作物生长模型的适用性评价及冬小麦产量预测

为了研究CERES-Wheat模型在北京地区的适用性及应用模型对冬小麦产量进行预测,在对模型进行参数校正的基础上,通过连续3 a的试验数据对模型适用性进行评估,进一步采用试验点气象观测站2007－2008年气象数据作为驱动模型展开模拟,预测了2007－2008年北京冬小麦产量为6 000 kg/hm2,并对比了2004－2008年的模型模拟值（包括生殖生长期时间、叶面积指数和产量）与实际观测值。结果表明：模型模拟开花期时间一般较实际观测时间推迟6 d以内,成熟期时间一般较实际观测时间推迟5 d以内,叶面积指数和产量较真实值偏高,综合4 a产量预测数据发现模型模拟产量准确度在90%以上,说明CERES-Wheat模型在北京适用性良好,可以作为一个有效的冬小麦产量预测工具在农业中应用。     

基于连续小波变换的潮土有机质含量高光谱估算

土壤有机质含量快速估算对于土壤肥力评价、土壤信息化管理和精准施肥具有重要意义。该文通过对北京顺义地区64个土壤样品高光谱曲线进行连续小波变换,估算了该地区潮土有机质质量分数,并与4种常用光谱变换方法进行了比较。结果表明,潮土具有与其他类型土壤类似的光谱曲线,经过去包络线处理后,在可见与近红波段都出现了明显吸收峰;采用连续小波变换方法所确定的潮土有机质估算的敏感波段为1194、486和866nm,对应小波分解尺度为2,3和4;利用小波能量系数与有机质质量分数所构建的多元线性回归模型的决定系数R2为0.67,模型实测值与预测值的检验精度R2为0.75,RMSE为0.21;而采用4种常用光谱变换方法建立的潮土有机质估测模型的R2最高只有0.09,说明连续小波变换方法更适合于潮土有机质质量分数估测。Kringing插值分析表明,应在顺义地区东南部增加取样点,以提高模型估算精度。该研究可为潮土土壤肥力的快速测定提供参考。     

基于支持向量回归（SVR）和多时相遥感数据的冬小麦估产

发展和构建高精度的作物遥感估产模型,对于国家制订粮食进出口政策和保障粮食安全具有重要意义.尝试利用支持向量回归方法(SVR)构建遥感估产模型,首先利用北京郊区2004年和2007年冬小麦主要生育期多时相Landsat TM影像生成的归一化植被指数,通过SVR构建遥感估产模型进行产量估算.然后针对模型的稳健型和预报能力进行交叉验证,并与常规的多元回归方法进行对比.结果表明,利用SVR方法构建的遥感估算模型有效地提高了估算精度,与多元回归方法相比,2004年和2007年决定系数分别提高0.2162、0.2158,均方根误差分别降低0.1682、0.2912.因此基于SVR和多时相遥感数据构建估产模型用于冬小麦估产是可行、有效的,为应用多时相遥感数据进行冬小麦估产提供了一种方法.     

利用多时相Landsat近红外波段监测冬小麦和苜蓿种植面积

随着农业产业结构的调整，农作物的种植面积和分布有了较大的时空变化，必然对环境、生态和政府决策产生影响。由于近几年北京及其周边地区苜蓿种植面积大量增加，在利用遥感进行土地利用调查和更新时，原来提取冬小麦的一些方法受到苜蓿的干扰，使精度降低。该文主要探讨针对春夏季作物进行监测和面积提取的方法。通过从4月到6月初的地面测量的小麦和苜蓿的4个时期的光谱发现，初期小麦和苜蓿的差异很小，而后期差异增大，尤其在近红外波段处差异最大，5月下旬到6月初是区分小麦和苜蓿的最佳时期。但5月到6月期间不同地块苜蓿的刈割时间不一致，使小麦和苜蓿在单个时相的影像中难以区分。利用3个时相的Landsat近红外波段合成的假彩色影像图很容易区分冬小麦和苜蓿，并能判断苜蓿的刈割时间，经地面验证，该方法分类精度高。且只使用不同时相的一个近红外波段，将大大节约成本和提高处理速度，受薄云和气溶胶的影响小。     

红外光谱指数反演大田冬小麦覆盖度及敏感性分析

植被的覆盖度能反映植被对光的截获、指示植物的生物产量等。常用的红光/近红外构成的植被指数能指示作物覆盖度，但它们易受到不确定因素的影响，估测结果往往偏差较大。该文以冬小麦为例，研究了利用近红外和短波红外光谱指数估测覆盖度的可行性，并评价了这些指数对品种、肥水处理和叶色的敏感性。试验中对冬小麦用数码相机垂直成像获取照片，利用分类算法自动提取覆盖度。根据同步获取的冬小麦光谱特征，构造了56个红外比值和28个红外归一化光谱指数，并选取了8个基于红光近红外的植被指数，利用通用线性模型(GLM)评价它们对覆盖度的预测能力及敏感性分析。结果表明，短波红外光谱指数R1690/R1450，R1450/R1690及(R1450-R1690)/(R1450+R1690)等不易受品种，肥水管理及叶色的影响，能很好地预测大田冬小麦覆盖度。     

