究

为了探讨利用图像处理技术进行棉花氮素营养诊断的可行性,通过多水平的氮肥田间试验,采用数码相机获取棉花冠层图像,分析了不同氮水平下棉花冠层图像色彩参数与施氮量、产量及多个氮素营养诊断指标之间的关系.研究表明:南疆畦灌条件下,氮素营养水平直接影响到棉花冠层光谱反射特性.红、蓝光标准化值与铃期施氮量、产量之间有极显著的线性负相关关系,采用R/(R G B)、B/(R G B)值可以直接用来诊断棉花铃期的氮素营养状况,或间接估测产量;铃期绿光值G和绿光与红光比值G/R与叶柄硝酸盐浓度、植株全氮和地上部生物量之间都有较大的相关性,可以较为灵敏地反映棉花氮素营养水平,适宜作为氮素营养诊断指标.因此,应用数字图像技术进行棉花氮素营养诊断是可行的.     

内蒙古地区甜菜临界氮浓度稀释模型的构建及应用

甜菜是我国两大主要糖料作物之一,然而氮素过量或者不足不仅会影响甜菜产量和含糖量,而且过量的氮素还会造成一定的环境风险,如何判别甜菜的氮素营养在一个合理的范围对于保障甜菜产量、品质和减少环境风险具有重要意义。临界氮浓度稀释曲线是作物氮素营养诊断的基础,本研究的主要目的是构建我国甜菜临界氮浓度稀释曲线模型,并利用相应的氮素营养指数进行甜菜氮素营养诊断。研究于2017—2018年在内蒙古呼和浩特市和赤峰市进行了2个甜菜品种、不同施氮量的田间试验。在甜菜的苗期、叶丛生长期、块根膨大期、糖分积累期和收获期5个关键时期进行地上部叶片和地下部块根取样测定生物量和氮浓度,并计算出甜菜全株生物量和全株氮浓度。根据全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型和相应的氮素营养指数。结果表明,甜菜地上部生物量和地上部氮浓度以及全株生物量和全株氮浓度都是随着生育时期的推进呈现出负幂函数关系,基于地上部生物量和地上部氮浓度建立的临界氮浓度稀释曲线决定系数平均在0.45,而以全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释曲线决定系数平均在0.94,较前者有显著提高。以全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型更为合理,...     

棉花品种间植株氮肥推荐技术的研究

在滴灌条件下,利用反射仪测定基因型差异较大的两棉花品种在不同施氮水平下主要生育期植株倒四叶叶柄硝酸盐浓度,对植株氮素营养诊断及氮肥推荐技术基因型间的异同进行了试验研究.结果表明:两品种叶柄硝酸盐浓度与施氮量和产量均有显著的正相关关系.品种间在适量供氮及高肥力土壤上叶柄硝酸盐浓度差异不显著,可采用统一的指标推荐追肥量.     

华北地区夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数研究

为了验证玉米临界氮稀释曲线在我国华北地区的适用性,探讨以氮营养指数评价玉米氮营养状况的可行性,以郑单958为材料,设置5个氮肥处理(0、60、120、180和240 kg N hm^-2),利用2年定位试验数据研究了夏玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数。结果表明,一定范围内随着施氮量增加,地上部生物量(W)显著增长。玉米各生育时期不同氮肥处理的生物量和氮浓度数据可经统计分析分为限氮和非限氮两组,据此计算各生育时期临界氮浓度(N_c)并建立了夏玉米临界氮稀释曲线模型(N_c = 34.914W^-0.4134),模型参数与已有报道具有较好的相似性。根据模型推算的氮营养指数与相对氮累积量、相对地上部生物量和相对产量均具显著相关性。因此,利用临界氮稀释曲线和氮营养指数可以预测华北地区夏玉米植株临界氮含量和表征植株氮营养状况。     

