基于高光谱和激光雷达遥感的水稻产量监测研究

【背景】快速、准确地估算水稻产量对于肥水精确管理及国家粮食政策的制定至关重要。高光谱与激光雷达遥感作为2种不同的主被动监测技术,为水稻长势信息获取提供了多样化手段。【目的】对比2种遥感监测手段在不同生态点的独立数据集中的验证精度,寻求可移植性强的产量估算模型,对水稻长势监测提供理论与技术支撑,及为精确农业提供科学指导具有重要意义。【方法】本研究通过实施3年（2016—2018年）包含不同地点、不同品种与不同氮素水平的水稻田间试验,在抽穗后各时期同步获取点云数据和光谱数据,结合线性回归与随机森林回归来估算产量,探究抽穗后点云数据与光谱数据估算水稻产量的差异;同时评估产量模型在不同数据集的时空可移植性,寻求可移植性强的产量估算模型。【结果】利用点云数据估算产量的精度（R² = 0.64—0.69）优于光谱数据的估算精度（R² = 0.20—0.58）;基于线性回归的产量估算模型,其验证精度明显优于基于随机森林回归的产量模型;产量模型在同一生态点的可移植性更强（不同生态点：RRMSE 16.69%—17.85%;同一生态点：RRMSE 11.37%—12.41%）。【结论】本研究为抽穗后水稻产量监测提供了新的方法和不同遥感手段的性能比较,为收获前作物产量的实时估算提供重要支撑。激光雷达技术凭借其全天候工作的特点,在长江中下游水稻产量实时监测中有着较好的应用前景。     

不同灌溉定额对膜下滴灌水稻耗水特征及水分生产效率的影响

【目的】研究膜下滴灌水稻不同水分处理对耗水特征和水分生产效率的影响。【方法】2017年设置5个灌溉定额,对比分析不同水分处理下水稻产量、各生育期耗水量。【结果】W₅处理(灌溉定额910.00 mm)的水稻产量比其他处理分别增加21.95%~458.43%。膜下滴灌水稻全生育期5个水分处理的耗水强度分别为3.75~7.14 mm/d。随着灌水量减少叶面积衰减指数逐渐增大,叶片表现出早衰特征,株高受到灌水量抑制。W₅处理与其他处理水分生产率相比分别提高7.61%~193.06%。生育阶段耗水强度变化规律为拔节孕穗期＞抽穗扬花期＞灌浆期＞分蘖期＞成熟期＞苗期。【结论】水稻全生育期适宜灌溉定额910.00 mm,在拔节孕穗期、分蘖期2个关键需水期,满足水稻水分需求。     

干湿交替灌溉对旱直播水稻产量与品质的影响及其生理机制

【目的】水稻是人类重要的粮食作物之一。水资源短缺是限制传统水稻生产发展的因素之一。在保证水稻产量稳产优产的同时,提高水分利用率对我国水资源高效利用具有重要意义。旱直播作为一种精简化的种植模式,与常规的移栽稻相比,可以省时、省力和减少灌溉用水量,提高水分利用率。干湿交替灌溉是指在水稻生长发育过程中,以保持一定水层和自然落干相互交替为特征,是有效减少灌溉水用量的一种节水栽培技术,对维持粮食生产和节约农业用水具有重要意义。研究旱直播下不同水分管理方式对水分利用率、农艺性状、抗氧化酶与渗透调节物质、光合物质生产与转运、非结构性碳水化合物代谢等方面的影响,探讨不同水分管理方式下水稻产量和品质的差异,为水稻旱直播节水栽培种植体系提供理论基础。【方法】将旱直播与干湿交替灌溉相结合,以吉玉粳为试验材料,于2021年和2022年进行盆栽试验,在旱直播下设置3个不同水分管理方式：常规水分管理（D1）、干湿交替灌溉（D2,土壤水势为0 kPa复水）、干湿交替灌溉（D3,土壤水势为-15 kPa时复水）。【结果】与常规灌溉相比,干湿交替灌溉可以增加有效分蘖的产生,增加水稻灌浆前叶片的生理活性,提高了茎鞘中非结...     

