行距配置对套作大豆冠层光环境及其形态特征和产量的影响

为明确玉米-大豆带状套作群体行距配置对套作大豆的影响,固定带宽为200 cm,玉米采用宽窄行种植,设定玉米窄行距离为20 cm(P1)、40 cm(P2)、60 cm(P3)、80 cm(P4)和100 cm(P5),研究了不同行距配置对套作大豆共生期光环境及其形态特征和产量的影响。结果表明:(1)套作大豆冠层的透光率和红光/远红光(R/Fr)比值随着玉米窄行行距的增大(玉豆间距的减小)而逐渐降低;(2)套作大豆单株的茎粗、地上部生物量、根长、根重和根冠比随着透光率和R/Fr值的增大呈现上升的趋势,最大值出现在玉米窄行20 cm(P1)处理,分别为2.02 mm、0.25 g、8.5 cm、0.034 g和0.14;而株高变化规律相反,最大值为31.9 cm,出现在100 cm(P5)处理中;(3)套作大豆的产量在P1处理和P2处理下差异不显著,最高产量为1 472 kg·hm-2,随后随玉米窄行行距的增大而迅速降低,并且与其冠层的透光率和R/Fr比值呈显著和极显著正相关。因此,在玉米-大豆带状套作系统中,将玉米窄行行距控制在20~40 cm范围,有利于大豆生长发育的光环境及后期恢复和产量形成。     

玉米大豆套作窄行距对作物竞争效应及物质分配的影响

为明确行距配置对作物竞争效应和物质分配的影响，本研究以玉米-大豆带状套作系统为对象，设置不同窄行距配置以及隔根处理，结果表明：各处理间，玉米植株的竞争强度随窄行距增加而逐渐减小至趋于平稳，大豆竞争强度增幅为33.14%~36.31%；玉米的全竞争强度（EFC）、地上竞争强度（ESC）与窄行距呈反比，大豆全竞争强度（EFC）和地上竞争强度（ESC）一致表现为：40cm<80cm<100cm；玉米营养器官干物质的转移率和对籽粒的贡献率 表现为窄行距从20 cm增加至100 cm，转移率增幅为11.0%~20.5%，贡献率为13.5%~27.0%；大豆营养器官干物质转移率降低17.5% ~ 28.5%，贡献率降低52.0%~71.0%。各窄行距于40cm处系统竞争达到平衡，可协调带状套作下玉米和大豆竞争互补以及物质分配。     

水稻不同发育时期高光谱与叶绿素和类胡萝卜素的变化规律

通过大田和室内试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻冠层、完全展开倒1叶、倒3叶和穗在不同发育时期的高光谱反射率及对应叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。结果表明,不同供氮水平的水稻冠层和叶片光谱差异明显,冠层光谱反射率随发育期推迟,抽穗前在可见光范围逐渐降低、在近红外区域逐渐增大,抽穗后在可见光范围逐渐增大,在近红外区域逐渐降低;抽穗后,冠层、叶片和穗光谱的红边位置存在“蓝移”现象;叶片叶绿素、类胡萝卜素含量呈S形变化;高光谱植被指数R990/R553、R1200/R553、R750/R553、R553/R670、R800/R553、R800/R680、（R800-R680）/（R800+R680）［R为反射率,下标为对应波长值（nm)］和红边位置λred与叶绿素、类胡萝卜素含量之间存在极显著相关,说明能用它们来估算水稻冠层、叶片和穗的叶绿素、类胡萝卜素含量。     

缺素对小麦冠层反射光谱的影响

为给小麦缺素症早期诊断提供依据，以太湖地区典型稻麦轮作区的长期定位施肥实验为研究对象，分析了氮磷钾单一营养元素缺乏和两种或两种以上元素同时缺乏时的小麦叶绿素含量（SPAD值）及冠层反射光谱特性的变化规律。结果表明，缺素造成了叶片叶绿素含量的下降。缺氮使小麦冠层光谱反射率在可见光波段（460～710nm）和1480～1650nm波段增加，在近红外波段（760～1220nm）下降，红光波段对胁迫表现最为敏感．其次为黄光波段和1480nm左右的水分吸收波段；缺磷降低了近红外波段反射率，对可见光波段反射率的影响则受生育阶段和其他肥料互作的影响；缺钾处理对冠层反射光谱的影响较小，差异不显著。氮胁迫对可见光波段的影响程度显著高于磷胁迫，近红外波段两者持平。光谱对养分胁迫的响应程度随生育进程的推进而逐渐减小。缺素均使冠层光谱的红边位置向短波方向移动即发生蓝移，位移大小依元素缺乏种类及数量而定，最大位移可达10nm左右。     

不同栽培措施下拔节期水稻冠层反射光谱特征及其模糊聚类分析

分析了不同栽培措施（密度、移栽叶龄、施氮量及水分管理方式）对稻田拔节期冠层反射光谱的影响,并对其进行了模糊聚类分析。研究表明,不同栽培措施通过影响水稻拔节期群体生长特征而引起冠层反射光谱发生变化。增施氮肥、水层灌溉、减小栽插秧龄和增加密度都使近红外波段反射率增加,可见光波段反射率降低。用绿（560 nm）、红(660 nm)和近红外（810 nm）3个波段的反射率和比值植被指数为指标,用模糊聚类方法可以完全无误地区分开拔节期不同处理的水稻群体。说明通过光谱分析可以识别不同栽培措施和生长状况下的水稻群体。     

