株型对冬小麦冠层叶面积指数与植被指数关系的影响研究

利用PROSAIL模型和地面实测数据分别探讨了冠层株型特征对建立VIs-LAI拟合模型的影响,并基于Beer定律分析了消光系数KVI随株型的变化特征,其中共考虑了3种株型品种(披散型、中间型、紧凑型),VIs则选用了增强型植被指数(EVI)、归一化植被指数(NDVI)以及比值植被指数(RVI)。结果表明,不同VIs与LAI间的相关性程度会受到株型特征的影响,而同一株型内部VIs与LAI的相关性较混合株型好。不同植被指数比较,EVI-LAI相关关系受株型的影响较大,划分株型后其复相关系数R2可提高30%以上;而NDVI-LAI相关关系受株型的影响较小,并且这种影响仅在LAI<3时略有表现,可能与NDVI在较高LAI时的饱和有关;RVI-LAI相关关系对株型变化的反映则稍强于NDVI,且当株型趋于紧凑型时,其拟合模型有从指数型向直线型转化的趋势。此外消光系数KVI会随株型趋于紧凑而降低,3种植被指数的消光系数符合:KNDVI>KEVI>KRVI。     

光谱数据与冬小麦叶绿素密度的相关性研究

分析2006年栾城试验站不同氮素水平下冬小麦的多时相的群体光谱测量数据和相应叶片叶绿素密度的测量数据，发现：冬小麦的群体光谱的导数光谱数据、红边光谱数据，归一化植被指数NDVI和比值植被指数RVI与叶绿素密度具有很好的相关关系，并且选取样本建立了相应的回归方程。以回归方程作为叶绿素高光谱估算模型，并利用检验样本对估算模型进行检验，结果表明，以745nm处一阶导数光谱值、733nm处二阶导数光谱值和红边振幅为变量的模型可以较好的估算叶绿素密度。     

不同土壤水分处理对冬小麦根冠生长的影响

通过温室冬小麦不同水分处理(土壤含水量分别为田间持水量的75%～100%,65%～55%,35%～45%)盆栽试验,研究了冬小麦根冠对水分的响应。试验结果表明:不同供水量并不影响冬小麦根系、冠层干物质累积过程的总趋势,但随胁迫的增强,根、冠干物质累积速率、干物质累积总量降低,且二者并不呈线性相关关系;根冠比(R/S)随胁迫的增强而增大;水分供应量的减少缩短了冬小麦的生育周期,随胁迫的增强,根冠生物量最大值出现的时间提前;充分供水的处理则有最大的根冠比(R/S)。这可能是由于水分胁迫发生,大量的同化产物运往根系,分配于根系的同化干物质增加,调整了根系的结构,改善其功能以增大水分的吸收量,缓减植株由于缺水造成的损失,导致根系干重增加,根冠比增加。对于供水超过75%的植株,根冠比达到所有处理的最大,可能原因为过量水分促使庞大根系的建成,从而消耗较多的同化产物,使根重增加,冠重减少。     

关中地区不同营养状况冬小麦光谱特性初探

通过田间试验、室内分析测试,系统研究不同N、P水平冬小麦叶片的反射率、叶绿素含量,及其相互关系。结果表明:①施氮增加冬小麦叶片叶绿素作用明显,磷肥对叶绿素含量的影响不明显;②在可见光波段,随施氮量增加反射率下降,在近红外波段则相反。不同施磷水平下反射率差异不明显;③N4营养条件下可见光波段反射率拔节期<灌浆期<抽穗期,P2营养条件下可见光波段反射率灌浆期<拔节期<抽穗期;④叶绿素含量与反射率之间在施用氮肥时显著相关,在施用磷肥时其相关不显著。     

