渍害胁迫对油菜叶片光谱的影响及识别指标研究

以江汉平原华油杂668和中双9号油菜为材料,通过测坑进行不同品种油菜在蕾薹期和花期持续受渍的试验,测定油菜在持续受渍胁迫下叶片光谱反射率,根据受渍油菜光谱变化特征构建油菜渍害高光谱遥感识别指标。研究表明,随着渍水时间的延长,叶片不同光谱区域对水分胁迫的响应不同。在蕾薹期和花期,645～680 nm的红光区域受渍叶片光谱反射率均有所增大,在765～930 nm的近红外区域表现出明显减小,在1 412～1 483 nm及1 904～2 060 nm中红外区域的反射率增大。研究利用上述光谱反射率构建了渍害识别指数(R_(NIR)+R_(Red))/(R_(MIR1)×R_(MIR2)),通过与常见的7个植被指数(NDVI、NDWI、RVI、PRI、SRPI、SAVI、SIPI)比较分析,指数(R_(NIR)+R_(Red))/(R_(MIR1)×R_(MIR2))对受渍油菜更为敏感。通过定量比较不同植被指数对照与受渍油菜之间的距平绝对值和距平绝对均值,看出指数(R_(NIR)+R_(Red))/(R_(MIR1)×R_(MIR2))识别受渍油菜的能力优于其他植被指数,并且在整个受渍期间具有较强的稳定性和敏感性。说明该指数可以用于快速提取受渍油菜的面积,对指导油菜识灾抗灾减灾生产管理具有重要的意义。     

江汉平原稻-油连作系统冠层CO2通量变化特征

采用涡度相关法,于2010年和2011年对江汉平原水稻-油菜连作田冠层CO2通量进行周年观测,研究该系统CO2源、汇的季节和日变化规律。结果表明,CO2通量的日变化特征明显,各生育期平均CO2通量日变化幅度较大。将观测期通量数据插值后得到CO2净交换通量(NEE)的逐日变化过程,油菜收割后闲置期-中稻移栽期、分蘖期、拔节-抽穗期、乳熟期的平均NEE分别为1.63、-11.86、-20.61、-4.65g.m-2.d-1;水稻收割后的闲置期、油菜苗期-现蕾期、抽薹期、开花期、绿熟期平均NEE值分别为2.18、0.43、-5.00、-11.70、-13.91g.m-2.d-1。全年稻-油连作农田生态系统净CO2吸收量为19.26 t.hm-2。     

基于开花期地域差异的中稻高温热害天气指数保险设计

高温热害是湖北省中稻单产的主要限制因子,高温热害天气指数保险的设计与推广,对于转移农业气象灾害风险,降低农民损失具有重大意义。在开顶式生长室(open-top chamber,OTC)的控制下,以中稻品种"广两优香66"为试材,模拟开花灌浆期高温热害,建立了高温热害减产模型,并用大田调查资料作对比,筛选最优投保集中时段。基于10个试点县(市)1981-2016年每年7月16日-8月31日日最高气温观测资料,采用Weibull分布模型,构建分时段的高温热害风险分布模型。综合减产率模型和概率分布模型,厘定了不同免赔率下,以县(市)为单位的,多个投保时期的中稻高温热害天气指数保险的纯费率,为被保险人提供多种投保方案。结果表明:中稻开花灌浆期高温热害保险的最优投保时间为开花始期后20d,开花始期为7月下旬时费率最高,随着开花期的延迟,费率逐渐降低。纯费率的区域差异较大,咸安、赤壁、浠水、麻城等热害高风险区费率较高,襄阳、随州等低风险区费率较低。     

江汉平原施氮水平对稻田CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响

氮素是保证水稻(Oryza sative L.)产量的关键,同时也会影响稻田温室气体的排放。研究施氮水平对江汉平原地区稻田甲烷(CH4)、氧化亚氮(N_2O)排放和水稻产量的影响,旨在筛选出适合当地的低碳高产氮肥管理措施。以单季稻"丰两优香1号"为研究对象,设置4个施氮水平(T0:对照,0 kg N/hm2;T1:90 kg N/hm2;T2:150 kg N/hm2;T3:210 kg N/hm~2),采用静态暗箱-气相色谱法对稻田CH4和N_2O排放通量进行连续监测,测定水稻产量及CH4和N_2O季节排放特征,分析综合温室效应和排放强度。结果表明,不同施氮处理下CH4和N_2O排放通量具有较为明显的季节变化规律,T2处理的CH4季节累积排放量为302.5 kg/hm2,显著大于T0、T1和T3处理,与T0相比增加CH4排放106.7%,T3处理稻田CH4季节累积排放量为160.5 kg/hm2,比T2、T1水平处理低。不同施氮处理生长季N_2O累积排放量在0.465~0.631 kg/hm2之间,T3、T2、T1处理N_2O累积排放量显著大于T0处理,但T3、T2、T1处理间差异不显著。水稻产量随着氮素水平增加而增加,100年尺度上的温室气体排放强度以T3处理最小为0.39,T2处理最大为0.79,二者差异显著(P0.05)。因此,210 kg N/hm2可推荐为江汉平原地区水稻低碳高产的适宜氮素投入量。     

基于决策树和随机森林模型的湖北油菜产量限制因子分析*1

利用1961-2014年湖北省主产县油菜产量统计资料及同期气象观测资料,采用决策树和随机森林模型,对影响油菜产量的气候因子进行分析。结果表明：温度、日照时数及干旱、湿渍害对油菜产量均有不同程度的影响,且因生育期不同而存在差异。油菜开花期以前对低温敏感,开花期以后对高温敏感;苗期和蕾薹期对干旱较敏感,开花期和角果期对湿渍害更敏感;日照时数对油菜产量的影响受水分状况的制约,在干旱状况下日照偏多不利于产量形成,偏湿状况下则表现为日照越多越有利于产量形成。在各限制因子中,以湿渍害发生频率对油菜产量的影响最高,其次是干旱和冻害。湿渍害对产量的影响以高湿寡照的次生灾害影响较土壤偏湿的直接影响更大。     

