单作套作大豆叶片氮素积累与光谱特征

种植模式和氮肥水平直接影响作物的生长和氮素的吸收,无损、即时监测大豆叶片氮素水平对大豆生产中的氮肥精确管理十分重要。本研究设置4个氮肥水平,分析单作套作下大豆在不同生育时期叶片氮素动态和光谱特征,明确对叶片氮素敏感的光谱特征参数,构建单作套作大豆通用的叶片氮素积累量估测模型。结果表明,随大豆生育时期的推进,单作套作种植模式下的大豆冠层叶片氮素积累量均呈现单峰变化趋势,最大值出现在N3处理下的结荚期,两种模式两年最大值平均分别为8.70 g m~(–2)和8.38 g m~(–2);不同生育时期和种植模式的大豆冠层原始反射光谱的变化规律与冠层叶片氮素变化规律均为先增加后降低,原始反射光谱在700~1000 nm波段的反射率以结荚期为拐点先增大后减小,最大反射率达到60%~70%左右;通过对单作套作大豆冠层光谱一阶导数变换,红边幅值呈现先增加后降低的趋势,同时红边位置随叶片氮积累量的增加和减小出现"红移"与"蓝移"现象。经波段自由组合和回归分析表明,以DSI(771、755)构建的线性(y=–1.249+3.209x,R~2=0.847)和乘幂(y=–1.470x~(1.676),R~2=0.872)模型能较精确地估测不同生育时期大豆冠层叶片氮素状况。     

四川地区玉米/大豆带状套作对大豆形态、叶绿素荧光特征及系统产量的影响

玉米/大豆带状套作可以充分利用光环境,提高单位土地面积物质产出。为探明玉米/大豆带状复合种植模式下不同空间配置对大豆冠层光环境、形态、产量及系统效益的影响,进而为大豆高产优质栽培提供依据,本研究选用半紧凑型（‘川单418’）和紧凑型（‘荣玉1210’）玉米品种与大豆带状套作,固定带宽为200 cm,玉米采用宽窄行种植,玉米窄行距设置3个处理：20 cm、40 cm、60 cm;并以单作大豆（SS）作为对照。分析透光率、形态、光合色素、荧光参数、生物量和系统产量的变化规律。结果表明：套作大豆冠层透光率、红光/远红光（R/FR）比值随玉米窄行距的增大而逐渐降低;套作下大豆茎粗、节数、茎干重和全叶干重均随玉米窄行距增大呈降低趋势,最大值出现在玉米窄行距20 cm处理下;与单作大豆相比,两个玉米品种下大豆茎粗、节数、茎干重和全叶干重均显著降低,而第2节间长和主茎长显著升高。套作下大豆叶片光合色素含量随玉米窄行距的增大而逐渐降低,各行距处理及不同玉米品种下套作的叶片光合色素含量均低于单作大豆。大豆叶片荧光参数F_v/F_m、NPQ、F_q''F_m''和F_q''/F_v''随玉米窄行距的增大均呈先增大后减小的趋势,而F_o变化趋势与之相反。玉米收获后,大豆光环境得到改善并迅速恢复生长,套作大豆形态生理指标与单作差异减小,但由于前期玉米的遮荫,各套作处理间大豆产量差异仍显著。通过系统效益分析,在玉米窄行距40 cm处理下,套作系统综合产量最高,两玉米品种下玉米、大豆产量平均分别为8 559.52 kg·hm^-2、1 717.60 kg·hm^-2,土地当量比平均达1.57。本试验中大豆与两个株型玉米套作,大豆形态生理指标差异影响不显著。因此,选择紧凑或半紧凑玉米品种,适度缩小玉米窄行距可以显著改善带状套作大豆的生长环境,提高其生物量和产量。     

干旱胁迫下玉米叶片可溶性糖光谱估测研究

【目的】利用高光谱遥感技术实时监测干旱胁迫下玉米叶片可溶性糖,为诊断玉米干旱胁迫和田间水分管理提供了理论基础。【方法】采用单因素随机区组设计,对玉米进行盆栽控水,设置4个水分梯度(正常水分、轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫),研究不同干旱胁迫下玉米不同生育时期冠层光谱反射特征及变化规律,比较可溶性糖含量与冠层光谱反射特征和植被指数之间的关系,构建玉米叶片可溶性糖估测模型。【结果】玉米叶片可溶性糖含量在拔节期、喇叭口期和抽雄吐丝期随着干旱胁迫程度的加剧而逐渐增加,均在重度胁迫达到最大值,分别为44.45、44.22和73.00 mg/g,3个时期叶片可溶性糖含量的平均值在抽雄吐丝期达到最大值为72.43 mg/g;不同干旱胁迫下玉米冠层原始光谱反射率在可见光区域(400~700 nm)无明显差异,在近红外光区域(700~1 000 nm)随干旱胁迫加剧逐渐升高,重度胁迫达到最大值;一阶导数光谱的红边幅值随干旱胁迫加深逐渐升高,红边位置在喇叭口期出现"红移";可溶性糖的敏感波段处于原始光谱560~719 nm和导数光谱651~683 nm之间;通过对11个植被指数和经过波段自由组合的RSI、DSI、NDSI这3个植被指数与可溶性糖含量相关分析得知,利用波段自由组合的植被指数DSI(D444,D455)与玉米叶片可溶性糖含量的相关性最好(r=0.99),并由此构建的估测模型y=498 165x2-7 566.9x+71.856能够实现对玉米叶片可溶性糖含量的估测。【结论】不同干旱胁迫下玉米冠层光谱和可溶性糖含量存在差异性,利用高光谱遥感技术可以实时监测玉米叶片可溶性糖含量。     

