不同氮水平下棉花冠层NDVI分析与产量估测

以2011—2013年连续3个棉花生长季的田间试验数据为基础,利用GreenSeeker获取冠层归一化差值植被指数(NDVI),研究不同氮营养条件下棉花的产量变化、冠层NDVI值随施氮量和生育期的动态变化,以及NDVI与产量的相关性定量分析,建立基于NDVI的棉花产量估算模型。结果表明,生育期冠层NDVI值总体上呈"低-高-低"变化趋势。棉花4个生育期(盛蕾期、花期、盛铃期和初絮期)的NDVI值与产量的相关系数(r)分别为0.7137、0.847 9、0.897 9、0.692 6,在花期(P=0.003 4)、盛铃期(P=0.000 8)达到极显著正相关。经验证,NDVI能够估测关键生育期的产量,其中以盛铃期预测精度最高(R2=0.908 2,RSME为301.67 kg/hm2,RE为5.15%)。     

棉花不同水氮组合NDVI的差异性及产量效应研究

为建立最优水氮组合提供参考,设置4个氮肥处理、3个水分处理的大田试验,随机分组,分析了棉花不同水氮组合NDVI和棉花生长状况的差异性,建立以产量为因变量的水肥模型。结果表明,不同水氮组合的棉花冠层NDVI变化都呈"低-高-低"趋势。施氮量对棉花冠层NDVI的影响大于灌水;依据建立水氮效应的产量模型确定的最高施氮量和灌水量分别为298.47 kg/hm2和3 698.75 m3/hm2,理论棉花产量为6 597.02 kg/hm2。因此,合理的水氮组合既能减少水肥浪费,又能提高棉花产量。棉花冠层NDVI能够很好地反映棉花生长状况,可替代传统方法获取棉花生长指标。     

基于GNDVI指数的土壤—水稻冠层变量施氮决策方案研究

氮肥的合理施用是水稻增产增收的关键所在。氮肥施用不当不仅会导致水稻分蘖期植株过分生长、成熟期倒伏、产量降低,还将会对农田土壤及周边环境造成污染,破坏土壤养分结构,因此提出一种变量施加氮肥的决策方案精准投放氮肥。利用紫外分光光度法对土壤中氮素含量进行测量,分析土壤中氮元素含量;测量水稻叶片SPAD值映射冠层氮素含量,利用无人机搭载光谱相机采集冠层光谱图像信息,择优选取相关性最强的绿色归一化植被指数GNDVI,并构建其与SPAD关联模型,进而构建水稻冠层氮素含量模型,提出水稻变量施氮决策方案。试验分析发现该决策方案提高氮肥利用率,水稻产量同比提高7.2 t,经济效益提升8.39%。利用该决策方案对目标地块实施变量施氮,提高经济效益同时为农业的可持续发展提供有效保障。     

便携式作物氮素监测仪性能水稻田间测试

设计了2个品种和4个施氮水平的水稻田间试验,采用自行研制的便携式作物氮素监测仪获取各关键生育期的水稻冠层反射光谱信息,并实施田间协同取样和实验室氮素含量测定。通过分析水稻叶片氮含量与冠层光谱反射率及植被指数之间的相关性和定量关系,测试并评价便携式作物氮素监测仪的工作性能。结果表明,便携式作物氮素监测仪具有优异的氮素监测效果和优良的田间工作性能,在其所具备的4个特征波段中,660、710和810nm单一波长的光谱反射率与叶片氮含量的相关性均大于0.5,并全部通过0.01水平的极显著检验;在各生育期中,所有双波段光谱植被指数与叶片氮含量的拟合系数均大于0.7,并以开花期和成熟期的拟合系数（大于0.83）为最高;对全生育期的整体分析表明,归一化光谱指数NDVI（810,710）和NDVI（710,546）与叶片氮素含量的决定系数分别达到了     