新疆北疆膜下滴灌水稻耗水规律研究

【目的】膜下滴灌栽培水稻技术具有显著节水稳产效果,研究膜下滴灌水稻耗水规律。在中国北方灌溉水资源短缺的地区具有重要意义。【方法】在田间设置土壤含水量下限为田间持水量90%、80%、70%三种灌溉下限小区试验,通过连续监测水稻全生育期水分蒸发量、蒸腾量和渗漏量,分析膜下滴灌水稻各生育期的耗水规律,总结适合膜下滴灌水稻全生育期的最佳灌水制度。【结果】(1)三种灌溉下限的灌溉量分别为1 303.5、853.1和659.0 mm。滴灌水稻耗水量最大的时期在拔节孕穗期,日均耗水量和耗水模比系数最大的时期也在拔节孕穗期;(2)高灌溉量下水稻产量较高,但90%田持灌溉下限和80%灌溉下限处理间没有显著性差异,水分利用效率为处理80%90%70%。【结论】新疆膜下滴灌水稻各时期最佳灌溉量为:苗期82.7mm,分蘖期198.5 mm,拔节期213.3 mm,抽穗杨花期155.6 mm,灌浆期265.2 mm和成熟期111.1 mm,全生育期中灌水量为1 026.4 mm。     

分布式水文模型在徒骇马颊河流域灌溉管理中的应用Ⅱ.水分生产函数的建立和灌溉制度的优化

【目的】优化徒骇马颊河流域冬小麦-夏玉米轮作体系的灌溉制度。【方法】以经过参数率定与模拟验证的SWAT为手段,设置了1种充分灌溉和9种非充分灌溉情形,拟合得到冬小麦和夏玉米的水分生产函数,在此基础上,以不考虑氮磷胁迫的历史灌溉情景为基本情形,设置了3种优化灌溉方案。【结果】模拟结果表明,与基本情景相比,轮作体系粮食稳产,平均节约灌溉用水29.00%,水分利用效率平均提高6.58%;与相应时段的年鉴统计值和模拟的历史情景下的产量相比,情景三下全区轮作体系粮食平均增产8.32%和11.24%;与模拟的历史情景相比,优化情景下轮作体系的水分利用率平均提高36.33%。【结论】优化灌溉方案能够在保证徒骇马颊河流域冬小麦－夏玉米轮作体系粮食稳产的前提下,有效地节约灌溉用水,提高水分利用率。     

寒地水稻节水灌溉用水模型研究综述

【目的】通过寒地水稻用水模型及算法的梳理,研究灌溉用水在寒地水稻不同生育期进行控制灌溉的一般性规律问题,找到寒地水稻节水灌溉运行管理的理论基础和科学依据。【方法】通过查阅大量相关文献,用文献综述法围绕水稻用水模型及算法展开梳理,对国内外已有的技术理论和研究体系重点进行探讨,为提高水稻用水效率及水稻节水灌溉运行管理提供科学依据。【结果】国内外对用水模型的研究有的以彭曼公式为基础进行修正,有的针对水稻田间环境单一因素进行建模,有的由单因素逐渐扩展到多个因素,但这些模型多适用于国外和南方的水稻种植区域,对适应北方一季水稻种植的用水模型研究较少。【结论】我国水稻用水模型研究还处于起步阶段,部分技术难题还未攻克。加强水稻用水模型的研究,需要与农学农艺相结合,更要信息化技术、物联网技术的支持。增进用水模型的实用化进程,可以提高我国农业用水效率,保证区域农业可持续健康稳定发展。     

