高CO2浓度下冬小麦的高光谱特征及其与叶面积指数和SPAD值的反演

以冬小麦为研究对象,利用开顶式气室试验,开展以环境CO2浓度为对照(CK)和比CK处理的CO2浓度高200μmol·mol-1(T)处理的试验,测定冬小麦主要生育期冠层光谱反射率、叶面积指数(LAI)和SPAD值,分析LAI、SPAD值与原始光谱反射率、光谱特征参数的相关性,并探究最优回归反演模型.结果表明,高CO2浓...     

基于Landsat TM影像的冬小麦拔节期主要长势参数遥感监测

[目的]强化冬小麦长势遥感监测机制,为田间生产管理提供信息支撑.[方法]以2007-2009年试验实测数据为基础,以Landsat TM影像为数据源,分析试验样点拨节期冬小麦主要长势参数与品质、产量以及卫星遥感变量间的相关性,分别建立及评价了TM影像遥感变量监测冬小麦拔节期叶面积指数(LAI)、生物量、SPAD值和叶片氮含量(LNC)的模型.[结果]冬小麦拔节期,选用中红外波段的反射率(B5)、归一化植被指数(NDVI)、DSW5和绿波段的反射率(B2)等遥感变量分别反演冬小麦的SPAD值、生物量、LAI和LNC是可行的;SPAD值,生物量、LAI和LNC遥感监测模型的精度较高,以此为基础,制作出了具有实际农学意义的冬小麦拔节期不同等级SPAD值、生物量,LAI和LNC遥感监测专题图,实现了主要长势参数空间分布量化表达.[结论]研究结果可为广大农学家、农业部门决策者和田问管理人员提供及时的农情信息.     

基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究

【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥,实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数(OSAVI,optimization of soil-adjusted vegetation index)和变量施肥模型进行变量施肥管理(变量区),以相邻地块常规非变量(均一)施肥区(对照区)为对照,研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670nm和760～900nm处反射率差异明显,而670nm和760～900nm是氮素和冠层的敏感波段,说明进行变量施肥时,利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数;OSAVI不同生育时期的变化情况,反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势;与对照区相比变量区提高产量达378.72kg·ha-1,并降低了各小区产量之间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低,氮肥利用率提高,生态效益较为明显。【结论】该技术通过改善冬小麦群体质量,延缓了植株衰老,促进干物质和氮积累,增加冬小麦产量和氮肥利用率。     

基于光谱指数的冬小麦变量施肥冠层光谱特征研究及产量分析

 【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥，实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据，选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数（OSAVI，optimization of soil-adjusted vegetation index）和变量施肥模型进行变量施肥管理（变量区），以相邻地块常规非变量（均一）施肥区（对照区）为对照，研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670 nm和760～900 nm处反射率差异明显，而670nm和760～900nm是氮素和冠层的敏感波段，说明进行变量施肥时，利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数；SAVI不同生育时期的变化情况，反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势；与对照区相比变量区提高产量达378.72 kg•ha-1，并降低了各小区产量之间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低，氮肥利用率提高，生态效益较为明显。【结论】该技术通过改善冬小麦群体质量，延缓了植株衰老，促进干物质和氮积累，增加冬小麦产量和氮肥利用率。     

基于冬小麦冠层数码图像的叶面积指数和叶片SPAD值的估算

为探究冠层图像分析技术在冬小麦长势监测中应用,6个施氮水平的田间试验条件下,在冬小麦拔节期采集冠层图像,并同步测定冬小麦叶面积指数和叶片SPAD值.通过图像分析软件计算了冬小麦冠层覆盖度及红、绿、蓝亮度值等10种色彩指数,分析了叶面积指数及叶片SPAD值与色彩指数和冠层覆盖度的相关性,利用逐步回归方法构建了叶面积指数及叶片SPAD值的估算模型.结果表明:冬小麦拔节期叶面积指数与冠层覆盖度及几个色彩指数呈极显著相关;叶片SPAD值与红光标准化值等几个色彩指数呈极显著相关;利用叶面积指数估算模型计算的预测值与实测值的线性回归方程的决定系数为0.771,相对均方根误差为25.181％;利用叶片SPAD值估算模型计算的预测值与实测值的线性回归方程的决定系数为0.644,相对均方根误差为6.734％.相关分析和估算模型验证结果表明,基于冠层图像分析的冬小麦拔节期叶面积指数和叶片SPAD值的监测是可行的.     