沙漠绿洲地区膜下滴灌棉花产量和氮素利用的水氮耦合效应

研究施肥量和灌水量对膜下滴灌模式棉花氮素利用效率(NUE)的水氮耦合效应的影响。试验设置1带4行、2带4行、2带6行3种滴灌模式,灌水量和施氮量采用二次通用旋转组合设计,进行大田小区膜下滴灌棉花试验。结果表明,1带4行灌水量对棉花产量的影响大于施氮量,2带4行和2带6行施氮量对棉花产量的影响大于灌水量。3种滴灌模式棉花产量与灌水量呈显著正相关。棉花产量与施肥量,1带4行呈显著的正相关,2带4行在施氮量为27.6~69.0 kg/hm2呈负相关,施氮量为69~94.2 kg/hm2呈正相关。2带6行施氮量为27.6~55.2 kg/hm2呈正相关,施氮量为55.2~94.2 kg/hm2呈负相关;灌水量和施肥量对棉花氮素利用效率的影响,3种模式均为施氮量大于灌水量。氮素利用效率与施氮量的关系,1带4行和2带4行在施氮量为27.6~82.2 kg/hm2呈负相关,施氮量为82.2~94.2 kg/hm2呈正相关,2带6行呈负相关。3种滴灌模式氮素利用效率与灌水量呈正相关;根据不同滴灌模式对水氮耦合效应,建立以棉花产量、NUE为目标的不同滴灌模式水氮管理策略。     

甘啤大麦氮素运移模型模拟试验研究

以甘肃啤酒大麦甘啤4号、甘啤6号和甘啤7号为材料,在2013~2015年进行田间正交试验,研究以75kg/hm2、150kg/hm2和225kg/hm2施肥量,以生育期不灌水、底墒水+拔节水、底墒水+拔节水+开花水等施水量对3个大麦品种氮素吸收、累积及氮素贡献率的影响。试验结果表明:施用氮肥可显著提高大麦的籽粒和秸秆产量,但是过量施用对籽粒和秸秆增产不明显。同一生育期,叶片和茎鞘的氮素含量随着施氮量增加而提高。施氮量影响氮素的转运效率,当施氮量增加时氮素运转效率呈现先增后减的趋势。在大麦生育期增加灌水量和灌水次数能够提高籽粒产量,随着灌水量增加,营养器官累积氮素向大麦籽粒的转运量和转运率均呈现先增加后减少的趋势。本试验条件下,甘啤大麦合理施肥量为150kg/hm2,同时在大麦生长过程中灌底墒水和拔节水对大麦生长最有效。     

烤烟冠层光谱参数与氮素垂直分布相关性研究

研究烤烟地上部氮积累量垂直分布与冠层光谱参数的定量关系,以明确冠层不同叶层尤其是中、下层叶片对光谱的贡献,构建基于光谱指数的烤烟不同叶层及其组合氮素积累量的反演模型.针对不同施氮水平下烤烟进行大田试验,于不同生育时期采集田间冠层光谱数据并测定植株不同器官及时层生物量和氮含量.对不同叶层及其组合氮素积累量与多个光谱参数进行相关分析,结果表明:植被指数RVI(810,680)可以有效反演烤烟植株中层、上中层、上中下层氮素积累量;红边振幅(DλRed)可有效反演下层、中下层氮素积累量,说明利用光谱参数反演烤烟植株氮素积累量及中下层氮素积累量是可行的.     

基于无人机多光谱遥感的夏玉米冠层叶绿素含量估计

为探讨利用无人机多光谱遥感影像监测夏玉米冠层叶绿素含量的可行性,基于2019年不同施氮水平下(0,105,210,315 kg·N/hm²)夏玉米多光谱遥感影像和田间实测冠层叶绿素含量数据,分析了不同施氮水平下夏玉米冠层叶绿素含量的变化规律,同时选取10种常用光谱植被指数与实测冠层叶绿素含量进行相关性分析,采用与实测叶绿素含量极显著相关的9种植被指数,构建了基于遥感光谱指数的夏玉米冠层叶绿素含量遥感监测模型,并通过精度检验确定最优估测模型.结果表明,施用氮肥能够提高夏玉米冠层叶绿素含量,过量氮肥不能持续提高叶绿素含量,同一施氮水平下不同追肥处理之间叶绿素含量没有明显差异.绿色归一化植被指数与叶绿素含量的相关性系数最高,达到了0.892.采用逐步回归分析方法建立的模型表现最优,决定系数为0.87,均方根误差及相对误差分别为0.15和2.68%.因此,无人机多光谱遥感结合逐步回归模型可以实现田间尺度的夏玉米冠层叶绿素含量的实时监测.     

