基于多植被指数模型的草地地上生物量协同估算

以青海省金银滩草原为研究区,采用Sentinel-2卫星影像结合地面实测数据进行草地地上生物量估算研究。分析了18种典型植被指数与生物量的拟合关系,通过精度评价和敏感性分析确定了不同植被指数模型的适用范围,并提出基于多植被指数模型的协同估算方案来提高草地生物量的制图精度,尝试克服传统单变量植被指数模型适用范围受限的问题。结果表明：18种植被指数与生物量的最优拟合模型呈现幂函数和指数函数两种类型,其中幂函数模型中CI_green (Green chlorophyll index)所对应的估算精度最高,且当生物量高于0.65 kg·m^-2时适用性最强;指数函数模型中NDII（Normalized difference infrared index）所对应的估算精度最高,且当生物量低于0.65 kg·m^-2时适用性最强,且NDII与CI_green模型的适用范围具有互补性。提出的多植被指数协同估算模型对应的R²_cv达到了0.61,RMSE_cv为0.226 kg·m^-2,相对于单植被指数模型精度明显提高,R²_cv增加7.0%以上,RMSE_cv减小超过3.8%。综上,提出的多指数模型协同估算方案充分考虑了不同指数模型的适用范围,提高了牧草生物量的估算精度。     

施氮对关中地区冬小麦农田土壤呼吸的影响及基于植被指数的估算模型

为探寻不同施氮量对农田土壤呼吸（R_S）的影响并快速准确估算R_S，以关中地区冬小麦为研究对象，观测了5种施氮量下冬小麦农田R_S的变化，研究了环境因子（土壤温度、土壤湿度）及作物因素（叶面积指数、地上部生物量、SPAD值）对于R_S的影响，建立了适用于关中地区土壤温度与植被指数下的农田土壤呼吸估算模型。设置秸秆还田下的5种施氮量处理，分别为传统施氮量SN200（200 kg·hm^-2）、优化施氮量SN150（150 kg·hm^-2）、60%优化施氮量SN120（120 kg·hm^-2）、50%优化施氮量SN100（100 kg·hm^-2）以及不施氮肥SN0（0 kg·hm^-2）。结果表明：不同施氮量下R_S随生育期推进均表现为先升高再降低的趋势，同时添加氮肥促进了R_S排放。各处理观测期内R_S的均值为：SN200（3.68 μmol·m^-2·s^-1）>SN150（3.40 μmol·m^-2·s^-1）>SN120（3.06 μmol·m^-2·s^-1）>SN100（2.70 μmol·m^-2·s^-1）>SN0（2.21 μmol·m^-2·s^-1）。不同施氮量下冬小麦冠层近红外波段反射率在拔节期和抽穗期差异明显，反射率从高到低依次为SN200>SN150>SN120>SN100>SN0，而在灌浆期和成熟期差异不大。土壤温度显著影响了R_S（P<0.01），土壤湿度与R_S没有显著相关关系（P0.05）。叶面积指数、地上部生物量、SPAD值和植被指数均与R_S呈显著相关关系（P<0.05）。通过多种模型评估，建立基于植被指数和土壤温度的最佳农田土壤呼吸估算模型，显著高于基于土壤温度的单因子模型，模型精度可达到0.6以上（n=120）。     

不同矿化度水源膜下滴灌棉田土壤水盐动态和作物生长模拟

为构建适用于干旱区膜下滴灌条件的土壤水盐动态分布和棉花生长模型，基于2020—2021年的田间试验，经过对SWAP模型的土壤、土壤水力功能和作物生长等模块进行率定和验证，对灌溉水矿化度为1、2、3、4、5、6 g·L^-1时的土壤水盐分布特征、作物生长过程和干物质累积分配进行数值模拟。结果表明：（1）土壤含水率与土壤含盐量的模拟精度以20～100 cm土层较好，0～20 cm土层模拟精度较差，其中土壤含水量的模拟效果优于土壤含盐量；随着灌溉水源矿化度的增加，土壤含水率和含盐量的模拟误差逐渐变小。（2）不同矿化度水源膜下滴灌棉花叶面积指数模拟效果较好（R²=90.72%，RMSE=0.35 cm²·cm^-2，NRMSE=8.73%，IOA=0.98）。（3）不同矿化度水源膜下滴灌棉花茎干物质累积量模拟效果较好（R²=89.08%，RMSE=6.12 g，NRMSE=23.16%，IOA=0.96）。研究结果表明，SWAP模型可以较好地对不同矿化度水源膜下滴灌的土壤水盐动态分布和棉花生长过程进行模拟。     

