大田玉米水分胁迫指数CWSI基线建立方法试验研究

作物水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI)经验模型的建立与气候和种植条件密切相关。本文以内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗大田玉米为对象,研究CWSI的最优经验模型。玉米在营养生长阶段(Vegetative stage,V期)、生殖期(Reproductive stage,R期)和成熟期(Maturation stage,M期)分别进行不同灌溉水平的处理,采用红外测温传感器采集玉米冠层温度。分别结合田间和实验地旁标准气象站空气温湿度数据建立了CWSI经验模型的无水分胁迫基线。基于2种无水分胁迫基线,分别利用饱和水汽压梯度获取的无蒸腾作用基线和5℃无蒸腾作用基线建立了4种CWSI经验模型,得出反映大田玉米水分胁迫状况的关系曲线,并进行对比。结果表明,基于实验地旁标准气象站空气温湿度数据建立的CWSI经验模型具有很大的波动性,并不能很好反映玉米的水分胁迫状况,其值常常超出正常范围0～1。而基于田间空气温湿度数据建立的CWSI经验模型则可以很好地监测内蒙古自治区大田玉米水分胁迫状况,M期3种不同水分处理100%、52%和28%具有较好的CWSI数值梯度,分别为0.04、0.14和0.32。相比于基于饱和水汽压梯度获取的无蒸腾作用基线,以5℃作为无蒸腾作用基线时得到的CWSI数值较小,可以较好地反映水分胁迫状况,对应上述M期3种不同水分处理CWSI值分别为0.02、0.10和0.22,具有较为合理的梯度。经过初步检验和分析,认为基于田间空气温湿度数据建立的CWSI经验模型较为合理,可以有效监测大田玉米水分胁迫状况。     

基于冠层温度的温室葡萄CWSI模型试验研究

探讨并建立了适合于镇江丘陵地区温室葡萄水分状况监测的作物水分胁迫指数(CWSI)模型.通过田间实验和观测,得到了适合温室葡萄的CWSI经验模型中的经验关系.初步的检验和分析表明,这一模型是合理的,可以用于温室内葡萄基于冠层温度信息的水分状况监测.     

冠层温度定量诊断覆膜作物水分状况试验研究

作物缺水指标 CWSI( Crop Water Strese Index)和冠层 -空气温差 ( Tc-Ta)是利用冠层温度评价作物水分状况的重要方法。 1 998和 1 999年在新疆乌兰乌苏农业气象站试验田内开展了对覆膜棉花和玉米的研究。结果表明 :CWSI能够指示作物根系层的水分状况 ,而 ( Tc-Ta)受到环境因素 (太阳辐射、空气饱和差 )的较大影响。另外 ,对用标准化的冠层 -空气温差法 NDT( Normalized Difference of Temperature)定量诊断作物水分状况的可行性进行了研究。结果表明该方法在很大程度上能消除环境因素的影响 ,直接指示作物根系层的水分状况 ,并提出了覆膜棉花和玉米各生育阶段需灌溉的临界 CWSI及 NDT值     

冠层温度定量诊断覆膜作物水分状况试验研究

作物缺水指标CWSI（Crop Water Strese Index)和冠层－空气温差（Tc-Ta)是利用冠层温度评价作物水分状况的重要方法。1998年1999年在新乌兰乌苏农业气象站试验田内开展了对覆膜棉花和玉米的研究。结果表明：CWSI能够指示作物根系层的水分状况，而（Tc-Ta)受到环境因素（太阳辐射、空气饱和差）的较大影响。另外，对用标准化的冠层－空气温差法NDT（Normalized Difference of Temperature)定量诊断作物水分状况的可行性进行了研究。结果表明该方法在很大程度上能消除环境因素的影响，直接指标作物根系层的水分状况，并提出了覆膜棉花和玉米各生育阶段需灌溉的临界CWSI及NDT值。     

茶树水分胁迫建模及试验

通过观测冬季和春季塑料大棚中不同灌溉条件下茶树的冠层温度、空气温湿度、土壤热流密度、土壤湿度、太阳净辐射照度及风速等因素,利用Idso经验模式确定了冠气温差的下限方程.通过观察不同水分处理条件下茶树作物水分胁迫指数的日变化和季节变化,得出了反映茶树水分状况的关系曲线.研究分析了Jackson的理论模式与Idso的经验模式反映茶树水分胁迫的差异性,针对华南地区经常出现的冬旱及春旱,首先通过人工田间数据采集的方法,分9—12月和1—3月2个阶段测量茶树作物水分胁迫指数中所涉及的各个参数,建立了茶树冬季和春季的作物水分胁迫指数模型.研究结果发现,茶树冬季和春季作物水分胁迫指数模型相差不大,冬季经验模型中,系数A和B的值分别为1.265和-0.220,而春季经验模型中,系数A和B的值分别是1.230和-0.214,这可能与茶树属于多年生植物,冬季和春季叶面积指数等变化不大相关.     