基于临界氮浓度的滴灌棉花氮素营养诊断模型研究

在新疆滴灌棉田,选择新陆早45号作为试验材料,设置5个施氮水平(0、120、240、360、480 kg/hm2),研究滴灌棉花各器官氮素吸收分配规律及生物量和氮浓度的动态变化,并建立滴灌棉花的临界氮浓度稀释模型,确定临界氮营养指数,实现对滴灌棉花氮素营养丰缺程度的诊断。结果表明,滴灌棉花生物量随施氮量的增加而增加,氮浓度随滴灌棉花的生长进程而降低;滴灌棉花临界氮浓度与地上部生物量间符合幂函数关系,其相关系数为0.906。通过均方根误差RMSE对模型进行验证,验证结果表明,所得模型的模拟性能较好。基于临界氮浓度建立的氮素营养指数模型(NNI)可作为滴灌棉花氮素营养状况的判别指标,由氮营养指数得到滴灌棉花的适宜施氮量为240~360 kg/hm2。     

氮素胁迫下水稻高光谱特征研究

氮素是水稻生长发育的一种大量必需元素,需及时准确地监控水稻的氮营养状况。水稻的合理施肥对增产、优化品质、降低水污染具有重要意义。水稻营养状况遥感诊断技术具有简单、无损、快速等特点而得到各国专家的广泛研究和应用。本实验以方正水稻阳光4号品种为例,通过大田实验,利用高光谱遥感技术,采集6个施氮水平的水稻冠层水稻冠层图像,测定水稻冠层光谱反射率。结果表明:水稻冠层反射率与不同氮素含量有明显的相关性,从曲线图中可以定性区分出严重缺氮、正常施氮及过量施氮。下一步将结合光谱曲线找出诊断水稻氮素营养水平的敏感波段,为日后水稻冠层氮素营养诊断模型奠定基础。     

滴灌精准施肥装置棉田施氮配肥能力研究

在SPAD营养诊断氮素施肥模型基础上,确定滴灌棉花不同生育期的最佳施氮量;结合单次灌溉时间、轮灌区面积的相关研究,确定不同规格配肥盘的配肥时间。通过对比配肥盘单位时间配肥量与施肥量之间的关系,确定滴灌精准施肥装置的施氮配肥能力。结果表明:滴灌棉田单位时间施肥量只与单井出水量Q和特定棉花生育时期的施氮量Nd有关。该装置100、200、300 g 3个规格配肥盘无论在任何单井出水量情况下,都无法满足棉花全生育期追施氮肥的需要,400 g与500 g规格的配肥盘也只能满足特定单井出水量条件下的棉花追氮任务,并在此基础上对装置的优化与改进进行了阐述。     

全膜双垄沟集水条件下糯玉米氮肥高效运筹技术

以郑黄糯2号为材料,进行玉米追氮量、施用比例及缓释肥料施肥效果的研究。结果表明:在磷肥施用量相等的情况下,播前基施氮肥180 kghm2的处理产量最高,较基施氮肥90kghm2增产310%,与基施氮肥270 kghm2和225 kghm2的处理差异不显著,与其他处理之间差异极显著;分次施氮试验中以施氮量180 kghm2,基施、拔节期追施、大喇叭口期追施比例为8∶4∶0的处理为最佳,产量、氮肥效益为最高;缓释N肥肥效试验中,各个处理间在植株性状方面均比对照有不同程度的增长,在产量及经济效益上,总施氮量180 kghm2各种缓释氮肥的应用效果经济效益最高。      