变量施肥对春玉米生长和土壤硝态氮淋溶的影响

以黑龙江省北安市赵光农场春玉米为研究对象,利用追肥前的玉米无人机多光谱影像,基于归一化植被指数和施肥模型进行变量施肥管理,通过网格法采样验证,以常规均一施肥处理为对照,分析玉米长势、产量和土壤溶液硝态氮含量的处理间差异和处理内变异.结果表明,在抽雄期,变量施肥处理玉米的平均SPAD值、LAI、地上部干质量较对照显著提高,变量施肥处理玉米株高、茎粗、LAI和生物量的变异系数在5.74％～11.21％,常规施肥玉米长势变异范围9.94％～16.39％;成熟期变量施肥处理玉米百粒质量和穗粒数提高,秃尖率降低,产量增加5.99％,处理内的产量变异性较对照降低36.30％;变量施肥降低了0～100 cm各层次土壤溶液中硝态氮含量,拔节期、抽雄期和成熟期1 m土体土壤硝态氮含量均值分别较均一施肥区降低20.10％、34.02％、26.56％.     

基肥种类与施肥方式对冬小麦生长发育及产量的影响

【目的】研究不同基肥及施肥方式对冬小麦生长发育和产量的影响，为新疆冬小麦基肥合理施用提供理论。【方法】2019～2020年度，在大田条件下，以新冬60号为材料，采用双因素裂区试验设计，设置2种施肥方式：种肥分离(S₁)、种肥同播(S₂)和2种基肥种类：磷酸二铵(F₁)、美可辛(F₂)共计4个处理，研究不同处理对冬小麦植株性状、叶片SPAD值、LAI、干物质积累及产量和产量构成的影响。【结果】美可辛种肥分离处理(F₂S₁)相较于其它处理，冬小麦株高、SPAD值、叶面积指数(LAI)、干物质积累及有效穗数和籽粒产量和生物量均表现较好；与磷酸二铵种肥同播(F₁S₂)相比，美可辛种肥同播(F₂S₂)下冬小麦的株高表现为降低、茎粗表现为增加、穗长表现为增长，且有效穗数、籽粒产量、生物量均表现较高。【结论】美可辛采用种肥同播方式有利于促进冬小麦增产。     

基于光谱植被指数的冬小麦叶绿素含量反演

植物功能叶的SPAD值与其氮素和叶绿素有较强的相关性,研究功能叶SPAD与其冠层光谱的关系,对实现植株叶绿素含量快速、无损检测具有重要意义。本文通过对冬小麦生育期的冠层原始光谱进行一阶导数变换,研究其功能叶片SPAD值与冠层光谱的相关性,对监测冬小麦叶绿素含量的敏感波段进行了提取,并建立了叶绿素含量与冠层反射光谱的定量关系。结果表明,基于小麦冠层原始光谱反射率、冠层光谱导数反射率与SPAD的相关系数曲线,提取的各形式下冬小麦叶绿素含量的敏感波段分别为500、690、760和470、630、723nm;并构建了冬小麦叶绿素含量的预测模型,以FDNDVI(630,723)预测模型较好,其R2可达0.9485,模型验证参数R2、MRE和RMSE分别为0.8099、0.0294和1.805,拟合效果较好,表明该模型能有效地对冬小麦叶绿素含量进行预测。该研究结果可为冬小麦长势监测提供一定的理论参考。     

基于波段组合优化光谱指数的冬小麦LAI估算

叶面积指数（LAI）是表示植被利用光能状况和冠层结构的一个综合指数,与作物产量密切相关。高光谱遥感数据具有连续、高光谱分辨率等特点,为估算农作物生理生化参数和冠层结构参数提供了重要手段。为挖掘高光谱数据估算LAI的最优波段组合以及提高估算精度,以冬小麦作为研究对象,野外实测不同生长阶段（起身、拔节、开花阶段）的冠层高光谱数据,并对其进行不同数学变换处理,包括原始光谱、一阶导数光谱和连续统去除。利用3种不同预处理的冠层高光谱数据构建30种常用植被指数和4种优化光谱指数,比较常用植被指数与优化光谱指数对冬小麦LAI的响应,建立估算冬小麦LAI的单变量和多变量回归模型,对其进行精度验证,并筛选出最优估算模型。结果表明,随着生育期的推进,可见光波段范围内,冬小麦冠层光谱反射率较低、吸收较强,LAI对连续统去除光谱的影响较大,呈负相关;近红外波段范围内不同生育期间的差异较大,随着LAI的增大,冠层光谱的红边位置出现了“红移”现象;基于一阶导数的优化植被指数（NDSI和RSI）与LAI相关系数达到0.8;从估算模型来看,基于一阶导数的RSI_{（627 nm, 774 nm）}单变...     