基于CWSI诊断温室草皮水分胁迫的实验研究

通过观测夏季温室不同灌溉条件下草皮的冠层温度、气温、大气湿度以及土壤含水量等因素,利用Isdo经验模式确定了冠气温差的下限方程。通过观察不同水分处理条件下草皮CWSI的日变化,得出了利用CWSI诊断草皮水分状况的最佳时机。研究分析了作物水分胁迫指数与其他一些反映作物水分状况的指标,包括土壤含水量、叶片蒸腾速率以及叶片含水量之间的关系,CWSI验理论模式与上述这些指标关系良好,表明其很好地反映了作物的水分胁迫特征。     

无人机热红外遥感反演玉米根域土壤含水率方法研究

为了减少土壤背景带来的干扰,更加准确、高效的获取无人机热红外图像中的玉米冠层温度,进而快速反演玉米地土壤含水率,以4种水分梯度处理的拔节期玉米为研究对象,借助无人机可见光和热红外图像,采用RGRI指数法、Otsu阈值法和不剔除土壤背景3种处理方法提取热红外图像中玉米冠层温度信息,计算作物水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI)并用于反演不同水分梯度处理下玉米地不同深度的土壤含水率,基于3种方法获得的CWSI分别记为CWSIRGRI、CWSIOtsu、CWSIsc.结果表明:①基于RGRI指数法获取的玉米冠层温度与实测冠层温度的相关性最高(R2均大于0.8;RMSE均小于1℃),Otsu方法次之,不剔除土壤背景方法效果最差.②在整个拔节期,CWSIRGRI反演土壤含水率效果最好(R2均大于0.5,P<0.01;效果显著),CWSIOtsu次之、CWSIsc反演效果最差.③选取CWSIRGRI为最优CWSI指标,其在玉米拔节期5个土壤深度内的R2呈现先上升后下降的趋势且都在0～30 cm深度内达到最大值.因此,基于RGRI指数法建立的CWSIRGRI可以作为反演玉米地土壤含水率的有效指标.     

基于无人机热红外遥感的冬小麦水分胁迫研究

为探究水分胁迫对冬小麦生长的影响,以不同水分处理的冬小麦为试验对象,利用无人机搭载热红外传感器,通过采集其不同生育期中一天不同时刻(11∶00,13∶00)的冠层热红外图像,提取其冠层温度信息,同时测定小麦叶片的气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和田间土壤体积含水率(SWC)等信息。分别研究不同水分胁迫指数(CWSI、I_G、ICWSI)与各参数之间的关系,同时使用一元线性模型和多元线性回归模型进行建模并验证。结果表明:CWSI、I_G和ICWSI与Gs、Tr和SWC之间存在着显著的相关关系,在一元模型中,SWC对不同水分胁迫指数的预测效果更好,验证R~2均在0.800以上,相对分析误差均在2.0以上,在多元模型中,CWSI的预测效果最好,验证R~2为0.928,相对分析误差为3.041,同时多元模型的预测效果均优于一元模型。该研究可快速获取大量作物信息,为利用无人机热红外遥感探究冬小麦的水分胁迫状况提供了一条新途径。     

基于叶温的作物水分亏缺诊断方法研究

作物冠层或叶片温度的变化可以反映作物的水分状况[1]。为此,根据能量平衡原理分析了作物的冠层(叶片)—空气温差变化的影响因素,并采用模糊推理技术,以叶片—空气温差及相关的环境因素(空气水汽压差、光照强度、空气温湿度和风速等)为输入变量,以CWSI为输出变量,探讨基于植物叶片—空气温差的作物水分亏缺诊断的智能化方法,实现了作物水分亏缺指标的动态分析,有效地解决了环境因素对CWSI计算结果的影响。采用温室生长的黄瓜为对象进行试验,试验表明:该诊断方法可有效地反映作物水分亏缺程度,克服了传统诊断的局限性。     

