基于RGB颜色空间的早稻氮素营养监测研究

针对双季稻区水稻过量施肥带来环境污染和成本提高问题,设计不同品种氮肥梯度大田试验,应用数码相机获取早稻冠层数字图像,研究不同色彩参数及早稻氮素营养指标的时空变化特征,以期确立双季早稻氮素营养预测模型。结果表明:不同品种同一氮肥处理下图像色彩参数差异不大;拔节期数字图像参数对氮素营养指标敏感;模型构建结果显示,图像参数INT与水稻氮素营养指标构建的模型决定系数(R2)最大,模型预测效果最佳,R2分别为0.895 7和0.924 7;进一步采用多元回归分析和BP神经网络分析法进行预测,预测效果均较好。对预测结果进行检验,发现品种对于模型的构建影响不大,以BP神经网络分析法构建的叶片氮浓度(LNC)模型和以INT为敏感色彩参数构建的叶片氮积累量(LNA)回归模型效果最优,而多元回归分析方法则效果不佳。早稻冠层RGB颜色空间敏感参数与氮素营养指标间相关性较好,可以实现氮素营养的无损监测诊断。     

不同氮肥调控对水稻分蘖数和叶面积指数的影响

为明确氮肥施用量对水稻分蘖数和叶面积指数的影响,以广东省主栽品种粤农丝苗和合美占为供试材料,设置5个进行开展了氮肥施用量梯度试验。结果表明,在同一生育期内,水稻植株的总茎蘖数、无效分蘖和叶面积指数均随着施氮量的增大而增大;其中,施氮量、分蘖数和叶面积指数三者之间分别呈显著的正相关关系(r0.8)。适当的施氮量能增加水稻的分蘖数和叶面积指数,促进其生长发育,但过量增施氮肥会增加无效分蘖数,降低氮肥利用率。     

不同氮素水平下双季稻株型与冠层内光截获特征研究

本文旨在阐明双季稻株型与冠层内光合有效辐射截获的时空分布特征。选用4个不同株型早、晚稻品种,设置4个不同施氮水平,系统观测其植株形态和冠层内光合有效辐射截获率(IPAR)的时空分布状况。结果表明,施氮水平对早、晚稻株高、穗长、叶长和叶基角均有显著影响,均表现为随施氮水平的增加而增大;早、晚稻孕穗期的分层叶面积指数(LAI)和向上累积LAI大于抽穗后12 d,分层LAI呈冠层中部大于上部和下部的分布特征,最大分层LAI出现在0.58相对高度处;冠层上中部分层LAI和向上累积LAI随施氮水平的增加而增大;向上累积LAI随相对高度呈S型曲线分布,可用Logistic方程定量描述(R~2 0.99);早、晚稻孕穗期的冠层IPAR大于抽穗后12 d,且随施氮水平的增加而增大,其日变化表现为正午较小,早晚较大;株型紧凑的早、晚稻品种,冠层IPAR低;冠层IPAR与向下累积LAI之间的关系可用方程IPAR=a (1-e~(-b×LAI))定量描述(R~2 0.88);冠层内IPAR的三维空间分布表现为冠层上中部水平面上IPAR较低,光斑变化大,冠层下部水平面上IPAR较高,光斑变化较平缓,同一冠层高度水平面上的IPAR呈不均匀分布。研究结果可为双季稻高产栽培及理想株型的优化设计提供支撑。     

不同生育期水稻干物质量与产量的关系研究

为明确不同生育期的干物重对粤晶丝苗2号、粤农丝苗、合美占3个水稻(Oryza sativa L.)品种的产量及产量构成因素的影响,设置了早造和晚造两次不同氮肥梯度随机区组栽培试验。结果表明,叶片干物质的分配比例在拔节孕穗期时最高,且其随着生育进程逐渐降低,在乳熟期达到最低值;茎干物质的分配比例在乳熟期降至最低;齐穗期的穗干物质分配比例不到20%,而乳熟期的穗干物质量将近占总干物质量的43%;早造和晚造水稻的结实率差异极显著,总干重差异显著,而穗数、每穗粒数、千粒重、产量差异不显著;齐穗期以后,结实率和千粒重均与干物重呈负相关,而叶干重与穗数呈显著正相关,且相关性较大,茎干重与各产量性状密切相关,总干重与产量呈正相关。水稻干物重是决定高产的重要因素。     