精准农业技术对生态环境的影响评价研究进展

精准农业是保证作物产量和农业环境质量双赢的重要途径。综述了水肥精准管理和病虫草害精准管理的生态环境效益,精准农业通过节省资源投入、减少资源损失、提高利用效率,降低农业生产对土壤和水体环境的污染。但目前的评价内容主要集中在资源投入、残留损失、利用效率以及水土质量方面;其次,由于田间变量信息的获取途径不一致、模型预测和田间应用效果的差异、土壤质地以及作物种类的不同等原因,导致精准农业的环境效益评价结果不确定性较大。未来研究应建立精准农业技术田间定位试验,进行长期的生态环境效益评价研究,为精准农业技术的推广和应用提供数据支持。     

基于多时相遥感数据和HSV 变换的越冬前冬小麦面积提取

【目的】冬小麦种植面积的提取对保障粮食安全和估产工作具有重要意义,已有冬小麦面积监测方法存在的所需数据量多、时间滞后等问题亟待解决。【方法】基于入冬前的2017年11月21日(分蘖期)和2017年12月24日Landsat8 OLI影像,将MIR、NIR和RED波段进行HSV变换,并计算地物的NDVI;利用全国土地利用图提取耕地与非耕地两类地物,统计分析两类地物NDVI值、H波段值的关系并设置阈值,初步提取疑似小麦种植区;利用小麦两个时相S值增大的特点准确提取小麦种植区域。【结果】利用多时相遥感数据中NDVI、H和S差别提取的试验区冬小麦种植面积,与地面调查、县区统计年鉴数据有较高的一致性。【结论】HSV阈值划分方法适用于冬小麦种植面积提取,能够提高小麦面积估算的时效性。     

基于深度学习的苹果树侧视图果实识别

【目的】传统果树侧面果实识别方法精度难以满足实际果实识别的需求,研究深度学习方法对提高苹果树侧面果实识别精度、增强模型对苹果复杂生长环境的适应性和泛化性具有重要意义。【方法】文章提出基于深度卷积神经网络对广域复杂背景环境下的侧面苹果特征进行学习的方法,完成苹果树侧面果实多目标识别任务。【结果】在广域复杂场景下,基于VGG16为特征提取网络的Faster-RCNN多目标检测模型在果实多目标检测任务中,识别精度达到91%,单幅影像识别时间约为1.4 s,相较于ResNet50作为特征提取层的目标检测模型识别精度提高4%;在相同影像数据下,模型识别精度的主要影响因素是遮挡,导致模型漏判果实数量较多,VGG16在不同程度遮挡区域的漏判率比ResNet低6%。【结论】基于VGG16卷积神经网络果树侧视图果实识别算法对广域复杂场景下的果实提取效果较好,特别是在具有遮挡情况下的识别结果更优,能够为果园产量估算提供一定的借鉴。     

精准农业对华北平原冬小麦温室气体排放和产量的短期影响

本试验以京郊冬小麦田为研究对象,采用大田试验设置4个处理:CTF(常规整地+常规施肥)、PF(精准施肥)、LL(激光平地)、PF+LL(精准施肥+激光平地),采用静态箱-气相色谱法分析了不同农业措施下的土壤温室气体(CO_2、N_2O、CH_4)排放特征。结果表明:和CTF相比,LL冬小麦产量显著提高7.10%;降雨、灌溉后表层土壤含水率显著提高,冬小麦季土壤CH_4吸收量显著增加22%,土壤CO_2、N_2O累计排放量分别显著增加27.20%、8.81%。PF产量与CTF无显著差异;土壤N_2O排放峰出现在追肥后,PF排放峰值显著较CTF低15.41%,精准施肥至收获期间PF土壤N_2O显著减排15.05%,但整个冬小麦生长季PF土壤CO_2、N_2O累计排放量和CH_4累计吸收量与CTF均无显著差异。和CTF相比,PF+LL小麦产量显著提高8.2%,同时PF+LL土壤具备较好的持水性,雨季及灌溉后表层土壤含水率分别显著提高8.81%、7.63%,冬小麦生长季土壤CO_2累计排放量显著增加33.53%,CH_4吸收量显著增加31.5%,N_2O累计排放量无显著差异,但在精准施肥至收获期间土壤N_2O显著减排10.22%。综上,激光平地技术可显著增产但综合增温潜势较强,精准施肥技术对产量无显著影响,但降低了N_2O排放峰值,减少了精准施肥后的N_2O累计排放量,表现出一定的N_2O减排潜力。     

基于GIS的海河流域农田氮磷肥施用环境风险评价

以海河流域为研究区,基于化肥施用环境安全阈值预测模型及环境风险指数评价模型,对流域35个地级市农田氮磷施用强度及氮磷风险指数进行定量估算,并结合GIS空间分析能力,分析各地级市氮磷肥施用对环境污染的风险等级。结果表明,近11 a来,海河流域平均化肥施用强度为366.16 kg/hm2,是我国生态县化肥施用强度安全标准的1.46倍,是发达国家化肥施用安全标准的1.63倍。2005—2015年,氮、磷肥低度施肥区主要分布在流域西部,中度以上施肥区主要分布在中南部。从风险程度看,50%以上的氮磷肥处于尚安全区及低度风险区,中度以上风险主要分布在北京、天津及河北、河南、山西的个别地级市,但氮、磷肥风险在空间分布上存在显著差异;综合风险空间分布结果显示,90%以上为尚安全区及低度风险区,中度风险分布在朝阳市、天津市和新乡市。整体来看,流域化肥施用环境风险程度逐年降低,这与我国政府制定的较少农田化肥施用量的相关政策有必然的联系。