不同施氮条件下小麦冠层的高光谱和多光谱反射特征

为了更好地利用冠层反射光谱特征监测小麦生长及氮素营养状况。以宁麦9号、淮麦20、徐麦26和扬麦10号四个小麦品种为材料，通过田间小区试验，研究了不同小麦品种在不同生育时期和不同氮素水平下冠层反射光谱的变化规律。结果表明，相同氮素水平下不同小麦品种冠层反射光谱的反射率有差异，且近红外部分差异较明显。小麦从拔节开始，随生育期的推进，冠层反射光谱在可见光波段的反射率先降低然后升高，以孕穗期反射率最低。随着叶片的逐渐变黄。反射率又增大，并且绿光波段的反射峰也逐渐消失。而近红外区反射率则表现出相反的趋势，以开花期为分界，先上升然后下降，直到成熟前降为最低。随着施氮水平的提高，冠层反射光谱在近红外反射平台（750-1300nm）的反射率呈上升趋势，而可见光部分反射率则下降，并且反射光谱的绿峰和红边位置也随着施氮水平的提高分别向蓝光方向（波长变短）和红光方向（波长变长）移动。     

不同株型玉米套作大豆生长环境动态及群体产量研究

为探明玉米-大豆带状套作下大豆生长环境动态规律及产量变化,选用不同株型玉米品种与大豆带状套作,分析了光强,光质,空气、土壤温湿度及产量变化规律。结果表明:大豆与紧凑型玉米套作下其冠层光合有效辐射和光谱辐照度在不同高度和不同时间都高于半紧凑和松散型。玉米-大豆带状套作群体土壤水分含量从大豆行间到玉米窄行间逐渐降低,大豆与紧凑型玉米套作群体不同空间位置土壤含水量变化幅度较小,而半紧凑和松散型玉米变化幅度较大。对于空气温湿度,紧凑型玉米套作下的大豆冠层空气温度最高,湿度最低。此外,大豆与紧凑型玉米套作下不同空间位置土壤0~10 cm温度高于半紧凑和松散型套作。大豆与紧凑型玉米套作下其产量显著高于与半紧凑和松散型玉米套作,但紧凑型玉米产量最低。因此,在玉米-大豆带状套作群体不同配置相关研究中应当考虑玉米株型对大豆生长环境及产量的影响。     

基于连续统去除法的玉米品种高光谱差异性研究

根据玉米吐丝期和灌浆期冠层光谱反射率数据,采用Savitzky-Golay滤波法进行光谱平滑处理后,利用连续统去除法对绿峰535 nm、红谷650 nm、近红外波段770 nm进行光谱分析,提取吸收峰总面积、最大吸收深度、对称度、左面积、右面积、面积归一化最大吸收深度6个玉米冠层反射光谱吸收特征,利用提取的特征参数构建高光谱反射率差异性指数,对不同品种玉米的光谱差异性进行定量分析。结果表明:除最大吸收深度差异性指数及右面积差异性指数外,其他4个指数可以表征不同玉米品种在同一时间的光谱差异性,能够定量化描述不同品种玉米的光谱特征。研究结果能够为玉米品种遥感识别、产量估算等研究提供理论依据。     

根腐病胁迫对大豆光谱特征和叶绿素荧光特性的影响

为探讨根腐病胁迫下光谱特征指数和叶绿素荧光参数与光合色素的相关性,以大豆植株为研究对象,分析了不同程度根腐病胁迫下大豆叶片光合色素、叶绿素荧光特性以及冠层光谱特征的差异性。结果表明:随大豆根腐病病情的加重叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素以及叶绿素/类胡萝卜素降低。同时,光系统II最大光化学效率、光系统II光化学效率、非光化学淬灭系数以及PSII的量子产额等荧光参数显著低于正常植株。光谱反射率在近红外区域(700～1 000 nm)随病害程度的加重而降低,归一化深度变浅。通过对原始光谱进行微分变换,病害植株红边幅值降低,红边位置出现蓝移现象。除绿峰位置、幅值以及修正叶绿素吸收反射率指数外,红边幅值、红边位置、结构不敏感色素指数、光化学植被指数、简单植被指数、归一化差异指数、修正归一化差异指数、绿度指数以及荧光参数与根腐病胁迫下叶片光合色素相关性均达到显著水平。因此,选择适宜的光谱特征指数和叶绿素荧光参数,借助光合色素变化,可为利用高光谱遥感技术和荧光成像技术对大豆根腐病危害诊断提供理论支持。     

小麦叠加叶片的叶绿素含量光谱反演研究

为了给田间冠层水平叶绿素含量高光谱反演研究提供参考,研究了小麦单层及叠加叶片不同波长光谱反射率及几种常用植被指数对叶绿素含量的响应特征。结果表明,可见光波段的绿光到红光波段范围内叶片光谱反射率与叶绿素含量存在良好的相关关系,其中在绿光反射峰550 nm附近和红边区域的705 nm附近反射率都可以用来预测叶绿素含量。红谷吸收表现为随叶绿素含量提高而蓝移的特征。常用植被指数NDVI在本研究中对小麦叶片的叶绿素含量的监测效果并不理想。SR705虽然与单层叶片叶绿素含量相关性较好,但是对叠加多层叶片的叶绿素含量反演效果不好。光谱参数中TCARI对单层叶片和不同叠加层数的叶片均有最好的预测能力,因此可以利用TCARI监测小麦叶绿素含量,进而用于评价其光合特性。