基于改进的HYDRUS-2D模型暗管排水过程模拟

为了提高HYDRUS-2D模型在暗管排水中的模拟精度，提出了虚拟土层(VSL)和实际开孔面积(AHA)两种方法来代替HYDRUS-2D在暗管排水中的暗管原有渗透边界(PSB)。研究表明:VSL和AHA模型的模拟值与实测值具有较好的一致性;土壤含盐量平方根误差（RMSE）分别为0.757、0.966 g·kg^-1，决定系数(R²)分别为0.977和0.964；土壤含水率的RMSE分别为0.007、0.008 cm³·cm^-3,R²分别为0.885和0.794。此外，VSL在模拟排水方面(RMSE=9.48L，R²=0.93)和模拟排盐方面(RMSE=0.225 kg，R²=0.922)的模拟精度均高于AHA和PSB，可见，VSL更适用于暗管边界。进一步建立了VSL的环宽（RW）与其饱和导水率（K_s）之间的经验公式(R²=0.99，P<0.01)，当模拟区域和暗管布局变化时，该经验公式可用于确定VSL的模型参数,其模拟结果可用于指导相关地区的暗管布局。     

基于去包络线和连续投影算法的枣园土壤电导率光谱检测研究

选取新疆阿拉尔市典型极端干旱区为研究对象，利用土壤高光谱特征对土壤电导率进行反演。为了准确快速检测土壤电导率，通过获取南疆阿拉尔市红枣种植区土壤电导率和高光谱信息，在去包络线处理基础上，分别采用相关性分析法和连续投影算法（SPA）筛选特征波长，并建立特征波长与土壤电导率的偏最小二乘回归模型，使用均方根误差(RMSE)、决定系数（R²）以及相对分析误差（RPD）对不同处理方法的模型效果进行评价。结果表明，基于原始光谱直接使用相关性分析法的预测精度RMSE=0.85566，R²=0.7479，RPD=2.7569；通过去包络线处理使用相关性分析筛选特征波长后，模型的预测精度RMSE=0.44490，R²=0.9500，RPD=6.4510；基于原始光谱使用SPA选择特征波长后，模型的预测精度RMSE=0.31178，R²=0.9707，RPD=8.4445；通过去包络线处理使用SPA选择特征波长后，模型的预测精度RMSE=0.30173，R²=0.9764，RPD=9.3215。综上,说明SPA方法具有较强的特征波长选择能力，基于去包络线处理+SPA的偏最小二乘回归反演模型的预测精度最好，可实现新疆阿拉尔地区土壤电导率的快速检测。     

施用生物菌肥对桃园土壤养分及微生物功能多样性的影响

以不同施肥处理下的桃园土壤为试验材料，设置不同梯度的生物菌肥 T1（200 kg·667m^-2）、T2（300 kg·667m^-2）、T3（500 kg·667m^-2）及T4（1 000 kg·667m_-2）4个处理，以鸡粪为 CK（2 000 kg·667m^-2），研究生物菌肥对桃园土壤养分及微生物功能多样性的影响。结果表明：随生物菌肥施用量的增加，桃园土壤pH值、有机质、铵态氮、速效钾、有效磷含量、微生物单孔颜色平均变化率(AWCD)、微生物多样性指数及微生物对六类碳源的利用强度先增加后降低，硝态氮含量下降。生物菌肥200 kg·667m^-2处理下，0~20 cm土层有效磷含量较CK提高53.98%（P＜0.05），而与生物菌肥300 kg·667m^-2处理差异不显著。生物菌肥300 kg·667m^-2处理下，土壤微生物对羧酸类化合物利用强度最高，较CK提高22.67%(P＜0.05)。生物菌肥300 kg·667m^-2处理下20~40 cm土层的土壤有效磷、速效钾含量、微生物多样性指数（Simpson 优势度指数）及微生物对碳水化合物利用强度较CK分别提高33.49%、129.61%、0.22%和18.06%（P＜0.05）。冗余分析表明，土壤微生物对氨基酸化合物利用强度与有机质显著正相关，相关系数为0.68。主成分分析中，生物菌肥300 kg·667m^-2处理对土壤微生物多样性指数、碳源利用强度及土壤养分影响得分最高，分别为2.42和1.36。因此，生物菌肥能够提高土壤微生物活性、功能多样性、微生物对碳源的利用强度及养分含量，其中以生物菌肥300 kg·667m^-2处理效果最佳。     