南方双季稻区小行距插秧机的改进设计与试验

针对300mm行距插秧机在南方双季稻区栽插行距过大、穴数过少及不能充分发挥机插稻的增产潜力问题,在300mm行距插秧机结构的基础上,通过机械优化设计和田间农艺技术相结合的方法,对其插植部箱体、苗箱、支架(包括左右支架和中间支架)和浮板4个关键部位技术参数改进设计,研制出了适合南方双季稻区作业的2ZS-488B型(264mm行距)插秧机,并于2012-2013年在江西省2个试验点进行不同早晚稻品种机插行距的大田对比试验。结果表明:该插秧机作业性能稳定,漂秧率、伤秧率和漏插率分别为1.55%、2.68%和1.93%,相对均匀度合格率为89.54%。与300mm行距插秧机相比,其产量平均增产529.43kg/hm2,平均增产率达8.57%。该研究结果创新了南方双季稻区新的机械化栽插方式,有利于农机农艺的有效融合。     

基于株型的水稻冠层光合生产模拟

利用基于冠层光分布的光合作用模型，以紧凑型和松散型2个不同株型水稻冠层为对象，通过设计不同的模型输入参数组合，定量分析了不同株型水稻冠层直接辐射消光系数的日变化特征、正午时刻直接辐射在冠层内的垂直分布特征、冠层内光合作用速率的垂直分布特征、不同辐射强度下冠层光合作用速率随叶面积指数的变化特征及其日变化等。结果表明，紧凑型的增产潜力依赖于较大的叶面积指数、叶片光合效能、太阳高度角和太阳辐射强度等。研究结果为水稻高产栽培及理想株型的优化设计提供了支撑。     

水稻冠层光分布模拟与应用

 综合已有作物模型的优点，构建了水稻冠层光分布模型，并进一步与原有光合作用和干物质生产模型相耦合，构建了水稻光合生产模型。新模型将水稻冠层按叶面积指数划分为5层，各层次水平面上的太阳辐射强度按Monsi和Saeki的指数模型进行分布；模型利用日照百分率资料推算直接辐射与散射辐射，并考虑了光合有效辐射的日变化、冠层结构和太阳位置对直接辐射消光系数的影响。利用独立的水稻田间试验资料，对主要生育期冠层内的光分布进行了初步验证，结果表明模拟值与观测值之间具有较好的一致性。最后，将基于冠层光分布模型与原有光合生产模型进行了比较，预测水稻干物质积累量的根均方差分别为0.74 t/hm2和1.26 t/hm2，建立的基于冠层光分布模型的预测性较好。研究结果将为水稻生长模型的改进完善以及生产管理调控与品种数字化设计奠定基础。     

基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型

旨在阐明双季稻分蘖数与冠层反射高光谱间的定量关系,构建基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型。基于不同早、晚稻品种和施氮水平的田间试验,于关键生育期(分蘖期、拔节期和孕穗期)测定早、晚稻分蘖数,同步使用FieldSpec HandHeld 2型高光谱仪采集早、晚稻冠层反射高光谱数据,分别利用光谱指数法和连续小波变换构建新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数进行监测,建立双季稻分蘖数光谱监测模型,并用独立试验数据进行检验。结果表明,新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数的监测效果优于其他类型光谱参数(植被指数和“三边”参数),其中位于红边区域的小波特征db7(s9,w735)监测早稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.754,模型检验相对均方根误差RRMSE为0.128;位于红边区域的小波特征mexh(s6,w714)监测晚稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.837,模型检验RRMSE为0.112。研究结果可为双季稻分蘖数快速无损监测和群体质量精确调控提供理论基础与技术支持。     

稻田免耕直播油菜出苗及杂草发生的研究

研究结果表明,浅耕油菜的出苗高峰期和出苗终止期分别为播后14d和播后49d,而免耕的分别为播后21d和播后63d,浅耕的出苗集中在播后7~21d,而免耕的出苗集中在播后14~28d。杂草发生量浅耕的比免耕的明显减少,杂草以看麦娘为主,发生量最大。     

基于株型的水稻光合生产模拟研究进展

株型是反映水稻（Oryza sativa L.）冠层结构与群体光合态势的综合性状,理想株型塑造与籼粳亚种间杂种优势利用相结合是提高水稻单位面积产量的关键。利用计算机可视化技术和三维数字化技术可实现对不同株型水稻的单株及群体冠层三维结构的可视化模拟,克服了G函数应用复杂与繁琐的缺点。通过调控栽培管理措施可构建高光效的水稻冠层结构,提高水稻冠层的光能截获量和单位面积产量。利用辐射度和光线跟踪技术可在三维空间上实现不同株型水稻冠层内光合有效辐射分布的精确模拟,弥补了指数模型应用假设的不足。基于生理生态过程的水稻光分布与光合作用模拟研究得到了快速广泛的发展,为数字农业技术的发展提供了强有力的模型化和定量化支撑。水稻株型的差异明显改变了光在水稻冠层内的分布和利用,进而影响冠层光合作用和物质积累,因而系统分析水稻株型与冠层内光分布及冠层光合作用间的定量关系,有利于提高水稻群体光能利用率与产量。