一体化匀播技术对冬小麦生长发育及产量的影响

【目的】研究一体化匀播栽培技术对新疆南疆冬小麦生长发育及产量的影响。【方法】在大田条件下,设置一体化匀播和常规条播2种不同的播种方式,研究不同播种方式下冬小麦叶片叶绿素含量(SPAD值)、叶面积指数(LAI)、干物质积累及产量和产量构成因素的变化规律。【结果】与条播相比,匀播处理有利于叶绿素含量(SPAD值)的提高,增大了叶面积指数(LAI),促进干物质的积累,有效提高了籽粒产量。与常规条播相比,匀播处理节省整地、撒肥及播种作业费1 320元/hm²,节约肥料投入成本421.5元/hm²;2年籽粒产出效益分别增加了5.93%(2017年)和22.75%(2018年)。【结论】冬小麦一体化匀播具有高产、节本增效、肥料利用率高的优点。     

宽幅播种对枣麦间作模式下冬小麦生长发育及产量的影响

【目的】研究宽幅播种对新疆南疆枣麦间作模式下冬小麦生长发育及产量的影响。【方法】在枣麦间作模式下,设置宽幅播种和常规条播2种不同的播种方式,分析不同播种方式下冬小麦叶片叶绿素含量(SPAD值)、叶面积指数(LAI)、干物质积累及产量和产量构成因素的变化规律。【结果】与常规条播相比,宽幅播种处理有利于枣麦间作模式下冬小麦叶绿素含量(SPAD值)的提高,增大了叶面积指数(LAI),促进干物质的积累,有效提高了籽粒产量。与常规条播相比,2018年、2019年宽幅播种冬小麦的有效穗数分别降低了5.31%、4.78%;穗粒数分别增加2.73%、3.47%;千粒重分别提高了4.00%、5.13%;籽粒产量分别提高了2.36%、6.10%;2018年宽幅播种的生物量降低了5.23%,但2019年宽幅播种的生物量较常规条播却增加了2.90%。【结论】枣麦间作模式下宽幅播种增加了冬小麦叶绿素含量,提高了LAI,促进了干物质积累,提高了籽粒产量。     

行距配置对晋中晚熟冬麦区群体冠层结构的影响

为了研究晋中晚熟冬麦区不同行距配置对不同穗型冬小麦群体冠层结构的影响,选用2种不同穗型品种,在播量一致的前提下,分别采用10 cm和20 cm两种行距配置,研究群体叶面积指数(LAI)、群体平均叶倾角(MLIA)、群体直接辐射透过系数(TCRP)、消光系数(K)和产量的差异。结果表明：与20 cm (B6)行距配置相比,采用10 cm (B3)行距配置提高了2个小麦品种全生育期总LAI值、灌浆中期K和产量;降低了2个小麦品种开花期和灌浆期的MLIA。多穗型品种全生育期总LAI值高于大穗型品种。B3处理的2个生育时期MLIA表现为A1>A2。随着天顶角增加,各处理TCRP均呈现逐渐减小的趋势。大穗型品种‘山农9-1’(A1)B3处理的TCRP均值和极差均较B6减小,且均值差异显著。多穗型品种‘山农9801’(A2)B3处理TCRP均值和极差均较B6增加,均值差异不显著。B3处理对多穗型小麦的增产作用更明显。B3行距配置改善了晋中晚熟冬麦区群体冠层结构,适用于北方晚熟冬麦区。     

