基于半经验半机理建模的冬小麦LAI反演及长势评估

为了提高无人机遥感对冬小麦叶面积指数（leaf area index，LAI）反演模型的精度与泛化能力，该研究利用无人机搭载多光谱相机获取不同氮素处理和不同复种方式的冬小麦生长实测数据，结合PROSAIL辐射传输模型生成包含机理信息的模拟数据，基于不同组合方式建立了5种LAI反演混合数据集，结合多种机器学习方法，以期构建经验与机理相结合的LAI高精度反演模型。由于LAI反演受NIR波段反射率影响大，该研究筛选7种与NIR波段相关的植被指数提取冬小麦光谱特征，构建与混合数据集LAI的相关系数矩阵，进一步探究不同光谱特征对冬小麦LAI的影响程度。在此基础上，采用具有代表性和普适性的4种机器学习方法，即贝叶斯岭回归模型、线性回归模型、弹性网络模型和支持向量回归模型，构建不同冬小麦LAI反演模型，用以评估基于半经验半机理数据反演冬小麦LAI的可行性，进一步探索其对不同氮素水平和复种方式的冬小麦长势评估能力。结果表明：1）筛选的与NIR波段相关的植被指数与冬小麦LAI之间存在较强的相关性，其中归一化差异植被指数、增强植被指数、归一化差异红边指数、比值植被指数、红边叶绿素植被指数、土壤调节植被指数与LAI呈正相关，结构不敏感色素植被指数与LAI呈负相关；2）辐射传输模型中体现了冬小麦LAI影响太阳光线传播的机理，结果表明，与实测数据混合建立的模型，具有较强的鲁棒性和泛化能力。相比于其他3种模型，支持向量回归模型在各种数据组合下均取得了较好的LAI预测性能，在C1、C2、C3、C4这4种训练-测试组合的训练集中R²依次为0.86、0.87、0.88、0.91，RMSE依次为0.47、0.45、0.45、0.41；在测试集的R²依次为0.85、0.19、0.89、0.87，RMSE依次为0.45、1.31、0.49、0.50；3）使用支持向量机生成试验区LAI反演图，对4种氮素水平和2种复种方式的冬小麦长势评估，结果表明，适当的施加氮素处理能提高冬小麦LAI值，麦-豆复种方式下的冬小麦LAI值普遍高于麦-玉复种的LAI值。该研究为冬小麦LAI的反演提供了一种有效的方法，并为高效评估冬小麦长势研究提供了参考。     

玉米和大豆LAI高光谱遥感估算模型研究

以ASD FieldSpec光谱仪实测了不同生长季的大田玉米、大豆的冠层高光谱与作物的叶面积指数LAI。采用单变量线性与非线性拟合和逐步回归分析的方式,建立了玉米、大豆LAI高光谱遥感估算模型,并对模型的估算结果进行了初步分析。分析结果表明,绿光波段反射峰区、红光波段以及近红外区的单波段反射率与作物的LAI有较强的相关性,而其他波段的反射率与作物的LAI的相关性相对较弱;以高光谱的窄波段构造的NDVI和RVI与作物的LAI的相关程度高,回归模型的预测水平高;而以多波段逐步回归方式构造的统计模型的预测效果最好。     

基于光谱特征与PLSR结合的叶面积指数拟合方法的无人机画幅高光谱遥感应用

以冬小麦LAI为研究对象,利用孕穗期、开花期和灌浆期获取的无人机UHD185高光谱影像以及同步测定的地面数据(冬小麦冠层ASD反射率和冬小麦LAI),论证光谱特征(红边参数或植被指数)与偏最小二乘回归算法结合的改进型LAI拟合方法在无人机画幅高光谱遥感LAI探测方面的应用价值。首先,从光谱反射率相关性和植被指数相关性两方面比较UHD185与ASD,验证UHD185数据精度;结果表明,第3~第96波段(458~830 nm)的无人机UHD185高光谱数据具有较好的光谱质量,适宜探测冬小麦LAI。其次,分析光谱特征(6种植被指数和4种红边参数)与LAI的相关性,并通过独立验证和交叉验证方法,依次对基于红边参数或植被指数的传统LAI拟合方法和改进型LAI拟合方法的冬小麦LAI预测精度进行评价,相比于传统LAI拟合方法,改进型LAI拟合方法能大幅度提高冬小麦LAI的预测精度,特别是PLSR+REP。研究结果证实,改进型LAI拟合方法能更加充分地利用无人机UHD185高光谱数据预测冬小麦LAI,可望为无人机高光谱遥感的作物理化参数探测提供几点可借鉴的思路。     

膜下滴灌水稻spad与农艺性状、产量的相关性分析

以粳稻品种t-43为试验材料,研究膜下滴灌水稻籽粒灌浆期spad与农艺性状的相关性;叶面积指数与产量的相关性。结果表明:膜下滴灌水稻在籽粒灌浆期的spad值对水稻的农艺性状具有决定性生物作用;LAI在抽穗期最大,且其产量统计特征表明偏态系数和峰态系数都符合正态分布;抽穗期LAI与产量呈正相关。     

不同缓控释肥对玉米器官生长·产量的影响

[目的]为了研究玉米最佳施肥方式及肥料种类。[方法]以郑单958为材料,研究了4种不同缓控释型肥料处理下玉米不同时期干重、产量及肥料贡献率的变化。[结果]各处理间玉米净增产量及肥料贡献率均达到0．05水平显著性差异,高低顺序为明泉控释肥〉洋丰复合肥〉杰翔复合肥〉辽中京〉CK。缓控释肥料处理的叶面积系数及不同生育时期植株干重占总重的百分比均高于对照。[结论]缓控释肥效果表现最好,其中明泉控释肥表现最突出,其次是洋丰复合肥。     