“减穴稳苗”田间配置对西南稻区水稻冠层结构和光能分布的影响

【目的】明确“减穴稳苗”田间配置对西南稻区杂交籼稻冠层结构和光能分布特征的影响，从而为“减穴稳苗”田间配置在西南稻区的推广应用提供理论和实践依据。【方法】在温江和汉源2个生态点设置田间试验，采用单因素随机区组设计，设常规密植田间配置（THDP，行穴距30.0 cm×12.0 cm，每穴1.5苗，单、双苗错穴移栽）和“减穴稳苗”田间配置（ISRH，行穴距30.0 cm×24.0 cm，每穴3苗）两种配置，研究了不同田间配置对水稻冠层结构、冠层光能分布以及光合特性的影响。【结果】(1)较常规密植，减穴稳苗显著提高了两生态点单穴茎蘖数，使抽穗期水稻上三叶的叶倾角下降了0.93%～3.97%，进而使单穴叶面积和冠层幅度显著增加80.39%和28.99%。(2)减穴稳苗改善了水稻冠层中下部通透性，使温江生态点冠层3～40 cm处的透光率提高了18.08%～42.55%，汉源生态点冠层3～100 cm处的透光率提高了5.49%～44.22%，进而使抽穗至成熟期冠层底部的日辐射量和光照度分别提高46.74%和11.54%～75.63%。(3)较常规密植，减穴稳苗有效提高了水稻上三叶的光合能力，剑叶、...     

日光温室内负水头灌溉条件下茄子生长及生理特性的研究

【目的】研究日光温室内负水头灌溉对茄子生长及生理特性的影响,为温室水分管理提供理论和实践依据。【方法】设定灌溉系统的负压值为70hPa,每周常规灌溉的灌水量为负压自动灌溉系统下植株耗水量的1.5倍,在日光温室内进行负水头灌溉与常规灌溉下的茄子栽培试验,分析2种灌溉条件下植株的生长动态、一周内2种灌溉下土壤含水量的变化以及生育期内茄子生理特性的差异。【结果】70hPa负压灌溉下温室土壤含水量基本控制在14.48%左右。负水头灌溉下茄子的株高、茎粗、叶片数和展开度的增长速度均高于常规灌溉,其中株高和叶片数与常规灌溉相比差异显著。2种灌溉方式下茄子叶片的光合、蒸腾作用及气孔导度的日变化趋势相同,均呈双峰曲线;负水头灌溉下茄子的光合速率、蒸腾速率及气孔导度均显著高于常规灌溉。负水头灌溉下茄子产量为常规灌溉的1.44倍,负水头灌溉和常规灌溉下的作物水分生产率分别为17.86,8.27kg/m3,两者差异极显著,负水头灌溉的水分生产率为常规灌溉的2.16倍。【结论】负水头灌溉在持续供水的同时又能精确控制土壤含水量,有效减少土壤渗漏和地表蒸发,具有良好的节水效果且更有利于作物的生长,茄子的产量和水分生产率都得到了显著提高。     

玉米适宜品种选择和播期确定动态知识模型的设计与实现

 【目的】试图建立一种具有时空动态性的玉米适宜品种选择和播期确定知识模型。【方法】运用知识工程原理和数学建模技术, 通过定量计算玉米品种特征值与生态环境因子和生产需求之间的符合度，建立了玉米适宜品种选择动态知识模型。依据玉米生长发育进程与最佳季节同步原理，建立了玉米适宜播期确定知识模型。【结果】模型验证利用北京、济南、沈阳等不同生态点常年气象资料以及8个不同品种数据资料，对所建品种选择知识模型进行了实例分析；利用河北滦平、山东济南、辽宁沈阳3个不同地区的气象资料和农大108品种资料对播期模型进行了实例验证。【结论】该系统具有较好的决策性和普适性。     

