基于Sentinel-2A的棉花种植面积提取及产量预测

及时、准确预测棉花产量在棉田经营管理、农业决策制定等方面具有重要的价值和意义。为了提高棉花产量预测精度并确定估产的最佳生育时期,该研究利用谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）获取2020年Sentinel-2A的3个时间段影像,采用随机森林（Radom Forest, RF）、支持向量机（Support Vector Machine, SVM）、决策树（Classification and Regression Tree, CART）进行棉花种植区域提取,利用顺序向前选择（Sequential Forward Selection, SFS）和偏最小二乘算法（Partial Least Squares Regression, PLSR）确定棉花产量预测最佳生育时期,最终形成莫索湾垦区棉花产量预测分布图。结果表明,1）RF分类效果最佳,农田与非农田分类总体精度为0.94,Kappa 系数为0.89;棉田与非棉田分类总体精度为0.92,Kappa 系数为0.83。2）红边波段（B6）在3个生育时期中与产量相关性较好,相关系数随着生育时期的递进而增加,分别为0.37、0.47、0.53。3）基于PLSR构建的产量预测模型中,铃期预测效果最佳（决定系数R2=0.62,均方根误差RMSE=625.5 kg/hm2,相对误差RE=8.87%）,优于吐絮期（R2=0.51,RMSE=789.45 kg/hm2,RE=11.06%）和花期（R2=0.48,RMSE=686.4 kg/hm2,RE=9.86%）,铃期为棉花产量预测的最佳生育时期。该研究利用GEE和Sentinel-2A影像数据,为新疆莫索湾垦区棉花种植面积提取及产量预测提供一种新的思路,可为合理水肥配置、精准种植、农作物生长过程监测提供数据支撑。     

基于叶片SPAD的棉花氮营养指数估算研究

为了探究不同施氮处理对棉花叶片SPAD值、生物量和氮营养指数(NNI)的影响,通过两年田间试验,设置5个施氮水平（即0、120、240、360、480 kg/hm²）,开展棉花叶片SPAD值、氮素吸收分配规律和生物量变化的研究。研究结果发现：棉叶SPAD值随施氮量增加呈增加趋势,在N4处理下获得最大值;建立棉花氮浓度稀释模型：N_c=3.02W_max^-0.24,分析表明棉叶SPAD与NNI之间呈正相关关系,相关系数R²为0.05~0.74;经验证,棉花不同生育时期的模型模拟性能较好,出苗后97天时相关系数达到最大。棉花叶片SPAD值与临界氮浓度存在显著的正相关关系,可以作为棉花氮营养诊断的指标。     

基于决策树算法的棉花产量预测研究

为深入挖掘土壤养分与棉花产量之间的潜在关系,提供一定的科学理论依据指导农业生产,本文基于Weka挖掘平台、C4.5决策树算法生成预测模型来预测棉花产量。分析得到:①土壤中有机质、碱解氮、速效钾、有效锌与有效硼对棉花产量有重要影响;②有效锌含量过高或有效硼含量过高的土壤不利于棉花增产,相反,有效钾、有效硼含量较低的土壤中棉花产量达到中产及中产以上;③不考虑其他养分含量对棉花的影响,当土壤中有机质与碱解氮含量过低时,不利于棉花产量的提高。本文中利用C4.5决策树算法能够简单直观地分析土壤养分因素与棉花产量的关系进行棉花生产的预测,这对棉花生产能够产生一定的指导意义。     

不同配肥模式下滴灌棉花氮素吸收利用规律

【目的】 研究不同配肥模式对滴灌棉花氮素吸收利用规律。【方法】 采用大田单因素随机区组方法,设置4种施肥方式,第1种为1/3时间施肥,1/3时间浇水,1/3时间施肥、第2种为1/2时间施肥,1/4时间浇水,1/4时间施肥、第3种为1/4时间施肥,1/4时间浇水,1/2时间施肥、第4种为1/4时间施肥,1/2时间浇水,1/4时间施肥,分别记为W₁、W₂、W₃、W₄。研究滴灌条件下不同配肥模式棉花全氮含量以及氮素在各器官中的分布积累特征。【结果】 (1)不同配肥模式下滴灌棉花植株平均全氮含量表现为W₁＞W₂＞W₃＞W₄;(2)不同器官滴灌棉花全氮含量在表现为叶＞花蕾＞铃＞茎;(3)不同配肥模式下滴灌棉花的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力都表现为W₁＞W₃＞W₂＞W₄。【结论】 棉花氮素吸收利用和产量最高的N-W-N模式下,最优的配肥时段是W₁(1/3时间浇水,1/3时间施肥,1/3时间浇水)处理。     

