基于开花期卫星遥感数据的大田小麦估产方法比较

【目的】卫星遥感具有覆盖范围广、获取速度快、信息量大、动态性强等优势,能够及时准确地获取作物产量信息,反映作物产量空间变化趋势。遥感技术作物估产已成为现代农业生产中研究热点。通过改善遥感估产建模方法,以实现进一步提高大田作物遥感估产精度,为宏观了解不同区域作物产量形成情况及变化趋势提供直观、可靠的参考。【方法】论文结合2011—2012年江苏省大丰、兴化、姜堰、泰兴、仪征5个县区的定点观测试验,以国产卫星产品HJ-1A/1B影像为遥感数据,于小麦开花期开展大田定位观测区卫星遥感植被指数、关键生长指标与收获期单产间的定量分析。通过对产量与小麦生长指标以及植被指数进行定量关系分析,进一步增强遥感反演的机理性和重演性。将卫星遥感变量与小麦产量进行相关关系分析作为遥感估产的直接建模方法,间接建模方法则是选取与产量相关性较好的遥感变量以及与遥感变量相关性较好的主要苗情指标,利用筛选得到的敏感遥感变量,首先监测对应的小麦生长指标,结合该小麦生长指标与产量间的定量关系,进而建立间接估产模型,利用此模型进行小麦遥感间接估产。利用直接和间接建模方法,以相关性最高为原则,筛选估算产量的敏感卫星遥感变量。以2012年试验数据为建模样本,采用线性回归分析方法,分析小麦开花期苗情指标、产量与卫星遥感变量两两之间的相关性,分别构建以遥感植被指数为基础的大田小麦估产模型,与地面实测结果一起建立模型共同分析。以2011年试验数据为验证样本,选取评价指标拟合度(R2)和均方根误差(RMSE),对两类模型的估算精度进行验证和比较,以提高遥感反演的定量化水平和可信度。【结果】分别以差值植被指数(difference vegetation index,DVI)和比值植被指数(ratio vegetation index,RVI)为基础的单因子直接估产模型的均方根误差(root mean square error,RMSE)为918 kg·hm-2和1 399.5 kg·hm-2,以DVI和RVI遥感变量构建双变量估产模型的RMSE为1 036.5 kg·hm-2,以归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和叶片氮积累量为基础构建的间接估产模型的RMSE为805.5 kg·hm-2,说明开花期HJ-1A/1B影像估算小麦区域产量是可行的,且精度较高;经比较,以NDVI和叶片氮积累量为基础的间接估产模型精度明显高于直接估产模型,相较于DVI直接估产模型RMSE降低了112.5 kg·hm-2,相较于RVI直接估产模型RMSE降低了594 kg·hm-2,相较于双因子模型RMSE降低了231 kg·hm-2。【结论】国产卫星HJ-1A/B可以较好满足估测小麦产量要求,且利用间接方法建立作物遥感估产模型要好于直接方法,研究结果为利用遥感技术更为准确估算大田小麦产量提供了一种新的途径。     

优化控释尿素施用方式提高沙质低肥力土壤水稻产量和品质

  【目的】  苏北黄河故道带低肥力沙性土壤保水保肥能力差,研究控释尿素施用技术对水稻产量和稻米营养品质与口感的影响,为该地区水稻优质生产的肥料管理提供科学依据。  【方法】  以中熟中粳水稻品种‘苏秀867’为材料,在苏北黄河故道带低地力沙性土壤上进行了2年田间试验。采用裂区设计,主区为控释肥和尿素复混全部基施 (BC) 与控释肥和尿素复混基施+穗肥施用尿素 (BC+PU) 2种施肥方式;副区为3种树脂包衣尿素,控释天数分别为80天 (CR80)、100天 (CR100) 和120天 (CR120),控释肥与普通尿素复混比例为6∶4,BC处理所有肥料一次性基施,BC+PU处理中普通尿素一半基施一半穗期追施,总施氮量为270 kg/hm2,以常规尿素定量分施 (CK) 为对照,共7个处理。调查水稻产量及其构成因素、茎蘖动态、叶面积指数、干物质积累,测定稻米加工品质、外观品质、营养与蒸煮食味品质、淀粉RVA谱特征值。  【结果】  BC和BC+PU两区各处理水稻产量表现为CR80 > CR100 > CR120。相同控释尿素处理下,BC+PU处理的产量高于BC处理。BC+PU区3个控释肥处理以CR80的增产效果最好,两年产量分别为9.64和10.73 t/hm2,较CK处理分别增产5.32%和5.81%,这主要归因于其在稳定穗数的基础上,提高了总颖花量和结实率,且CR80处理的水稻中后期的叶面积指数和干物质积累量均较高,尤其是成熟期的叶面积指数显著大于CK,有利于光合产物积累。无论BC还是BC+PU施用方式,3个控释肥处理的稻米加工品质无显著差异。在外观品质和蒸煮食味方面,BC+PU区CR80处理与CK相比没有显著差异,而BC区CR80处理的直链淀粉含量、胶稠度和食味值较CK有所提高,RVA谱特征值中的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值上升,蒸煮食味品质较好;BC和BC+PU两区中,CR100和CR120处理的蛋白质含量均有不同程度的提高,垩白粒率和垩白度降低,稻米直链淀粉含量和食味值下降,RVA谱特征值中的峰值黏度、热浆黏度、最终黏度和崩解值下降,蒸煮食味品质较差。与BC处理相比,BC+PU处理稻米的外观品质和营养品质有所提升,蒸煮食味品质降低。  【结论】  在苏北黄河故道带沙性土壤上,采用释放期为80天的控释肥与尿素混合,采用基施+穗期追施尿素两次施肥方法,能够实现水稻的高产优质,但是降低蒸煮食味品质,而该缓释肥与尿素混合全部基施,虽然产量不是最高,但不会影响加工品质,且提高了蒸煮食味品质。