水稻籽粒蛋白质积累的模拟模型研究

 【目的】蛋白质含量是稻米的重要品质指标。通过解析和综合水稻植株氮素积累和转运的动态规律及其与环境因子和基因型的定量关系，构建一个基于氮流生理过程的水稻籽粒蛋白质形成模拟模型，以期为水稻生产中籽粒蛋白质指标的动态预测和管理决策提供量化工具。【方法】以田间试验资料为基础，结合已有水稻生长模型，采用生理发育时间作为定量生育进程的尺度，通过解析和综合水稻植株氮素积累和转运动态的基本规律及其与环境因子和基因型的定量关系，构建花前植株氮素吸收与积累、花后氮素吸收与转运及籽粒蛋白质形成过程的模拟模型。【结果】利用不同年份、不同生态点、不同品种类型和不同肥水条件下的大田试验资料对籽粒蛋白质形成模型进行了检验，籽粒蛋白质含量模拟值与观测值之间的决定系数大于0.84，根均方差（RMSE）小于0.26%。表明模型具有较好的通用性和可靠性，可以较准确地预测不同条件下的水稻籽粒蛋白质含量与蛋白质产量。【结论】基于植株氮素积累和转运的生理生态过程，以生理发育时间为主线，建立了较为简化的水稻籽粒蛋白质积累动态的模拟模型，模型的研究不仅为定量预测不同生态与肥水条件下不同水稻品种籽粒蛋白质含量与蛋白质产量的动态变化奠定了基础，而且是对国内外现有水稻生长与产量模拟模型的发展和完善。     

探讨不同情景下水稻产量和灌溉水生产力的提升方法——以湖北漳河灌区为例

为提升湖北漳河灌区水稻产量和灌溉水生产力(IWP),基于土壤、气象和大田试验数据，利用调参验证后的ORYZA v3水稻模型，模拟不同情景下水稻的产量和灌溉水生产力，并利用ArcGIS 10.2工具，将点尺度的模拟结果扩大到区域尺度，同时结合漳河灌区的土壤类型，综合分析得出适宜于漳河灌区水稻的管理措施组合。结果表明：1)模型率定期和验证期的评价指标均体现出良好的相关性，表明该模型对于漳河灌区水稻的生长模拟体现出较高的精度，具有较好的适应性。2)利用本地化后的ORYZA v3模型模拟分析，选定情景10(灌溉下限为土壤饱和含水率的60%,施氮量为198 kg/hm²,种植密度为4株/穴)为丰水年推荐管理措施组合，可以使产量提升5.28%、IWP提升104.38%;情景7(灌溉下限为土壤饱和含水率的70%,施氮量为198 kg/hm²,种植密度为5株/穴)为平水年推荐管理措施组合，可以使产量提升4.23%、IWP提升74.34%;情景9(灌溉下限为土壤饱和含水率的60%,施氮量为162 kg/hm²,种植密度为4株/穴)为枯水年...     

A dynamic knowledge model for water management in maize

Farmland irrigation management and model establishment are always core and difficult contents in crop simulation. This research was focused on exerting the establishment theory of knowledge model, and applying the systematic analysis method and mathematic modeling technology to knowledge expression system of maize water management. Based on soil water balance, a dynamic knowledge model with systematic and wide-application characteristics for maize water management was developed, after periodically quantifying the relationship of irrigation ration between cultivars’ characteristics and environmental factors. Cases were studied on the knowledge model with the data sets of normal year in different eco-sites and those of different rain years in the same eco-sites. The results showed that there was no difference in water saving in normal years under different eco-sites, irrigation schedule changes with eco-sites greatly; but a more obvious difference in different rain years of the same eco-sites existing, with 8.6% and 31.9% of water saving in both more rainfall and normal rainfall years, respectively. Additionally, irrigation in the seedling stage did not change with year types, but it did in Knurling and filling stages. This can be concluded that the irrigation regime designed by the model is well coherent to the actual planting system, which indicated that the model had good decision-making and applicability __________ Translated from Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2007, 23(6): 165–169 [译自: 农业工程学报]     

风沙土膜下滴灌灌溉水量对玉米生长和产量的影响

[目的]为了更好地为风沙土膜下滴灌灌溉制度的制定提供理论依据。[方法]通过田间试验对不同灌溉水量条件下风沙土地区膜下滴灌玉米生长和产量的影响进行研究。[结果]灌溉水量对玉米株高、茎粗、叶面积指数（LA,）和单株地上干物质重等营养生长指标影响较小;穗长、穗粗、行粒数、百粒重、穗粒重、穗重等产量构成性状和产量均随着灌水量的增加先增大后减小,灌溉水量为75％Er时产量最高,达到7．67t／hm3;水分利用效率（WUE）随着灌溉水量的增加线性下降,25％ET时WUE最大,为1．30kg／m3。[结论]在风沙土地区,玉米膜下滴灌灌溉水量宜控制在25％ET～75％ET。     