灌溉和施氮策略对滴灌施肥棉花蕾铃脱落的影响

通过田间小区试验,研究了2种滴灌施氮策略(氮磷钾肥全部滴施、氮肥滴施磷钾肥基施)下3个灌溉定额(3 300、3 900、4 500 m3/hm~2)和4个施氮水平(150、225、300、375 kg/hm~2)对膜下滴灌棉花蕾铃脱落的影响。结果表明,2种施氮策略下,随生育期延长,棉花蕾铃脱落率逐渐增加,花铃盛期达到最高,花铃后期迅速降低。不同灌溉定额下,在中灌溉定额(3 900 m3/hm~2)下蕾铃脱落率最低;不同施氮处理条件下,低氮用量(150 kg/hm~2)时蕾铃脱落率显著增加,施氮量300 kg/hm~2时蕾铃脱落率均较低;灌溉定额和施氮量过低或过高均会造成蕾铃脱落率显著增加。在氮磷钾肥全部滴施的施氮策略下,理论上灌溉定额3 890.46 m3/hm~2、施氮量291.25 kg/hm~2时蕾铃脱落率可降至53.60%;氮肥滴施磷钾肥基施的施氮策略下,理论上灌溉定额3 805.24 m3/hm~2、施氮量288.76 kg/hm~2时蕾铃脱落率可降至49.12%。总体上,氮肥滴施磷钾肥基施施氮策略较氮磷钾肥全部滴施施氮策略具有较低的蕾铃脱落率。     

膜下滴灌水氮耦合对棉花生长和产量的影响

通过在5个试验点田间试验研究水氮耦合对棉花生长和产量的影响。研究结果表明:灌水对棉花生长的作用比施氮大,表现在棉花干物质积累量、养分的吸收和籽棉产量3个方面。灌水量、施氮量和产量耦合二元二次回归方程为:y=300+2.482W+4.384N-0.001067W×N-0.000267W2,回归分析表明灌水量和施氮量对棉花籽棉产量有促进作用,但灌水量和施氮量的交互作用是负效应,还说明过多的水肥投入并不有利于棉花增产。合理肥料投入有利于发挥灌溉的增产作用,最高产量为5999.98 kg/hm2时,全生育期中总灌水量和施氮量分别为4112.8 m3/hm2和270.47 kg/hm2。     

基于自动导航的小麦精准对行深施追肥机设计与试验

针对冬小麦返青期地表追施氮肥使氮素挥发导致肥料利用率低的问题,结合目前在小麦追肥过程中缺少深施氮肥作业装备的现状,进行了基于拖拉机自动导航技术实现精准对行深施氮肥的技术研究,设计了小麦精准对行精量深施追肥机。追肥机采用安装有自动导航系统的拖拉机牵引实现精准对行,以RTK-GNSS接收机测取的作业速度为基准,通过液压系统驱动排肥机构工作,双圆盘开沟器开沟深施,采用PID控制排肥轴转速与车辆行驶速度实现实时匹配,达到精量控制追肥量的目的。田间试验结果表明:设置目标追肥量为200 kg/hm2,车辆行驶速度为5 km/h时,追肥机能完成对行深施追肥作业,机具对行作业误差在±6 cm以内,追肥量偏差小于9%,可满足实际生产需求;对照撒肥机表层撒肥作业,每公顷减施氮肥25 kg左右,小麦每公顷增产486.5 kg左右。     