应用SPAD-502进行小麦氮素营养诊断的初步研究

试验研究分析了小麦在不同氮素水平下氮素和叶绿素计值(SPAD,SoilandPlantAnalyzer Development)的叶位分布特点,以及小麦叶片氮素含量和SPAD值的相关性,探讨应用SPAD-502进行小麦氮素营养诊断的理论依据。通过沙培试验,利用叶绿素仪SPAD-502测定了不同氮素水平小麦(新春11号)在不同生育时期(分蘖期、拔节期)叶片的SPAD值、叶绿素含量及植株全氮含量,在此基础上分析了小麦叶片的SPAD值与植株叶绿素含量、全氮含量的关系,目的在于为SPAD快速诊断施肥法在小麦等作物上的应用提供理论依据。结果表明:叶绿素与小麦不同叶位叶片SPAD值含量呈显著正相关;全氮含量与小麦叶片SPAD值呈正相关,因此,可以用SPAD值估算全氮含量,从而为小麦氮素营养状况提供诊断,但是全氮含量与不同叶位SPAD值的关系表现不一致。     

豫中地区冬小麦临界氮稀释曲线与氮营养指数模型的建立

为了验证小麦临界氮稀释曲线在豫中地区的适用性,选择大穗型品种周麦16和多穗型品种豫麦49-198进行了连续3年(2011年10月至2014年6月)的田间定位试验,设置5个氮水平(纯氮0、120、180、240、360 kghm^-2),分别构建了小麦地上部生物量临界氮浓度稀释曲线模型和氮营养指数模型。结果表明,地上部生物量随着施氮量增加显著提高,而后趋于平缓;小麦临界氮浓度与地上部生物量符合幂函数关系,其R²分别为0.8203 (豫麦49-198, P<0.01)和0.7981 (周麦16, P<0.01),且模型在年度间具有较好的稳定性。根据模型得到的氮营养指数可以较好地评价小麦植株氮营养状况,且小麦氮营养指数和相对茎基部硝酸盐之间具有显著的线性相关。说明本文所构建的小麦临界氮浓度稀释模型适用于本地区,且可以用来估测小麦植株氮素盈亏水平。     

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。     

西北旱地冬小麦氮素营养诊断生理指标初探

本文通过田间试验研究了西北旱地主栽的4个冬小麦品种氮素营养诊断生理指标间的关系。结果表明,在拔节期,品种间的硝态氮、铵态氮、酰胺态氮和可溶性蛋白质都达到显著水平。施氮量、籽粒产量与铵态氮、酰胺态氮和可溶性蛋白质有较好的相关性,其中铵态氮和可溶性蛋白质与施氮量、籽粒产量的相关性最好。铵态氮可以反映小麦体内酰胺态氮、可溶性蛋白质的状况,在拔节期可以用铵态氮来代替酰胺态氮、可溶性蛋白质进行诊断。营养生长期间,旗叶铵态氮、酰胺态氮和可溶性蛋白质含量水平高,有利于籽粒产量的提高。但在诊断时应考虑不同品种间存在的差异。不同小麦品种拔节期铵态氮、酰胺态氮和可溶性蛋白质值与施氮量和小麦籽粒产量的相关性高于其他时期,说明了拔节期是进行氮素营养诊断的适宜时期。     

不同棉花群体冠层数字图像颜色变化特征研究

 为了探索利用数字图像监测棉花长势的方法,研究了不同群体的冠层数字图像颜色变化特征。结果表明,RGB模型中,R分量在全生育期呈现开口向上的二次曲线变化趋势;G分量变化为开口向下的二次曲线;不同密度B分量差异较大,变化曲线形状介于R和G之间。RGB组合性状中,R/(G+B)、R/G、R、R/B类似,B、B/(G+R)、B/G类似,G、G/(R+B)类似,其中R/G、G/(R+B)、R/(G+B)的二次曲线特征更明显。HIS模型中,H分量变化趋势为开口向上的二次曲线;I分量变化基本符合二次曲线;S分量变化无二次曲线特征。R,G,R/G、G/(R+B)、R/(G+B)以及H分量在整个生育期变化具有一定的规律可循,可能是反映作物长势的潜在指标,这将对数字图像监测作物长势具有重要意义。     