喷灌条件下冬小麦冠层温度的试验研究

研究了喷灌条件下冬小麦冠层温度在不同土壤水分条件下的变化规律及其随作物生长发育期的变化状况。结果表明．在喷灌条件下,冠层温度的变化规律同普通灌溉的变化规律基本相同。当灌水量达一定程度后,冠层温度不再下降,反而呈现上升趋势;土壤水分对冠层温度的影响程度相对减小,不为主要决定因子;对于冬小麦．．当灌溉量增加到一定程度时,反而不利于冬小麦的生长,水分利用效率也下降,在灌足底墒水和返青、拔节期均灌溉的情况下,小麦生长期间每次灌水量不宜过大,以每次灌水量不超过300m^3／hm^3为宜。     

半干旱黄土区不同施氮水平冬小麦产量形成与氮素利用

在黄土高原南部旱地,采用田间试验研究了氮肥用量对冬小麦生长、产量及氮素累积和吸收利用的影响,确定不同施氮量条件下,冬小麦生长后期地上部干物质和氮素向籽粒转移的差异,明确合理的氮素用量。供试土壤在有效氮缺乏,肥力中等偏下。试验设不施氮(N1),每公顷分别施80,160和240 kg N(分别以N2,N3和N4表示)。试验期间分期测定了地上部及各器官(茎叶、穗、颖、籽粒)生物量的变化和吸氮量变化。结果表明:氮肥用量合适,小麦增产效果特别突出,每公顷施80 kg N,每kg N增产小麦籽粒33 kg,几乎达最大增产值。小麦由氮肥中吸收的氮素远高于由土壤中吸收的氮素。随施氮量增加,同一生育期小麦植株含氮量升高,而后期降低幅度增大;吸氮量显著增加,至灌浆期或收获期达峰值。施用氮肥对后期籽粒氮素累积有十分重要的作用,籽粒累积的氮素大部分来源于生长前期累积在营养体中氮素在灌浆期间的转移。从氮素效率和氮对环境影响来看,每公顷施用80kg N是最佳选择。     

多植被指数组合的冬小麦遥感估产方法研究

为了提高大面积冬小麦农田产量快速估算的准确率,选取Landsat 8 OLI卫星遥感数据,计算归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI、绿度植被指数GVI、增强植被指数EVI,分别建立4种植被指数组合与地面冬小麦实测产量的回归方程或神经网络和SVM模型。结果表明:单植被指数的非线性回归方程估产精度高于线性回归方程,冬小麦实测产量与遥感植被指数表现为非线性关系;线性回归方程估产时多植被指数组合精度高于单植被指数,多植被指数组合可实现信息互补,提高遥感估产精度;建立多植被指数组合与实测产量的非线性遥感估产模型时,SVM模型的均方根误差RMSE为339.6kg·hm~(-2),决定系数R~2为0.7852,估产精度高于BP神经网络模型、RBF神经网络模型,可应用于冬小麦遥感估产的快速、准确实现。     

施氮对关中地区冬小麦农田土壤呼吸的影响及基于植被指数的估算模型

为探寻不同施氮量对农田土壤呼吸（R_S）的影响并快速准确估算R_S,以关中地区冬小麦为研究对象,观测了5种施氮量下冬小麦农田R_S的变化,研究了环境因子（土壤温度、土壤湿度）及作物因素（叶面积指数、地上部生物量、SPAD值）对于R_S的影响,建立了适用于关中地区土壤温度与植被指数下的农田土壤呼吸估算模型。设置秸秆还田下的5种施氮量处理,分别为传统施氮量SN200（200 kg·hm^-2）、优化施氮量SN150（150 kg·hm^-2）、60%优化施氮量SN120（120 kg·hm^-2）、50%优化施氮量SN100（100 kg·hm^-2）以及不施氮肥SN0（0 kg·hm^-2）。结果表明：不同施氮量下R_S随生育期推进均表现为先升高再降低的趋势,同时添加氮肥促进了R_S排放。各处理观测期内R_S的均值为：SN200（3.68 μmol·m^-2·s^-1）>SN150（3.40 μmol·m^-2·s^-1）>SN120（3.06 μmol·m^-2·s^-1）>SN100（2.70 μmol·m^-2·s^-1）>SN0（2.21 μmol·m^-2·s^-1）。不同施氮量下冬小麦冠层近红外波段反射率在拔节期和抽穗期差异明显,反射率从高到低依次为SN200>SN150>SN120>SN100>SN0,而在灌浆期和成熟期差异不大。土壤温度显著影响了R_S（P<0.01）,土壤湿度与R_S没有显著相关关系（P0.05）。叶面积指数、地上部生物量、SPAD值和植被指数均与R_S呈显著相关关系（P<0.05）。通过多种模型评估,建立基于植被指数和土壤温度的最佳农田土壤呼吸估算模型,显著高于基于土壤温度的单因子模型,模型精度可达到0.6以上（n=120）。     