LAI-2000冠层分析仪在不同植物群体光分布特征研究中的应用

【目的】寻求快速准确确定各种农林植物冠层透光率及其随时间变化规律的方法，以及通过冠层分析确定农林植物冠层消光系数的方法。【方法】应用LAI-2000冠层分析仪和LI-1400数据采集器连接LI-190、LI-191传感器，测定了高秆作物（玉米）、矮秆作物（大豆）和林木群体（楸树、白蜡、栾树苗圃幼林冠层）的LAI、叶倾角、冠层开度及群体透光率。【结果】（1）LAI-2000测得的冠层开度，与全天群体透光率相关非常密切。相关系数达0.9308，回归直线的截距为0.015，接近于0，斜率为1.0668，接近于1。所以，完全可以使用冠层开度估计透光率。阴天比晴天估计效果更好。（2）用实测的LAI和群体透光率，准确计算出了农林植物群体的消光系数。消光系数有明显的日变化，玉米冠层一日中出现两个极大值，中午最低。【结论】LAI-2000冠层分析仪能给出群体内不同天顶角方向的天空开度，能更详细地表达植物群体结构特征；群体内某一点的冠层开度与该点的冠层透光率在数值上几乎相等，所以冠层内透光率测定不再需要冠层上下同时测光计算，而直接由测冠层开度得到；LAI-2000无损测定冠层LAI，可用于计算群体消光系数，文中所计算的消光系数，处在文献报道的正常范围。     

不同灌溉条件下冬小麦叶面积指数的高光谱监测

LAI是作物长势监测的一个重要指标,实时、无损和准确地估测冬小麦LAI具有重要的实践意义。通过对冬小麦进行不同的灌溉处理试验,研究LAI与冠层光谱反射率的关系,计算350～2 450 nm不同波段组合的原始光谱指数和导数光谱指数,筛选最优波段组合光谱指数,并建立LAI的监测模型。结果表明,冬小麦LAI与冠层光谱反射率和不同波段组合光谱指数相关性较好;冬小麦LAI监测的最优光谱指数为DVI(435,447),以此为自变量建立的指数模型y=10.669e~(-701.9x)表现最优,模型最稳定。     

基于冠层光谱数据和作物生长模型结合的冬小麦变量施肥优化算法研究

本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数OSAVI(Optimization of soil-adjusted vegetation index)与CERES-Wheat模型相结合进行变量施肥管理(变量区),对变量施肥模型进行验证并进行了优化,旨在为变量施肥提供理论依据。     

优化水肥与传统水肥对冬小麦叶片生长、群体光分布及产量的影响

与传统水肥相比 ,优化水肥、秸秆还田优化水肥处理冬小麦主茎上第四叶叶面积和厚度略微减少 ,叶倾角、消光系数、各层透光率与传统水肥处理差异很小 ,株形尚好。优化水肥和秸秆还田优化水肥处理冬小麦籽粒产量略高于传统水肥处理。与优化水肥处理相比 ,秸秆还田优化水肥处理有利于增加光合面积 ,提高叶片质量 ,改善冠层结构和光分布状况 ,增加单位面积籽粒产量。     

施氮量对小麦商麦156光合特性、冠层光截获及产量的影响

为冬小麦高产栽培氮肥运筹提供参考依据,以商麦156为试验材料,设置0、110、150、190、230、270、310 kg/hm2等7个施氮水平,研究氮肥不同施用量对商麦156光合特性、叶绿素含量(SPAD值)、光合有效辐射、净光合速率(Pn)与SPAD值的相关性、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)与叶面积指数(LAI)的相关性及产量构成因素的影响。结果表明:不同施氮量对商麦156光合特性、SPAD值、光合有效辐射及产量等影响显著。在返青期和拔节期,商麦156净光合速率均以氮肥270 kg/hm2时最大,蒸腾速率和气孔导度分别以氮肥190、270 kg/hm2时最大,胞间CO2浓度以氮肥110 kg/hm2时最大并表现出与净光合速率负相关的趋势。在返青期和拔节期,随着氮肥用量的增加,小麦叶片SPAD值呈现先上升后下降的趋势,且均以氮肥用量230 kg/hm2时最大,较对照分别增加4.58%和3.59%。在返青期和拔节期,Pn与SPAD值的相关关系分别为极显著和显著正相关。商麦156返青期和拔节期IPAR变化趋势一致,且以氮肥270 kg/hm2时最高,较对照分别提高15.25%和14.26%。在0~270 kg/hm2范围内,返青期和拔节期LAI均随氮肥用量的增加而增大,且拔节期高于返青期,施氮量310 kg/hm2时LAI开始下降。返青期和拔节期IPAR与LAI分别呈极显著和显著正相关。小麦穗数、穗粒数和产量以氮肥270 kg/hm2时最大,而千粒质量则以230 kg/hm2时最大。说明氮肥270 kg/hm2处理可以提高商麦156光合特性和IPAR,优化冠层结构,增加穗数、穗粒数和产量。     