Timing of N Application Affects Net Primary Production of Soybean with Different Planting Densities

Understanding the relationship between the timing of N fertilizer applications and crop primary production is crucial for achieving high yield and N use efifciency in agriculture. This study investigated the effects of starting-N plus topdressing N applications （as compared to the common practice of all basal application） on soybean photosynthetic capacity under different planting densities. A ifeld experiment was conducted in two growing seasons （2011 and 2012）, and the soybean （Glycine max L. Merrill） cultivar was Dongnong 52, three planting densities （20, 25 and 30 plants m-2）, and four N fertilizer application patterns （all N fertilizer of 6 g N m-2 as basal fertilizer, all N fertilizer as topdressing at beginning pod stage （R3）, 1.8 g N m-2 as basal fertilizer and 4.2 g N m-2 as topdressing at stage R3 and full pod stage （R4）, respectively）. The results indicated that under the same planting density, compared to applying all N as basal fertilizer, the application of starter-N plus topdressing N substantially reduced the rate of pod abscission, and enhanced leaf area index （LAI） signiifcantly at beginning seed stage （R5） （P〈0.05）, net assimilation rate （NAR） during stages R4-full seed stage （R6） （P〈0.05）, contribution rate of post-seed iflling assimilate to seed （CPA） （P〈0.05）, and yield （P〈0.05）. Applying topdressing N at stage R4 resulted in higher net primary production and yield than applying topdressing N at stage R3. When applying starter-N plus topdressing N at planting density of 25 plants m-2, LAI after stage R5 and NAR after stage R4 were increased by 5.92-16.3%（P〈0.05） and 13.7-26.6%（P〈0.05） with the planting density of 20 plants m-2, respectively, and yield was 8.46-14.0%（P〈0.05） higher than that under 20 plants m-2. When planting density increased to 30 plants m-2, only LAI during stages R4-R5 and NAR during stages R4-R5 increased by applying starter-N plus topdressing N, while the other indexes declined. Ov     

不同基因型啤酒大麦冠层叶片光合特性对产量的影响

为给啤酒大麦高产栽培提供理论依据,采用便携式光合分析系统研究不同基因型啤酒大麦冠层叶片光合速率变化,分析其对产量的影响。研究结果表明,参试基因型中M-22(1)、KHLEDI(4)、Pasadena(15)、Z014J081J(19)、MERIT(20)、Z090M066M(25)等二棱大麦的叶面积指数(LAI)一直较高,其中以美国的新品种之一Z014J081J表现最为突出,平均LAI达2.69;不同基因型啤酒大麦叶面积指数阶段变化与产量呈现一定的正相关关系,从挑旗期到灌浆末期整个生育阶段的LAI变化与产量的相关性均达到极显著水平;相关分析表明,不同基因型啤酒大麦冠层光合速率阶段变化与产量呈现一定的正相关关系。其中孕穗期、抽穗开花期和灌浆末期的光合速率变化与产量的相关性达极显著水平,相关系数分别为0.5024、0.5360和0.6758。     

覆膜玉米合理密度的研究

覆膜玉米采用20片叶左右的晚熟单交种,每亩为3171株时,可获600公斤左右的产量。覆膜玉米叶面积指数拔节期须达1.2左右,抽雄期达3.43～3.77,5叶期至乳熟期总光合势为14～15.8万m~2·~(-1)·亩~(-1)。     

大豆不同群体叶面积指数及干物质积累与产量的关系

以垦农4号和垦鉴21号大豆为试验材料,研究了大豆在3种不同密度条件下的叶面积指数及干物质积累动态与产量的关系。结果表明:各品种在不同群体条件下叶面积指数的变化趋势大致呈一抛物线,叶面积指数与产量的相关性在V3和R1达显著水平,R3、R5和R6达极显著水平;不同种植密度、品种间的干物质积累动态均存在差异;各阶段干物质积累量与产量的关系,在R3呈显著正相关,R5呈极显著正相关;KJ21后期群体发育在高密度下仍能维持较高的叶面积指数和干物质积累量,适合密植。     

不同行距配置对春播高油大豆干物质积累及产量的影响

[目的]探讨不同行距配置对春播高油大豆干物质积累及产量的影响,为高油大豆的大面积推广和高产栽培提供理论依据.[方法]在同一密度(18万株/hm2)下设置等行距DH1(30、30 cm)、等行距DH2(40、40 cm)、等行距DH3(50、50 cm)、宽窄行KZ1(40、20 cm)、宽窄行KZ2(53、27 cm)、宽窄行KZ3(67、33 cm)6种行距配置方式,研究行距配置对高油大豆品种"长豆18号"叶面积指数、干物质积累和产量的影响.[结果]采用宽窄行(53、27 cm)种植,"长豆18号"叶面积指数在鼓粒后期仍可达3.67,较DH3处理高19.2％,单株干物质积累在收获时可达32.06 g,较DH3处理高30.2％,产量(2 374.2 kg/hm2)较KZ1处理高33.1％,为"长豆18号"的最佳行距配置.[结论]综合试验结果,针对"长豆18号"大豆品种,KZ2 、DH,处理效果最好.