氮肥运筹对夏玉米氮素盈亏与利用的影响

基于2年田间试验,确立了尿素(纯氮0、80、160、240 kg/hm2,基追比为2∶3)和控释氮肥(纯氮0、60、120、180、240 kg/hm2,一次性基施)运筹下夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型,据此构建氮素吸收模型、氮素营养指数模型和氮积累亏缺模型进行夏玉米氮素营养诊断,并比较不同氮肥运筹的氮素利用效率。结果表明,夏玉米临界氮浓度与地上部最大生物量间符合幂函数关系。利用独立试验数据对模型进行验证,结果表明该模型可靠性较高(相对误差为0.46%~4.08%)。氮素营养指数模型和氮积累亏缺模型可用于诊断植株氮素营养并定量调控氮肥管理。尿素和控释氮肥的适宜施氮范围分别为160~174 kg/hm2和120~150 kg/hm2。与尿素相比,控释氮肥的氮肥利用率显著提高,获得理论最高产量时,可节省氮肥用量约14%。     

阿拉尔垦区棉花施肥灌溉现状调查及评价

在2007年对阿拉尔垦区施肥制度、氮肥种类、氮肥施用量、灌溉制度及棉花产量等进行调查分析,调查结果表明:调查区农户平均施氮总量达460 kg/hm2、平均施磷总量达127 kg/hm2;过量施氯磷普遍存在,分别有80%的农户过量施氮、有63.4%的农户过量施磷;施肥时间比较集中,基追比为2:1,单次追肥施氮量偏大;施氮量与棉花产量不相关,增加施氮不能增产.调查区农户单次灌水量普遍偏大,年总灌水定额达到7 300～10 200 m3/hm2.过量施肥和大水漫灌为N、P淋失提供了可能和运移载体,加上灌区偏沙性的土壤质地,得出淋移损失很可能是一个重要氮素损失途径的结果.     

水肥耦合条件下水稻株高及其与产量关系组成分析

黑龙江省宝清县进行水肥耦合试验,采用饱和D-最优设计,在水稻控制灌溉条件下,对氮肥、磷肥、钾肥、灌水量四因素对株高、产量的影响以及二者之间相关关系进行了研究。研究结果表明,不同生育阶段不同肥料对株高的影响不尽相同;在一定的程度上可以通过增加施肥量来增加株高和产量,但过度施肥使得株高过高会造成水稻倒伏和减产;最佳的株高和产量分别为96.82 cm和17 797.90 kg/hm2,相应的水肥用量为氮223.09 kg/hm2、钾63.74 kg/hm2、磷9.15 kg/hm2,土壤水分控制标准为饱和含水率的63.9%～83.1%。     

喷灌施氮对马铃薯氮素积累及土壤硝态氮影响

喷灌水肥一体化是提高中国东北半湿润区作物养分利用效率的重要措施.为探索圆形喷灌机水肥一体化条件下,施氮肥对马铃薯产量、氮素积累以及土壤硝态氮分布的影响,试验设置3个施氮量水平：115,165,215 kg/hm²(分别以F1,F2,F3表示);3个施氮频次：2,4,6次(分别以C2,C4,C6表示);选择传统沟施追肥作为对照区.结果表明：处理F2C6的马铃薯块茎产量和商品薯率均最高;相同施氮量条件下,马铃薯块茎氮素积累量随施氮频次增加而增加;相同施氮频次下,随施氮量增加,块茎氮素积累量先增加后减少;马铃薯块茎膨大期在相同施氮量条件下,20～40 cm土层的土壤硝态氮含量随施氮频次增加而减小.综合比较,建议黑龙江半湿润地区马铃薯种植采用中肥(165 kg/hm²)、高频次(追施氮肥6次)的喷灌水肥一体化方案.     

冬小麦精准追肥机专家决策系统

为了实现小麦生长过程中的实时变量追肥,研究了光谱数据处理策略及目标追肥量的计算模型,开发了基于近地光谱探测技术的实时变量追肥专家决策系统,结合小麦冠层归一化植被指数(NDVI)、追肥机实际行进速度和肥料反馈量,双通道独立控制施肥机构的转速和开度,从而实时调整追肥量,实现精准变量追肥。试验结果表明,专家决策系统的控制精度达到90%以上,可以满足精准追肥的要求;拔节期,变量追肥比定量均匀施肥增施氮肥28 kg/hm2左右;变量施肥有利于改善小麦群体结构,降低产量差异性。