基于PLS的不同水氮条件下带状套作玉米产量预测

[目的]利用高光谱数据构建一种"高光谱参数-光合色素-产量"模型间接估测套作玉米产量,为带状套作玉米产量无损预测提供技术手段.[方法]以不同年份、地点、品种、处理(氮肥、水分)的田间试验为基础,综合分析带状套作玉米各生育时期及全生育期光合色素参数与冠层高光谱参数和玉米产量的关系,明确玉米产量预测的最佳生育时期及光合色素...     

光照强度对大豆叶片光合特性及同化物的影响

间套作荫蔽环境下, 光强是影响作物生长和产量的直接因素。本试验通过设定不同光照强度, 分析不同大豆品种的光合特性、光合同化物和叶片中叶绿体超微结构的昼夜变化, 明确光强对大豆叶片结构和同化物积累的影响, 了解品种间差异, 以期为提高大豆产量、改善大豆品质提供理论依据。以耐阴品种南豆12和敏感品种桂夏3号为试验材料, 分别设置CK (正常光照, 遮光度0)、A1 (一层黑色遮阳网, 遮光度10%)、A2 (两层黑色遮阳网, 遮光度36%) 3个不同光照强度。结果表明, 随着遮阴程度的增加, 2个大豆品种净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和生物量均呈逐渐降低趋势, 但胞间二氧化碳浓度、叶绿素b含量逐渐上升。同一大豆品种在相同处理下叶片蔗糖和淀粉含量昼夜变化差异显著。正常光照和A1处理下的大豆叶片蔗糖含量昼夜变化呈双峰曲线, 波峰分别出现在16:00和次日6:00, A2处理下南豆12蔗糖含量昼夜变化呈单峰趋势, 峰值出现在16:00, 为32.80 μg g ^-1。淀粉含量昼夜变化呈单峰曲线, 最高值均出现在21:00, 且耐阴品种大豆在A2处理下蔗糖和淀粉含量日变化幅度大于敏感品种大豆。大豆叶片超微结果表明, 弱光处理下大豆叶片叶绿体结构完整, 无破碎现象, 相同品种在同一处理下淀粉粒与叶绿体截面积比值昼夜变化显著, 均呈先增加后降低的变化趋势, 耐阴品种变化幅度大于敏感品种, 最大值均出现在21:00。因此, 随着遮阴程度增加, 大豆叶片生物量积累减少, 光合作用降低, 但耐阴品种在适度遮阴下通过调节光合器官结构的昼夜变化而保持良好的光合作用, 以更好地适应荫蔽环境。     

套作荫蔽对苗期大豆叶片结构和光合荧光特性的影响

间套作系统中荫蔽是影响低位作物生长发育的主要因素。本研究采用玉米-大豆套作种植模式,以南豆12大豆品种为研究对象,设置2个行比配置,即1∶1(A1处理;1行玉米间隔1行大豆,间距50 cm)和2∶2(A2处理;2行玉米间隔2行大豆,玉米和大豆各自的行距均为40 cm,玉米和大豆间距为60 cm),净作大豆为对照(CK),研究玉米和大豆不同行比套作配置下荫蔽对大豆叶片光合荧光特性、解剖结构及超微结构的影响。结果表明,套作处理A1、A2的光合有效辐射(PAR)分别比CK显著降低91.2%、66.8%。叶绿素a含量分别降低50.2%和27.9%,净光合速率分别降低63.2%和37.8%。套作大豆功能叶片荧光参数F_v'/F_m'和F_q'/F_m显著高于净作大豆,而F_v/F_m、qP和NPQ低于净作。对于叶片结构,套作大豆叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度均低于CK,且净作大豆叶片厚度分别是A1和A2处理下的2.15倍和1.69倍;套作大豆叶片的叶绿体结构比较完整,无破碎现象,含淀粉粒稀少,随着荫蔽程度的加重,嗜锇颗粒、基粒片层和基质片层增多,叶绿体减小但其数目增多,而净作大豆叶片叶绿体中淀粉粒较多且色泽亮白,基粒片层和基质片层稀少。因此,玉米-大豆套作种植中不同行比配置导致低位作物大豆冠层光环境差异,直接影响大豆叶片结构特征和光合荧光特性。     