局部根区水分胁迫下钙对冬小麦生长及养分吸收的影响

以小偃22为材料,采用Hoagland营养液进行分根培养试验,研究了局部根区水分胁迫下,钙对冬小麦幼苗生长及养分吸收的影响。设置2个钙水平处理(正常供钙和不供钙)、3种水分处理(正常水分、局部根区水分胁迫和全部根区水分胁迫),共6个处理。结果表明:不论是否水分胁迫,缺钙处理冬小麦幼苗的株高、主根长、生物量、叶绿素相对含量(SPAD值)、相对含水量及地上部N、P、Ca含量和根系N、P、K、Ca含量均显著低于正常供钙处理(P0.05)。正常供钙条件下,局部根区水分胁迫使株高增加4.4%,正常水分、局部根区水分胁迫和全部根区水分胁迫的植株生物量分别为1.54、1.66 g·株-1和0.97 g·株-1,比缺钙处理分别高19.4%、25.8%和4.3%;全部根区水分胁迫下,冬小麦的株高及主根长均显著降低。缺钙条件下,植株对N、P、Ca等养分的吸收显著降低。正常供钙条件下,正常水分、局部根区水分胁迫和全部根区水分胁迫处理地上部全氮含量分别为36.54、36.65g·kg-1和32.70 g·kg-1,比缺钙处理分别高9.5%、6.5%和6.9%;全磷含量分别为7.48、7.51 g·kg-1和6.54 g·kg-1,比缺钙处理分别高3.0%、13.1%和22.7%;全钙含量分别为8.35、8.37 g·kg-1和5.53 g·kg-1,比缺钙处理分别高26.5%、24.4%和19.7%。结果说明钙显著影响冬小麦幼苗生长发育和养分利用,钙可促进局部根区水分胁迫下冬小麦幼苗的生长及其对养分的吸收,缓解全部根区水分胁迫的抑制效应。     

基于同化叶面积指数和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

应用数据同化方法将遥感信息与作物生长模型融合,是估测区域作物产量的重要方法之一。以2008—2014年越冬后的冬小麦为研究对象,选择与作物长势、产量及水分胁迫信息密切相关的叶面积指数(LAI)和条件植被温度指数(VTCI),采用粒子滤波算法对CERES-Wheat模型模拟和遥感数据观测的LAI和VTCI实施同化,分别基于观测LAI和VTCI、同化LAI和VTCI构建冬小麦单产估测模型。结果表明,同化LAI变化趋势更加符合关中平原冬小麦的实际生长状况,同化VTCI能更好地反映冬小麦的水分胁迫程度。应用观测LAI和VTCI构建的估产模型决定系数为0.402,而单独应用LAI或VTCI单变量构建的估产模型决定系数分别为0.279和0.339,说明应用LAI和VTCI双变量构建的估产模型的精度优于单独应用LAI或VTCI单变量的精度。相比于观测LAI和VTCI构建的估产模型,基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的决定系数从0.402提高到0.547。表明基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的精度明显提高。     

不同基因型小麦NDVI值与产量的关系

在旱地保护性耕作条件下,以11个不同基因型小麦(Triticum aestivumL.)品种为材料,研究了植被归一化指数(NDVI,Normalized difference vegetation index)与产量构成和抗旱性的关系。结果表明,不同基因型小麦各生育期的归一化植被指数(NDVI)存在显著性差异;小麦抽穗期NDVI值与其干旱产量指数呈正相关,抽穗期NDVI值较高的小麦品种其干旱产量指数也较高;本试验条件下,石麦15、石家庄8号和烟Blu6439三个小麦品种的干旱产量指数较高。     