剔除土壤背景的棉花水分胁迫无人机热红外遥感诊断

剔除无人机热红外影像中的土壤背景是提高作物水分诊断精度的有效途径,但也是热红外图像处理的难点问题。本文以不同水分处理的花铃期棉花为研究对象,分别在09:00、13:00和17:00等3个时刻,连续5 d采集无人机高分辨率热红外影像,并采用二值化Ostu算法和Canny边缘检测算法对热红外图像进行掩膜处理,实现对土壤背景的剔除,然后分别计算二值化Ostu算法、Canny边缘检测算法和包含土壤背景下的3种棉花水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI),最后建立不同时刻下3种CWSI与棉花叶片气孔导度Gs的关系模型。研究结果表明,应用Canny边缘检测算法可有效剔除热红外影像中的土壤背景,剔除土壤背景后的温度直方图呈单峰的偏态分布;3种处理方法获得的作物水分胁迫指数CWSI中,Canny边缘检测算法的CWSI最小,二值化Ostu算法的CWSI较高,包含土壤背景的CWSI最大;采用Canny边缘检测算法剔除土壤背景后的CWSI与棉花叶片气孔导度Gs的决定系数R2达到0.84,Ostu算法的结果次之,包含土壤背景的最差。本研究可为无人机热红外遥感监测作物水分状况提供参考。     

营养生长期水分胁迫和氮素对大豆干物质及产量的影响

为了揭示水分胁迫强度、历时和氮肥对大豆干物质积累及产量的影响机制,将三者有机结合起来,设计了大豆营养生长期水、氮交互作用对大豆干物质和产量影响试验。根系生长量随着水分胁迫强度的增强和胁迫历时延长呈单峰曲线变化,二者的交互作用对根系的影响更为显著,14d重度胁迫处理的根系达到最大值,为对照水平的1.33倍;地上干物质随氮素提高呈单峰曲线变化,在中度水分胁迫下,高氮处理的地上干物质平均为低氮处理的1.5倍;水、氮的交互作用对产量产生显著正效应,但符合报酬递减规律,14d各种水分胁迫及21d轻、中度水分胁迫下中、高氮处理的产量均产生显著的补偿效应,M14N3处理的产量达到最大值,为对照水平的1.18倍。水分胁迫强度、历时和氮素均是大豆产生补偿生长的关键因素,水分胁迫强度和历时的交互作用可以有效促进根系生长,而增施氮更利于茎叶的累积,正是由于水、氮的协同作用,使大豆处于更好的均衡生长状态,水肥资源获得更有效地利用,因而使产量产生了显著补偿效应。     

不同生育期干旱对冬小麦产量及水分利用效率的影响

用盆栽对冬小麦不同生育阶段进行不同程度水分调亏试验结果表明 :拔节—孕穗期、抽穗—扬花期和灌浆—成熟 3个阶段内 RW上限为 4 0 %、5 0 %、60 %的水分亏缺均引起了产量的极显著下降 ,而且水分亏缺越严重 ,产量降低越大。在 3个生育阶段内进行 RW上限为 4 0 %的水分调亏减产幅度都很大 ,而且 3个生育阶段之间差异不明显 ;进行 5 0 %、60 %水分调亏 ,其减产程度则与生育期有关。灌浆—成熟期的减产程度大于前二个时期 ,这可能与前二个阶段复水后作物的补偿生长有关。不同生育期水分亏缺对冬小麦产量构成因素的影响也不同 ,拔节—扬花期水分亏缺主要减少了穗粒数 ,灌浆—成熟阶段的水分亏缺主要减少了千粒重     

棉花冠层温度的变化规律及其用于缺水诊断研究

作物冠层温度是反映作物水分状况的一个良好指标，在研究环境因素对冠层温度影响的基础上，分析了不同土壤水分条件下棉花冠层温度的变化规律。研究表明了冠层温度与细胞液浓度之间存在良好关系，建立的冠层温度与气温差同气象因素和土壤水分的关系可用于判断作物的缺水状况     

不同生育期干旱对棉花生长发育及产量的影响

在防雨棚隔绝降雨的条件下,通过在棉花的各生育阶段设置不同的干旱处理,分析了不同生育期干旱对棉花生长发育及产量的影响,并对桶栽棉花施加不同程度的水分胁迫,在花铃期测定了棉花的某些生理活动（如光合、蒸腾等）,以揭示光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率在不同土壤水分条件下的变化规律     

夏玉米产量与水分关系及其高效用水灌溉制度

依据灌溉试验资料,研究了水分胁迫对夏玉米生长发育和产量形成的影响,建立了产量与水分关系的数学模型,分析给出了大田夏玉米的高效用水灌溉定额,并用动态规划技术优化得出了夏玉米的最优灌水时间和每次的灌水定额。结果表明,各生育时段的水分胁迫对夏玉米的生育和产量均会造成不利影响,其中尤以抽雄～吐丝期前后４０天左右缺水对产量影响最大,其次为拔节期缺水;在１９９７年夏玉米生育期降雨量只有１３７ｍｍ的条件下,得出其最优灌溉定额为１９６６．０８ｍ３／ｈｍ２,３次灌水时间分别为７月４日、７月２８日和８月１６日。     