基于品种和氮肥的棉花叶色值、叶片氮含量及产量估测

【目的】棉花叶色和叶片氮含量在各生育时期的变化规律,研究叶色、叶片氮含量与产量的相关性,基于棉花叶色和叶片氮含量的产量估测。【方法】以新陆早45号、新陆早58号、新陆早62号、新陆早50号、鲁棉研24号为材料,设置4个施氮水平:N0(不施氮对照)、N1(120 kg/hm²)、N2(240 kg/hm²)、N3(360 kg/hm²),采用两因素完全随机区组设计,共20个处理,重复3次。【结果】(1)叶色值在全生育期变化趋势为吐絮期＞铃期＞花铃期＞盛蕾期＞现蕾期,叶片氮含量在全生育期变化趋势为花铃期＞铃期＞吐絮期＞现蕾期＞蕾期;(2)棉花叶色值、叶片氮含量、产量均呈线性正相关。其中棉花叶色值与叶片氮R²达0.37^**,叶色值与产量的R²达0.56^**,叶片氮含量与产量的R²达0.61^**;(3)通过产量对叶色值和叶片氮含量的响应特征,可基于二者实现棉花测产,产量估测方程为Y=363.48-65.175^*S+274.079^*N,R²达0.69(S指叶色值,N指叶片氮含量,Y指产量)。【结论】各棉花品种均在N3处理下产量最高,且通过叶色值和叶片氮含量实现棉花产量估测,在棉花测产中是较其它估产更精准的一种方法。     

基于DSSAT模型模拟的气候变化对棉花生产潜力影响研究

【目的】运用农业技术转移决策支持系统(Decision support system for agrotechnology transfer, DSSAT)模型分析石河子地区气候变化对棉花生产潜力的影响,为棉花种植管理的可持续发展提供思路。【方法】本研究以石河子地区田间试验数据为基础,验证DSSAT V4.7模型适用性,模拟棉花光温生产潜力和气候生产潜力,并分析了气候变化对棉花生产潜力的影响。【结果】经过品种参数调试校正,模型的模拟值与试验的实测值吻合度较高,可用于石河子地区棉花的研究。近51年来石河子地区棉花生育期的平均气温和太阳总辐射呈显著上升趋势,降水量变化不显著,并且在棉花的不同生育阶段气候变化趋势有所差异;棉花的实际产量和光温生产潜力都呈极显著上升趋势,其中生产潜力的平均值是实际产量的3.6倍,由于该地区降水量的稀少导致气候生产潜力模型模拟结果不理想;棉花光温生产潜力与生育期内的气象因子有较强的相关性,与月平均最低气温和月太阳总辐射呈极显著正相关,与大多月降水量和部分月平均最高气温相关性不显著,因此气温和太阳总辐射的增加,有利于棉花增产。【结论】气候变化对石河子地区棉花的产量和生产潜力具有一定的正面影响。     

基于高光谱的棉花叶片磷含量估测模型

研究不同施磷条件下棉花叶片叶绿素含量的变化规律，旨在建立基于高光谱的叶片磷含量估测模型，实现棉花叶片磷含量快速监测。在盆栽试验条件下，设置不同的磷肥量，测定棉花功能叶叶绿素含量与磷含量，并利用植被指数和叶绿素含量的相关性构建磷含量的光谱变量，从而实现利用高光谱对棉花叶片磷含量的定量监测。结果表明：(1)棉花播种后100天左右，叶片磷含量与叶绿素呈现显著关系(决定系数R²=0.96)。(2)利用多个植被指数(X)和叶绿素含量(I)的相关性构建倒一叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶的磷含量光谱变量，其中各叶片相关性最优的模型：倒一叶(L₁)为I₁=2.6131X_RENDVI-0.4275,X_RENDV为红边归一化植被指数，R²=0.71,RMSE=0.2；倒二叶(L₂)为I₅=0.0142X_TVI+0.3274,X_TVI为三角植被指数，R²=0.76,RMSE...