养殖水体溶氧平衡的实验分析及泛塘成因再探讨

在江汉平原荆州市分别在植物培养箱和自然条件下模拟高密度养殖水体,利用多参数水质监测仪,采用完全开放式对养殖水体溶氧、水温等要素的变化进行自动连续观测,结合养殖水域中溶解氧动态平衡方程分别计算出水-气界面溶氧速率、水呼吸耗氧速率、草鱼呼吸耗氧率及光合作用产氧量;并对低溶氧条件下草鱼生存时间等进行实验监测。结果显示：鱼塘水呼吸耗氧率1.22~1.83 mg/(L·h);在水体溶氧在1.5 mg/L以上时,草鱼的代谢呼吸耗氧率为78.6~210.0 mg/(L·h);在高密度养殖塘内水呼吸是鱼呼吸耗氧4倍以上。阴到多云天气下光合作用产氧量为3.47~4.33 mg/(L·h),大于鱼呼吸与水呼吸量之和,但阴雨天光合作用产氧量不能维持鱼塘良好的溶氧环境。草鱼在0.1~0.4 mg/L低溶氧环境中有浮头出现,但能存活长达到5天时间。分析还表明：缺氧引起浮头,也造成底层H₂S、CH₄有毒物质增加,雨水进入鱼池形成水上下层对流,水体上部有毒物质浓度升高是泛塘死鱼的主要原因。     

县域农田土壤速效养分肥力综合评价

以湖北省洪湖市为例,2006年春秋两季在县域尺度进行了0～20 cm耕层土壤布点采样和主要土壤理化性质测试分析的基础上,采用土壤图和行政区划图的叠置,所产生的最小多边形作为评价单元.以土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH值为速效养分肥力评价指标因子,根据S型或抛物线型作物施肥效应曲线建立各项肥力指标的隶属度函数.计算出隶属度值.并采用层次分析法确定各指标因子的权重系数,运用因子加权综合指数法计算反映土壤肥力状况的综合评价指标值,以ArcGIS地统计分析模块和空间分析模块为软件平台生成洪湖市土壤速效养分肥力综合评价等级图.     

喷施外源6-BA对小麦孕穗期渍害的调控效应

为深入研究外源6-BA(6-苄氨基腺嘌呤)对江汉平原冬小麦孕穗期渍害的调控效应,以江汉平原主栽品种郑麦9023为试验材料,在孕穗期设置渍水、喷6-BA+渍水2种处理,并以不渍水不喷6-BA处理为对照(CK),研究在小麦孕穗期遭遇渍害时外源6-BA对小麦生理生化指标的调控效应以及对子粒产量的影响。结果表明,孕穗期渍水显著降低旗叶净光合速率、干物质积累量及穗粒数,对子粒产量也造成显著影响;渍害还会加速植株衰老,增加旗叶和倒三叶中丙二醛(MDA)含量。渍水前喷施外源6-BA有助于孕穗期渍水后旗叶净光合速率和干物质积累量的恢复,且显著降低旗叶和倒三叶MDA含量,对穗粒数和产量也有很好的恢复效果。总之,孕穗期遭遇渍害会改变整个植株生理生化代谢,喷施6-BA有助于增强小麦的抗渍性及协调产量构成因素间的关系,从而达到产量恢复的效果。     

CERES-Rice模型在江汉平原的验证与适应性评价

基于江汉平原武汉、荆州农业气象试验站双季早、晚稻及单季中稻多年田间试验数据和同期逐日气象数据,在利用GLUE参数估计模块结合"试错法"对模型参数标定基础上,对CERES-Rice模型叶面积指数及生物量动态、发育期、成熟时地上部生物量、产量等的模拟能力进行了验证。结果表明,模型对水稻发育期模拟较好,开花期和成熟期的模拟误差在3d以内,其中对感光性较弱的早稻模拟最好,感光性较强的晚稻模拟最差;生育期内叶面积指数和生物量动态模拟良好,一致性指数分别达0.98和1.0;模拟产量和地上部总生物量的相对均方根误差分别为8.72%和5.91%,总体效果较好,其中生殖关键期遭遇寒露风的晚稻产量NRMSE为11.16%,模拟效果偏差。说明CERES-Rice模型在无明显异常天气条件下对江汉平原地区水稻模拟具有较好的适应性,CERES-Rice模型可为江汉平原水稻生育期预测提供技术支撑,在考虑极端天气条件胁迫产量形成过程的基础上,可应用于该地区气象影响评价及产量预报业务。     

2011年荆州市干旱特征分析

2011年冬春季节长江流域降水偏少,发生区域性特大干旱,对农业生产和生态环境造成较大影响。调查了长江中游的荆州市内水文和农业受灾情况,采用综合气象干旱指数、降水量距平百分率和土壤墒情指标对旱灾进行了评价分析,探讨了荆州市2011年干旱的基本特征。结果表明,至2011年5月20日,荆州市除荆州区和沙市区为重度气象干旱外,其余县市均为特大气象干旱,同时叠加中度水文干旱和农业干旱,干旱对农业生产特别是水稻生产造成了较大损失。结合本区域旱灾发生的特征,提出了完善水利防控设施、提高农业节水潜力和推广新型节水技术等干旱防控措施。