东北日光温室葡萄园水热通量特征及其对气象因子的响应

运用温室葡萄水热平衡观测资料，分析了东北日光温室葡萄的能量平衡和能量分量日变化、生育期变化以及分配规律，同时也分析了潜热通量（λET）对环境因子的响应。结果表明：水热通量各分量在整个生育期日变化总体上呈现为单峰趋势，净辐射（R_n）的峰值最大为618.75 W·m^-2，λET峰值最大为242.73 W·m^-2，感热通量（H）峰值最大为327.93 W·m^-2；在新梢生长期，白天λET较小，为34.55 W·m^-2,随着生育期推进，λET逐渐增大，在果实着色成熟期达到最大值（78.49 W·m^-2）之后减小；H在各生育期能量中均占了绝大部分；白天潜热通量占净辐射的比例（λET/R_n）在新梢生长期最小，为25.28%，在果实着色成熟期最大，为44.17%；感热通量占净辐射比例（H/R_n）整个生育期几乎都达50%以上，土壤热通量占净辐射比例（G/R_n）相对较小，变化范围为4.46~12.32 W·m^-2；在整个生育期能量比率大小依次为H/R_n>λET/R_n>G/R_n。在不同生育阶段瞬时尺度上，R_n是影响潜热变化最主要的气象因子，R²高达0.88。在日尺度上，各气象因子对潜热通量的影响在逐渐变弱，相对湿度（RH）与λET相关系数仅为0.28。但无论从瞬时尺度还是日尺度，R_n都是影响潜热通量最主要的气象因子。各气象因子对潜热通量的影响大小依次为：R_n>VPD>T_a>RH。     

寒地水稻叶片SPAD值与稻米蛋白质含量的关系

为揭示寒地水稻叶片SPAD值及其衍生值与稻米蛋白质含量的关系，于2020—2021年在水稻拔节期（T1）、孕穗期（T2）、齐穗期（T3）测定顶部3片叶的SPAD值，依据盆栽试验（试验1和试验2）的数据资料建立SPAD值衍生指标与稻米蛋白质含量之间的关系模型，利用大田试验（试验3）数据资料对建立的模型进行验证。结果表明，2020年氮肥试验中A8水平（氮素施用量362.07 kg·hm^-2）稻米蛋白质含量较A1~A7水平（A1~A7氮素施用量分别为0、51.72、103.45、155.17、206.90、258.62、310.35 kg·hm^-2）分别极显著增加34.55%、27.44%、26.39%、22.19%、18.07%、14.39%、12.23%，而A8水平食味值较A1~A7水平分别极显著降低8.10%、5.06%、4.99%、4.10%、3.45%、2.96%、2.28%，2021年蛋白质含量、食味值变化趋势与前者相同。两年品种试验6个品种稻米蛋白质含量比较中，C6品种（三江6号）蛋白质含量较C5（龙粳21）、C4（垦粳8号）、C3（龙稻203）、C2（松粳16）、C1（松粳22）分别极显著提高2.99%、12.23%、10.43%、5.04%、15.63%，C6食味值较C5、C4、C3、C2、C1分别极显著降低1.17%、12.09%、3.54%、2.89%、7.93%。品种差异及施氮量对不同生育时期水稻顶部3 片叶的SPAD值分布规律有较大影响，但水稻冠层叶片出现的两次“黑黄交替”现象不受品种的影响，其中单片叶的SPAD值受品种差异的影响，与蛋白质含量不存在相关性，借助指标SPAD_(L1+L2+L3)/3、SPAD_L2×L3/mean可有效降低品种及环境差异对蛋白质含量预测结果的影响，指标SPAD_(L1+L2+L3)/3与蛋白质含量在T1~T3期（拔节期、孕穗期、齐穗期）的拟合方程分别为：Y=0.24X-1.94 ，R²为0.75^**、Y=0.25X-1.69，R²为0.74^**、Y=0.27X-2.45 ，R²为0.72^**；SPAD_L2×L3/mean拟合方程分别为：Y=0.22X-1.05 ，R²为0.75^**、Y=0.27X-2.43， R²为0.72^**、Y=0.26X-2.24，R²为0.72^** （Y为蛋白质含量，X为SPAD衍生值），拟合方程均达到极显著水平。稻米蛋白质含量和食味值评分变现为线性负相关，回归方程为Y=-4.21X+113.32（Y为食味值，X为蛋白质含量），拟合优度R²=0.93^**，达到极显著水平。综上，借助指标SPAD_(L1+L2+L3)/3和SPAD_L2×L3/mean能够实现快捷、无损和实时预测稻米蛋白质含量，在一定程度上判定出稻米蒸煮食味品质的优劣，达到按质收获以及对品质实时监测的要求，促进优质寒地水稻的可持续发展。     