秸秆还田与水分管理对双季水稻氮素吸收及氮肥?利用率的影响

秸秆还田是促进农田养分循环的重要方式,也对提升农田地力有较好效果。以南方典型双季稻田为研究对象,设置三个秸秆还田水平和两种水分管理方式的两因子田间定位试验,于定位试验开展后的第5年通过测定早稻和晚稻季稻田土壤无机氮、微生物生物量氮动态、植株吸氮量动态以及收获期主要土壤肥力因子、水稻产量和植株各部分氮素累积量,分析秸秆还田与水分管理制度下水稻氮素吸收和氮肥利用率的特征及其影响因素。结果表明:秸秆还田提高了土壤有机碳和全氮含量以及土壤p H,长期淹水较之间歇灌溉降低了土壤有机碳、全氮和全磷含量。在氮肥用量一致条件下,早稻季秸秆还田降低了分蘖期土壤氮素有效性,导致水稻生育期内氮素吸收量显著下降,且显著降低水稻籽粒产量及氮肥利用率;氮肥利用率较对照下降2.0~7.6个百分点,且随秸秆还田量的增加而降低。晚稻季秸秆还田提高了生育期内土壤氮素有效性,显著提高了水稻生育期内氮素吸收量,增加水稻产量且显著提高氮肥利用率;氮肥利用率较对照提高8.6~13个百分点,且随秸秆还田量的增加而增加。研究表明,间歇灌溉和长期淹水灌溉两种水分管理方式对水稻氮素吸收、籽粒产量及氮肥利用率的影响差异不显著。早稻季秸秆还田配合长期淹水灌溉将加剧水稻产量和氮肥利用率下降。双季稻稻田实行间歇灌溉下的早稻季秸秆不还田、晚稻季秸秆全量还田(6 t/hm2)有利于获得较高水稻产量和氮肥利用率。     

三环唑和嘧菌酯在水稻植株和田间的残留及消解动态

【目的】研究三环唑和嘧菌酯在水稻植株、稻田水和土壤中的残留及消解动态。【方法】水稻样品用乙腈或二氯甲烷提取,提取液浓缩后经高效液相色谱(三环唑)和气相色谱(嘧菌酯)分析。【结果】三环唑和嘧菌酯的最低检出限(LOQ)分别为0.05和0.01 mg·L~(-1),平均回收率分别为78.5%~100.8%和73.9%~109.7%,相对标准偏差(RSD)分别为1.0%~12.9%和3.1%~12.9%;三环唑和嘧菌酯在水稻植株、稻田水和土壤中的残留消解动态规律符合一级动力学方程,三环唑和嘧菌酯的半衰期分别为2.4~13.1和4.3~16.1 d。【结论】三环唑和嘧菌酯属于易降解农药,检测方法的灵敏度、准确度及精密度均符合农药残留分析要求。     

水分胁迫对水稻生理特性和产量的影响

[目的]为水稻生产确定适宜的节水灌水指标。[方法]通过防雨棚池栽试验,以土壤水势为灌水下限控制指标,研究不同水分胁迫条件下水稻籽粒产量和结实期籽粒含水量、颖花绿叶量及保护酶活性等生理性状指标相对值变化规律。[结果]当土壤水分调控标准低于－30kPa时,在灌浆中期籽粒含水量和颖花绿叶量表现出明显的负效应,SOD、CAT、POD含量相对值显著升高;在适宜土壤水分胁迫下,即土壤水势高于－30kPa,SOD、CAT、POD含量相对值有所升高。[结论]不同水分胁迫程度对籽粒含水量和颖花绿叶量的影响不同。     