限水条件下不同类型冬小麦品种产量及光合特性的变化

为筛选抗旱品种,研究不同灌水处理对冬小麦SPAD值、光合特性、干物质积累、水分利用效率及籽粒产量的影响,于2020—2021年选用河北省6个冬小麦品种为材料,试验设冬后W2(拔节水和灌浆水)、W1(拔节水)和W0(无灌溉)3个水分处理,测定不同冬小麦品种在各时期生理指性和光合参数,测定不同灌水条件下各要素与产量之间的变化规律。结果表明,各小麦品种叶片净光合速率、蒸腾速率、SPAD值、穗数、穗粒数和千粒质量均随着灌水次数的减少而降低;在不同限水条件下,中麦1062、盈亿165、石新828的净光合速率、蒸腾速率的降幅较小,其SPAD值随着生育进程下降速度较缓,灌浆后期SPAD值依旧保持较高水平,保证了干物质的有效积累,减少灌水次数后,产量下降幅度较小,且产量与灌浆期SPAD值变化趋势较为一致,两者呈显著正相关关系(P<0.05)。综上所述：(1)限水条件下,中麦1062、盈亿165、石新828旗叶SPAD值下降趋势较缓,产量稳定性较好,在W1试验条件下可实现节水高产的平衡,是较好的节水抗旱高产品种。(2)灌浆期小麦旗叶SPAD值的变化可以作为品种抗旱性的评价指标,灌浆期测定SPAD值...     

不同施肥措施对冬小麦田间群体微环境的影响

以长期不施肥（CK）为对照,研究单施氮肥（N）、氮钾配施（NK）、氮磷配施（NP）、氮磷钾配施（NPK）对冬小麦田间群体小气候的影响。结果表明,长期不施肥、单施氮肥、氮钾肥配施（CK、N、NK）措施在小麦拔节期、灌浆期容易导致较高的群体冠层温度和群体内地面温度,群体叶片SPAD值较低,不利于小麦的生长,造成减产;而氮磷肥配施、氮磷钾肥配施（NP、NPK）措施则相反,更有利于小麦的生长,获得较高的产量,冠层温度调控幅度在0.5～8℃,地面温度调控幅度0.5~16℃,群体叶片SPAD值改善幅度3~17个单位。此外,不同施肥措施对小麦群体内相对湿度、CO₂浓度的影响没有表现出一定的规律性。     

中国北方作物和草地LAI全球产品的精度评价

叶面积指数(Leaf area index, LAI)是陆地表层的生态系统、农业生产、水热能量平衡及全球气候变化等等模型中的关键参量之一。目前已有多种的全球LAI遥感产品,科学评价和对比这些LAI产品精度是准确使用这些数据的重要基础。本研究基于多个时期的地面实测LAI数据和Landsat TM、HJCCD影像数据,对中国北方重要的植被类型玉米、冬小麦和草地的GLOBMAP的LAI数据精度进行验证评价,并将其与MODIS、GEOV1产品进行比较。研究结果表明,在玉米的整个生长季过程中,与MODIS、GEOV1 LAI产品相比较,GLOBMAP LAI产品值与地面实测值、TM影像估算LAI值都更为接近。冬小麦GLOBMAP LAI产品明显低于实际值、HJCCD估算LAI值,冬小麦GLOBMAP LAI产品值较实测值低约2～5左右。草地GLOBMAP LAI值精度不高,其与实测值拟合R~2仅为0.231,比HJCCD影像估算值低0.6～2左右。三种全球LAI产品比较而言,GLOBMAP与MODIS LAI产品值相对较为接近,两者都明显低于GEOV1 LAI产品值,但三种LAI产品都较好刻画了玉米和冬小麦冠层LAI的生长变化过程。本研究可为LAI全球遥感产品准确应用、产品算法改进、精度提高提供科学参考。