脱硫石膏配施不同量有机物料对盐碱土壤改良效果及作物产量的影响

以新疆玛纳斯河流域石河子绿洲盐碱地为研究对象，研究滴灌条件下脱硫石膏与不同量有机物料配施对盐碱土壤改良效果及作物产量的影响。采用微区试验方法，以单施脱硫石膏为对照（CK 1 000 kg·666.7m^-2），设计了3种施用量有机物料配施处理：A(1 000 kg·666.7m^-2+25 kg·666.7m^-2)、B(1 000 kg·666.7m^-2+50 kg·666.7m^-2)、C(1 000 kg·666.7m^-2+100 kg·666.7m^-2)。结果表明：脱硫石膏与有机物料配施均显著降低耕层土壤pH值和电导率，增加土壤孔隙度；3个处理0~10 cm和10~20 cm土层土壤中大团聚体分别较对照增加了9.96%、20.23%、33.50%和7.37%、20.54%、24.90%；耕层土壤中Na⁺的含量显著降低，Mg²⁺的含量显著增加；棉花籽棉产量分别较对照增加了5.77%、12.45%、17.96%。从农业生产的产投比考虑，综合土壤改良效果，脱硫石膏1 000 kg·666.7m^-2+有机物料50 kg·666.7m^-2配施模式效果较好。     

水氮耦合条件下打瓜产量及耗水性的 模糊综合评判

研究水氮耦合对打瓜产量和水分利用效率的影响，以选择适宜的灌溉定额。设置3个不同灌水定额（300 、450、600 m³·hm^-2）和3个不同施氮量（0、138、276 kg·hm^-2）共9个组合，研究水氮耦合对打瓜产量和水分利用效率影响的同时，利用基于层次分析法（AHP）的模糊综合评价，对各指标进行综合分析。结果表明：当灌水定额增加300 m³·hm^-2、施氮量增加276 kg·hm^-2，打瓜产量和水分利用效率分别增加1 416.7 kg·hm^-2和5.24 kg·hm^-2·mm^-1，即打瓜产量和水分利用效率随着灌水定额和施氮量的增大而增加；当灌水定额从450 m³·hm^-2增加到600 m³·hm^-2、施氮量从138 kg·hm^-2增加到276 kg·hm^-2， 打瓜产量减少178.9 kg·hm^-2，即水肥量继续增加则产量下降；灌水定额450 m³·hm^-2(W2)和施氮量138 kg·hm^-2（N2）时，组合产量和WUE分别为2 582.9 kg·hm^-2和10.91 kg·hm^-2·mm^-1，节水增产效果最佳；该组合的模糊综合评价亦为最优，与大田试验分析结果一致。     

基于无人机多光谱遥感估算西北半湿润区葡萄基础作物系数研究

为提高西北半湿润区葡萄园蒸散量的估算精度，以波文比系统实测蒸散量ET_c为基础，基于彭曼公式法计算参考作物蒸散量ET_o,得到葡萄作物系数K_c后，采用FAO-56双作物系数法计算土壤蒸发系数K_e与水分胁迫系数K_s,获得基础作物系数K_cb;同时利用无人机多光谱遥感影像获取葡萄光谱数据，提取多个波段反射率计算4种植被指数(归一化植被指数NDVI、土壤调节植被指数SAVI、比值植被指数RVI、差值植被指数DVI),建立葡萄K_cb与植被指数的关系模型(一元线性回归、多项式回归、多元线性回归),从而计算葡萄园实际蒸散量用以验证无人机多光谱遥感估算葡萄K_cb的精度。结果表明：(1)相同建模方法下，植被指数与K_cb的模型拟合精度受到其种类与葡萄生长时期的影响。在生育前期，利用一元线性回归建模得到的K_cb-VI_s模型拟合精度表现为NDVI>RVI>SAVI...     