宁夏引黄灌区种植业面源污染流失量模拟

为揭示灌区种植业氮磷流失规律与空间分布格局,基于水量平衡与土壤物理化学吸附理论,构建了宁夏引黄灌区种植业面源污染流失量轻简化模型,模拟了灌区玉米、小麦和水稻氮磷流失的时间特征与空间格局。模拟结果表明：灌区主要作物退水氮磷流失量的时间变异大,玉米春灌流失量、小麦春灌头水流失量和水稻分蘖期流失量是各自灌水周期氮磷流失量的最高值;灌区农田总氮（TN）流失量（以N计）为887.51 t,玉米、小麦和水稻分别贡献了25%、8%和67%,平均氮流失系数为1.99%;灌区农田总磷（TP）流失量为48.05 t,玉米、小麦和水稻分别贡献了19%、18%和63%,平均磷流失系数为0.15%;种植业氮磷流失量最大的区县为平罗县,氮磷流失系数最大的区县为兴庆区,永宁县中部以及河东地区东部是氮磷流失的热点区域。该模型反映了农田管理、降水和土壤条件等过程对退水量和退水中氮磷浓度的影响,模型参数少、物理机制明确,可用于宁夏引黄灌区种植业面源污染流失量模拟。     

沿海围垦区普通塑料大棚内黄瓜需水量研究

[目的]开展沿海围垦区大棚内黄瓜(Cucumis ativus)需水量试验,对指导大棚内作物种植,发展精准灌溉具有重要的意义。[方法]以20 cm深处土壤含水率的上下限,确定土壤的灌水时间、灌水量。苗期土壤含水率的上下限分别按田间持水率70%～100%、80%～100%控制;开花坐果期、盛果期土壤含水率的上下限分别按田间持水率70%～100%、80%～100%、90%～100%控制。[结果]春、秋两季种植的黄瓜需水量在300 mm左右,秋黄瓜生育期需水量略高于春黄瓜。两者的需水量、需水强度均随着作物生长而增大,盛果期最大,春黄瓜盛果期需水量173.1 mm,需水强度5.09 mm/d;秋黄瓜盛果期需水量156.7 mm,需水强度4.09 mm/d。[结论]秋黄瓜与春黄瓜各生育期的需水强度及需水量差异较大,棚内温度差异是造成春、秋两茬黄瓜需水规律不一致的主要原因。     

矮化密植苹果树节水灌溉研究

[目的]提高北京地区果树灌溉水资源利用率,为痕量灌溉系统的设计及其在果树上的大面积应用提供理论依据。[方法]通过室内试验和田间应用,对不同灌溉量处理下矮化密植苹果树的灌溉效果进行比较。[结果]灌溉过程中垂直湿润峰与水平湿润峰比值随灌溉时间延长而增大。各处理不同土层深度土壤含水量呈先升高后降低再升高的趋势。灌水定额12 L/h的处理(H_1)同层土壤含水量高于灌水定额10 L/h的处理(H_2)。H_1的树高生长量较大,H_2的地径、冠幅生长量较大,各处理的苹果树生长差异不显著。[结论]痕量灌溉处理降低20%灌溉量后不影响树木正常生长,达到节水灌溉的目的。     

文莱水稻生产现状及发展思路

【目的】调查了解文莱水稻生产概况,为进一步加强我国与文莱农业合作提供参考。【方法】通过实地调查与实地试种,探讨分析了文莱水稻生产现状及其制约因素。【结果】文莱大米主要自泰国进口,自给率仅为6％-8％,农业物资较缺乏,农业管理机构不健全;制约水稻生产的因素有基础设施不完善、田间管理粗放、发展方案未能及时制定和实施、未进行品种选育工作。文莱-中国水稻合作种植试验结果表明,5个国内品种在文莱种植生育期均比国内缩短20d,其产量和米质虽然有所下降,但产量仍比文莱本地品种高;制约文莱水稻产量的主要因素有土壤偏性、储水能力较差、排灌系统较差、病虫害较严重。【建议】提高文莱水稻生产水平的发展思路为：完善与落实水稻发展规划、健全水稻生产指导机构、加强农田水利设施建设、建立水稻生产示范基地、组织农民参加培训、选种优质高产高温型水稻品种、确保生产物资供应。