冀中平原冬小麦—夏玉米一体化节水栽培技术

实验表明：冬小麦的灌水量直接影响下茬玉米的土壤水分；冬小麦耗水量与产量、冬小麦力。夏玉米的总耗水量与产量均呈抛物线关系。因而减少非关键生育期的灌水对产量影响不大。根据天然降水分布规律，选用全生育期９０天左右的玉米杂交种，６月２０日以前播种，８月上旬抽雄，使主要需水期与降水高峰相吻合，尽量减少夏玉米的灌水。通过作物干旱胁迫试验，找到作物不同生育期的减产系数，为制定节水型灌溉制度提供依据；通过对土壤水分的观测发现，在作物播前、收后土壤内均有部分速效水，充分利用土壤水是节水栽培技术的重要措施之一。     

作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究进展

作物对水分胁迫的响应及水分利用效率的研究是节水农业的重要方面,为此,对水分胁迫下作物形态、生理生化响应,作物水分利用效率的内涵、测定计算方法及提高作物水分利用效率途径等国内外的相关研究进行了回顾,并在此基础上,提出了我国目前在该领域研究和应用中存在的问题.     

水分胁迫对赤霞珠葡萄果实品质的影响研究

试验以3 a生赤霞珠为材料,根据黎明前叶片的基础水势(Ψb),设置轻度水分胁迫(T3)、中度水分胁迫(T2)和重度水分胁迫(T1)3个处理,以无水分胁迫为CK,研究了赤霞珠葡萄需水规律及水分胁迫对其品质的影响。结果表明:赤霞珠葡萄自2014年4月5号萌芽至9月25收获,全生育期共计168 d,累计需水624.68 L/株。其中,萌芽-盛花期需水147.6 L/株,盛花期-坐果期需水23.31 L/株,膨大期需水233.31 L/株,转色期-成熟期需水220.46 L/株。水分胁迫并不能改变赤霞珠葡萄品质形成规律,其中,重度胁迫能影响总酸及总酚积累速率,轻度水分胁迫不仅节水28.37%,而且导致浆果成熟度提高了6.66%,总花色苷增加了22.58%,单宁增加了29.70%,总酚增加了15.13%,新梢生长量降低了15.20%,单株增产了7.2%。     

水分胁迫对水稻种子成苗的影响

采用PEG模拟水分胁迫,研究了水分胁迫对汕优63、武育粳3号水稻成苗期的发芽率,及一些重要的抗旱指标,如种苗含水量、细胞膜透性、渗透调节和抗氧化酶等进行研究。结果表明,水分胁迫对不同品种水稻胚根和胚芽的影响有所不同,适当的水分胁迫会促进水稻胚根的生长,抑制水稻胚芽的生长。与对照相比,50 g/L PEG处理的二品种水稻种苗的K+、可溶性糖、蔗糖、脯氨酸含量均上升,其中武育粳3号的K+含量比对照上升75.5%,达显著水平;汕优63的可溶性糖含量上升21.6%,达极显著水平。50 g/L PEG模拟水分胁迫使武育粳3号水稻种苗的SOD、POD和CAT的活性均下降,细胞膜的伤害率达21.28%,丙二醛含量比对照增加16.64%,达显著水平;胁迫处理使汕优63种苗的SOD、POD和CAT的活性上升,细胞膜透性无显著影响,丙二醛含量变化亦不大。     

水分胁迫对不同倍性小麦光合和水分利用影响

在遮雨条件下采用称量法控制土壤水分,利用逐步干旱胁迫和复水条件,连续观测二倍体、四倍体和六倍体3种倍性小麦后的光合速率、蒸腾速率、单叶水分利用效率等的变化。结果表明,不同倍性小麦的光合速率都下降,下降速度为二倍体>四倍体>六倍体;水分胁迫对二倍体的蒸腾速率影响最大,对六倍体的蒸腾速率影响最小;水分胁迫对六倍体小麦的气孔导度影响小于四倍体和二倍体;水分胁迫结束后,3种倍性小麦品种的光合速率和蒸腾速率均能迅速恢复,以六倍体的气孔导度的恢复速率最快。水分胁迫下不同倍性小麦的水分利用效率均下降,以六倍体小麦下降程度最小,复水后3种倍性小麦均能快速恢复到几乎相同的水准。在相同的水分条件下,随着光强的增强,3种倍性小麦光反应动力曲线变化趋势相似,在400～1 200μmol/(m2.s)范围内,二倍体和六倍体小麦二者均显著高于四倍体。