水稻冠层叶绿素含量高光谱估算模型

为了寻求西北引黄灌区水稻冠层叶绿素含量的高精度估算模型，通过田间试验测定了水稻冠层SPAD和高光谱数据，运用任意波段组合的方式构建了一系列基于原始光谱、一阶导数光谱的比值、差值、归一化和土壤调节植被指数，筛选出反映水稻冠层SPAD的最佳植被指数作为自变量，应用普通回归分析方法和随机森林算法建立了该区域水稻冠层SPAD估算模型并进行了对比分析。结果表明：（1)应用普通回归分析方法，以RVI(D₁₃₁₆，D₇₃₆)为自变量建立的指数模型是估算西北引黄灌区水稻冠层SPAD的最佳单变量模型；（2)采用随机森林算法，以4个植被指数RVI(R₆₉₆，R₅₄₀)、DVI(R₇₀₀，R_{536)、SAVI(R700，R536)、RVI(D1316，D736)建立的估算模型比普通回归模型精度更高，验证结果的决定系数R²为0.873，均方根误差RMSE为3.221，平均相对误差RE为13.25%。说明通过随机森林算法建立的模型可以实现水稻冠层SPAD的精准估测，可以用于西北引黄灌区水稻冠层叶绿素含量的快速、无损获取。}     

渭干河—库车河三角洲绿洲棉田土壤盐分估算及遥感反演

基于研究区的野外采样数据与Landsat 8遥感影像提取的增强型植被指数,构建渭干河—库车河三角洲绿洲棉田土壤盐分估算模型,并对土壤盐分的空间分布格局进行预测。结果表明:(1)由土壤含盐量与增强型归一化植被指数(ENDVI)构建的线性回归模型(y=-56.494x+22.687)拟合效果最好(R2=0. 886,RMSE=0. 907)。(2)通过选取的82个采样点,依据最佳遥感反演模型,预测出研究区土壤含盐量在9.33～26.99 g·kg-1之间变化,平均值为17.42 g·kg-1,标准差为2.30 g·kg-1,预测结果与土壤盐分的实测值较为一致。(3)利用地统计分析方法制作研究区棉田土壤盐分的空间分布图,分析可知土壤盐分从绿洲内部向外围呈逐渐增加的趋势。     

施氮量对滴灌高产春大豆根系生长及产量的影响

为揭示施氮量对滴灌高产春大豆根系生长及产量的影响规律,在田间滴灌条件下采用挖掘取样法研究了0 kg·hm~(-2)(N_0)、75 kg·hm~(-2)(N_(75))、150 kg·hm~(-2)(N_(150))、225 kg·hm~(-2)(N_(225))4种施氮量对新大豆27号0~80 cm土层根系干物质量、侧根长度、表面积、根系活性、伤流量、根瘤数、根瘤质量及产量的影响。结果表明:随着施氮量的增加,0~80 cm土层根系总干物质量、侧根总长度、侧根总表面积呈现先增后降的变化趋势,均以N_(150)处理最高,在R_5(始粒期)期分别较N_0增加27.3%、49.46%、38.14%,其中,0~20 cm土层分别较N_0增加27.0%、29.02%、34.24%;R_5期N_(150)单株伤流量较N_0增加176.0%,R_2(盛花期)期0~20、20~40 cm土层根系活力N_(150)分别较N_0增加44.3%、25.1%;R_5期N_(150)单位面积根瘤数及质量分别较N_0减少8.74%、34.6%;施氮可增加产量,以N_(150)产量最高,为4 889.62kg·hm~(-2),氮肥农学利用效率3.58 kg·kg~(-1)。施氮增加产量主要是促进0~20 cm土层根系生长,提高0~40 cm根系活力的结果。     