基于颜色特征的叶片含水率与比叶重估算模型初探

通过不同氮素营养水平的水培试验,采用线性拟合和逐步回归分析,建立了黄瓜叶片干基含水率与比叶重的颜色特征估算模型。结果表明：颜色特征与叶片干基含水率、比叶重的线性拟合分析中,S、G/(R+G+B)、B/(R+G+B)、G/R、G/B、G-R和H/S构成的颜色特征变量的相关系数与叶片干基含水率相关密切;S、G/(R+G+B)、B/(R+G+B)、G/R、G/B、G-R、H/S和H/I构成的颜色特征变量的相关系数与叶片比叶重相关密切。运用逐步回归分析技术找出了G/(R+G+B)和G-R可以作为叶片干基含水量估算的主要颜色特征参数; G/(R+G+B)和H/I是叶片比叶重估算的主要颜色特征参数。     

Root System Size Influences Water‐Nutrient Uptake and Nitrate Leaching Potential in Wheat

Environmental and economic considerations require the effective use of water and nutrients to elevate grain production in bread wheat (Triticum aestivum L.) with concomitant reduction in nitrate leaching to minimize contamination of underground water. We determined the effect of the root system on leaching fraction, leachate N concentration, and N, P and K uptake using bread wheat ‘Pavon 76’ and its three near‐isogenic translocation lines: Pavon 1RS.1AL, Pavon 1RS.1BL and Pavon 1RS.1DL. These genotypes were grown in sand‐tube experiments under optimum and low level of nutrients for 2 years. Root, stem and leaves, and grain N, P, and K content, and agronomic characters were measured. Leaching fraction and leachate nitrate concentration were measured at early tillering, booting and early grain filling. Significant main effects for year, nutrient level and genotype were found for the characters. Genotype × N interaction was significant only for root P content. Genotype × year interaction was significant only for plant N content, root P content and plant P content. Genotype × year × N interaction was significant only for root N uptake efficiency. Thus, genotypic means averaged across years and nutrient levels are reported. Low levels of nutrients (1330, 235 and 793 mg vs. 1915, 375 and 1268 mg N, P and K, respectively) reduced mean root biomass, plant biomass and grain yield by 27 %, 25 %, and 19 %, respectively. The translocation lines produced 31–46 % more root biomass, 11–14 % heavier grains and 6–8 % greater grain yield than Pavon 76. Leaching fraction was higher under low level of nutrient at booting and grain filling. Leaching fraction at tillering, booting, and grain filling was 67%, 42% and 25%, respectively. Leaching fraction at early tillering was lower for Pavon 1RS.1AL (39 %) and Pavon 1RS.1DL (40.5 %) than for Pavon 76 (45.3 %). Leachate nitrate concentration was lower for two translocation lines at all three stages of plant growth compared to Pavon 76. The correlation coefficient between plant N content and root biomass, between plant N content and plant biomass, and between grain yield and root biomass was positive and significant. Significant positive correlation was found between root biomass and P and K uptake. Multiple small applications of N fertilizer during early plant growth with adequate irrigation water are recommended. Wheat genotypes with superior root characteristics for efficient nutrient uptake, especially during tillering and booting, should be developed in breeding programmes to increase grain yield and to minimize the nitrate leaching.     