不同宽窄波段组合的光谱参量对夏玉米穗位叶氮素含量估测

【目的】利用敏感波段构建适宜的植被指数,对于提高光谱技术诊断作物营养状况的精确度具有十分重要的意义。【方法】采用单因素随机区组设计的方法,通过设置5种不同施氮处理,研究夏玉米在吐丝期穗位叶光谱反射率与氮素含量的关系,进而比较了前人的植被指数与构建的8种不同形式宽窄波段组合植被指数的优越性,并对构建的氮素含量估测模型进行精度验证。【结果】穗位叶原始光谱反射率在近红外波段(700～1000 nm)随施氮量增加而升高,与氮素含量的变化表现一致;一阶导数光谱的红边位置随施氮量增加依次为698、703、709、714和714 nm,出现"红移"现象;利用氮素敏感波段构建宽窄波段组合的植被指数与叶片氮含量进行相关性分析,优于前人所采用的植被指数;植被指数[R(800-900)-R(692-729)]/R711和植被指数[R(800-900)+R(650-670)]/R711构建的乘幂函数估测模型检验精度较高,R~2和RMSE分别为0.92和0.09。【结论】利用氮素敏感波段构建的宽窄波段组合植被指数,提高了光谱参量与氮素含量的相关性,可以实现对夏玉米吐丝期氮素营养的诊断。     

玉米大豆行比配置对套作大豆生长、物质分配及系统产量的影响

【目的】研究玉米大豆行比配置对大豆生长及产量的影响。【方法】以玉米/大豆套作种植为研究对象,以净作大豆为对照(CK),设置1∶1(A)和2∶2(B)玉米大豆行比配置,研究不同处理下大豆在五节期(V5)、始花期(R1)和始荚期(R3)的形态特征、物质分配规律及产量形成。【结果】在大豆V5期,在不同配置下,各处理间大豆形态和地上生物量差异显著(P0.05),处理A和处理B下的大豆株高分别比CK显著增加78.99%、65.28%。处理A的大豆干物质中茎分配率显著高于CK和处理B,叶、柄的干物质分配率最低,而CK处理下大豆叶、柄的分配率最高。在R1期,与CK相比,处理A的茎粗、单叶面积、第一节间长、分枝数和生物量处理间存在差异显著,株高与CK差异不显著(P0.05),玉米收获后,处理A的大豆干物质在茎的分配率从49%降到34%,且干物质在叶中的分配率升高。在R3期,与CK相比,处理B的株高增加了13.25%,但未达到差异显著水平。通过最终产量比较,处理A、B下的大豆产量分别比CK显著降低54.43%和15.85%,主要是由于大豆植株分枝数和荚粒数的下降。【结论】在玉米大豆套作种植中,与CK相比,处理B(2∶2)的空间配置是玉米大豆增产增收的关键。     

光强和光质对大豆幼苗形态及光合特性的影响

【目的】玉米大豆带状套作种植模式下荫蔽是影响大豆生长发育的重要因素之一,而荫蔽包括光强的降低和光质的改变,通过分析不同光环境下大豆形态、光合生理参数,以期为揭示光强和光质对大豆生长发育的调控提供理论依据。【方法】以南豆12为试验材料,在人工气候室盆栽种植条件下,设置4个光环境：A1处理（正常光照+远红光;光强不变,红光和远红光比值降低）,A2处理（弱光+远红光;光强降低,红光和远红光比值降低）,A3处理（弱光;光强降低,红光和远红光比值不变）,CK对照（正常光照;光强不变,红光和远红光比值不变）,分析大豆幼苗形态及光合生理参数对不同光环境的响应。【结果】在光强不变,红光和远红光比值降低条件下,与CK相比A1处理大豆株高和生物量增加,根系长度、根系表面积、根系体积下降,类胡萝卜素含量显著下降,净光合速率增加,实际光化学量子效率降低,而非光化学猝灭系数差异不显著（P＞0.05）;与A3处理相比A2处理大豆株高降低,茎粗增加,生物量增加9.8%,叶绿素a和总叶绿素含量分别增加了5.68%和2.83%,而叶绿素b含量降低了6.48%,净光合速率最大光化学量子产量、非光化学猝灭系数、有效光化学量子产量显著增加,根系特征差异不显著（P＞0.05）。在光质不变,光强降低的条件下,与A2处理相比,A1处理大豆株高显著降低,根系长度、根系表面积和根系体积显著增加,生物量增加了62.87%,其中A1处理下叶片生物量占整个植株的54.96%,而A2处理下茎秆生物量占整个植株的52.08%,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量增加,净光合速率增加了16.22%,叶绿素荧光参数差异不显著（P＞0.05）;与CK相比,A3处理大豆株高显著增加,而茎粗、根系长度、根系表面积和根系体积显著降低,生物量显著减少了61.09%,其中A3处理下茎秆生物量积累增加,叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别增加了29.41%、4.17%、41.51%,净光合速率和实际光化学量子效率显著下降（P＜0.05）。【结论】光强直接影响大豆形态建成和物质积累,而低的红光和远红光比值显著提高大豆光合速率,促进物质的积累。