绿洲生态条件下氮磷肥配施对冬小麦干物质分配及产量的影响

在西北绿洲生态条件下,设165 kg·hm-2(N1),225 kg·hm-2(N2)两个氮素(纯氮)水平和105 kg·hm-2(P1)、165 kg·hm-2(P2)两个磷素(P2O5)水平共4个处理,研究了氮磷配施对冬小麦产量及干物质积累及分配、灌浆特性的影响。结果表明:N2P1、N2P2具有较高的籽粒产量,分别为7 644.73、7 686.25 kg·hm-2,同时,水分利用效率(WUE)也较高,分别为11.67、11.49 kg·hm-2·mm-1;千粒重和穗粒数随施氮量增加而提高,磷对籽粒产量构成要素影响不显著;氮、氮和磷互作对籽粒平均灌浆速率(V)、最大灌浆速率(Vmax)、有效灌浆持续期粒重增加值(Ws)和有效灌浆持续期灌浆速率(Vs)均有显著影响,但影响籽粒重量的主要因素是Vmax;氮、磷及氮和磷互作对不同器官干物质积累及其分配影响在不同生育时期表现不一。     

滴灌水氮运筹对南疆春小麦根系生长及产量的影响

以南疆地区春小麦新春6号为供试材料,采用土柱栽培法,通过滴灌开展水、氮两因素控制性试验,滴施纯氮量设N_0(不施氮肥)、N_1(69 kg·hm~(-2))、N_2(172.5 kg·hm~(-2))和N_3(276 kg·hm~(-2))4个水平,滴灌水量设W_1(2 250 m~3·hm~(-2))、W_2(3 000 m~3·hm~(-2))、W_3(3 750 m~3·hm~(-2))和W_4(4 500 m~3·hm~(-2))4个水平,共16个水氮组合处理。结果表明:扬花期是滴灌春小麦根系生长的高峰期,有64.52%～76.90%的根系干质量和76.39%～82.47%的根长分布在0～40 cm土层中。适当增施水氮能有效促进根系生长并提高产量,其中扬花期N_3W_3、N_2W_3、N_3W_2处理的根干质量、根干质量密度、根长、根长密度、根系直径和根系表面积较高,分别为123.0～148.3 mg、97.07～117.03 g·m~(-3)、14 405.8～16 490.8 mm、1.14～1.30 cm·cm~(-3)、0.3267～0.3365 mm和14 245～17 624 mm~2,其产量也达到8 695.7～9 966.1 kg·hm~(-2)的较高水平。N_3W_4处理的根系各项指标虽然较高,但蜡熟期下降过快,表明水氮过高对延缓根系衰亡不利。水氮对根系生长及产量具有显著的互作效应,且水分效应高于氮素效应。通过分析,本地区较适宜的水、氮供应范围分别为3 750～4 500 m~3·hm~(-2)和172.5～276 kg·hm~(-2),当施氮量259.4 kg·hm~(-2)、滴灌量3 793.4 m~3·hm~(-2)时产量可达最高为9 142.9 kg·hm~(-2)。     

基于连续小波变换的干旱胁迫下玉米冠层叶绿素密度估测

测定了玉米各生育时期干旱胁迫下冠层叶绿素密度及冠层光谱数据,利用原始光谱反射率与冠层叶绿素密度进行相关性分析,采用常用植被指数、波段自由组合、连续小波变换构建玉米冠层叶绿素密度估测模型,并用决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)进行精度检验。结果表明:冠层叶绿素密度在抽雄期相较于正常对照,轻度、中度、重度干旱胁迫处理分别下降7.8%、29.5%、44.2%;波段自由组合指数RVI(555,538)、NDVI(555,538)和敏感小波系数bior5.5(26,792)、rbio2.6(22,790)、gaus6(21,791)与叶绿素密度的相关性较高,相关系数绝对值均达到0.900以上;基于敏感小波系数构建的冠层叶绿素密度估测模型验证集R~2均在0.850以上,相较于其他植被指数模型R~2平均提升20.6%,RMSE平均降低32.6%;最优模型为以gaus6(21,791)为自变量的一元线性回归模型,R~2为0.864,RMSE为1.532。利用连续小波变换对光谱数据进行预处理,可以有效提升玉米冠层叶绿素密度估测模型的精度。