应用数字图像技术对不同株型夏玉米进行高温胁迫诊断

以受高温胁迫程度不同的夏玉米为研究对象,利用数码相机获取玉米吐丝-授粉期冠层的数字图像,同时利用叶绿素荧光仪探测植株受胁迫的程度,研究利用数码相机的可见光光谱进行夏玉米受逆境胁迫程度诊断的可行性。结果表明,红光标准化值与叶片叶绿素荧光值(Fv/Fm)成负相关关系(r=-0.35),而绿光标准化值、蓝光标准化值均与Fv/Fm成正相关关系,其相关系数r分别为0.57、0.70。由此可以得出,绿光标准化值、蓝光标准化值能反映夏玉米受胁迫程度,其中蓝光标准化值是能够较好地反映夏玉米受高温胁迫程度的光谱参数。     

Estimating canopy cover from color digital camera image of rice field

Canopy cover (CC) is a good predictor variable for plant growth parameters such as leaf area index and aboveground biomass. A nondestructive, low-cost, and convenient method is presented for estimating CC using digital camera image analysis. CC was estimated by the ratio of plant pixels to total pixels of digital camera image of rice field. To determine the criteria for segmenting the rice plant from variable soil background, three mosaic images for rice plant, flooded/bare soil, and algae-infested background were prepared from digital camera images that were taken in various field conditions. An image analysis program was developed in Visual Basic to extract red, green, and blue (RGB) features from the mosaic images, calculate RGB-based color indices, and compute the minimum segmentation error for separating rice plant from background. When judged by the segmentation error, modified excessive green index (MEGI) showed the highest potential for segmenting rice plant from flooded/bare soil background, followed by normalized green (g) and excessive green index (EGI). At the threshold MEGI value of 0.03, the segmentation error was the lowest as 0.13%. Any single index considered was not satisfactory in segmenting rice plant from algae-infested background. However, a discriminant function of 1.2553EGI + 0.01735G − 0.01474B was successful in segmenting rice plant from flooded/bare soil and algaeinfested background with segmentation errors of 0.34 and 1.17%, respectively. CC for four rice varieties from tillering to booting stage was estimated based on the threshold value of MEGI and discriminant function and also manually using commercial software. Both estimates of CC showed good relationship of r² = 0.94, suggesting that a digital camera could be used efficiently for measuring the CC of rice field.     

应用数字图像技术估测冬小麦冠层生物量垂直分布特征的研究

用数字图像技术研究了冬小麦冠层生物量的垂直分布。表明用一行小麦图像比多行小麦图像估测小麦生物量能更好地满足线性回归关系,估测效果更佳,以此为基础进一步研究了分层像素数估测小麦冠层分层现存生物量和有效生物量的方法。利用分层绿色像素数(LGPN)指标定性分析了不同栽培模式下冬小麦群体有效生物量的垂直分布和动态变化,并确定了基于图像特征的可用于定量分析的小麦群体垂直分布指数（I）。     

基于数码图像的棉花叶片氮含量估测研究

为了探究利用数码图像处理技术诊断棉花氮素营养的最佳图像特征参数和最佳叶位,以‘新陆早53号’为材料,使用智能手机获取棉花不同叶位叶片图像,利用数字图像处理技术提取叶片图像颜色和纹理特征参数,分析叶片氮含量和特征参数的相关性,构建基于不同图像特征参数的氮含量估测模型。结果表明：颜色特征参数r、G/(B+R)、G/B和纹理特征参数COR、ASM与叶片氮含量相关性较好,相关性系数(r)均大于0.55。基于颜色-纹理综合特征参数构建的氮含量估测模型均优于基于颜色或纹理特征参数所建模型,其中倒4叶氮含量估测模型最优,模型决定系数(R²)为0.875、均方根误差(RMSE)为1.324、相对误差(RE)为8.09%。因此,利用数字图像处理进行棉花氮素营养诊断时,应选择的最佳图像特征参数为r、G/(B+R)、G/B、COR、ASM,应选择的最佳叶位为棉花倒4叶。     

用冠层反射光谱预测小麦叶片糖氮量及糖氮比

在不同土壤水氮条件下,研究了小麦中后期叶片碳氮状况及其比例与冠层光谱反射特征的关系。结果表明,叶片可溶性糖含量和积累量均随比值指数R(660, 460)的增加而降低,呈极显著负指数相关,而与其他植被指数相关不显著;叶片氮含量和氮积累量分别与比值指数R(950, 710)和R(950, 560)呈极显著正直线相关。发现小麦叶片糖氮比