不同年代主栽冬小麦品种蜡质含量与生理指标的关系

为明确不同水分处理下不同年代主栽冬小麦品种在生育后期蜡质含量与主要生理指标的关系,选择建国以来河南中北部麦区不同年代主栽的6个冬小麦品种为试验材料,设置三个水分处理：W0,返青后不灌水;W1,拔节期灌水;W2,拔节和灌浆期分别灌水,研究了不同灌水下灌浆期冬小麦旗叶蜡质含量、气体交换参数以及籽粒产量和水分利用效率等指标变化。结果表明：旗叶表面蜡质含量与光合速率、蒸腾速率、叶水势和籽粒产量极显著负相关,与叶片温度呈极显著正相关,与叶片WUE和产量水平WUE相关不显著。在品种更替过程中,冬小麦旗叶蜡质含量先增加后降低,20世纪70—80年代品种蜡质含量最高,比其它年代品种高14.4%～86.9%,而籽粒产量比90年代后品种降低6.6%～23.0%,叶片WUE比其它年代品种降低11.8%～17.9%,产量水平WUE比90年代后品种降低6.8%～22.0%。水分胁迫增加了旗叶表面蜡质含量,使得旗叶光合速率降低,CO₂同化作用减弱,同化产物输出减少,最终引起籽粒产量降低。     

黄淮冬麦区小麦品质性状与产量性状的关系研究

以国家小麦区域试验参试品种为材料，研究了黄淮冬麦区小麦产量性状与品质性状的关系。研究表明：产量与容重、硬度、出粉率和面团流变学特性等品质性状无显著负相关性，因此，高产与上述品质性状可以较容易达到同步改良；产量与蛋白质含量和沉淀值多呈显著或极显著负相关性，提高产量可能会导致这些品质性状变劣，但在某些试验点和在某些品种中，它们无显著负相关性，甚至还表现出一定的正相关性；千粒重、穗粒数和穗粒重等产量性状与多数品质性状呈负相关，单株产量和单位面积穗数与多数品质性状呈正相关或极微弱的负相关，因此初步认为，在高产、优质育种中，侧重于单株产量和单位面积穗数的选择，有可能会协调高产与优质间的矛盾；面团流变学特性和产量性状间元显著矛盾性，较易同步改良。     

冬小麦叶片形状系数的变异性

研究了2014-10—2015-06生长季内6个不同熟性冬小麦品种全生育期内叶片形状系数的变化规律,将小麦生育期划分为出苗、返青、拔节、抽穗、开花、成熟等6个不同生长阶段,依次采样计算各个阶段的α均值,同时考虑α值在单个植株不同叶片之间的差异,以及不同冬小麦品种之间的差异。结果表明:α值总体在0.59到0.71之间,随冬小麦生育期的变化而变化,自苗期到开花期波动增大,开花后缓慢下降;在单个植株之内,α值变异性较大,开花期最为稳定,开花后变异性增加;不同熟性冬小麦品种之间,α值在拔节、抽穗和开花期表现出显著差异,而在出苗、返青和成熟期,差异不显著。因此,建议最好在不同的作物生长阶段采用不同的叶片性状系数,以提高叶面积模拟和预测精度。对全生育期3种熟性6个冬小麦品种的1 485个叶片的面积和长宽乘积进行线性回归分析,可知总体的冬小麦叶片形状系数值约为0.66。以叶面积模型LA=0.66×L×W来估算冬小麦叶片面积,其总体的相对均方根误差(RRMSE)约为4.40%,绝对相对误差(absolute relative error,ARE)约为13.05%,在5种不同叶面积估算模型中精度最高,因此推荐该模型用于估算田间小麦叶片面积。     

冬小麦综合干旱评估指标建立及应用

为提高冬小麦干旱监测和定量灾损评估的准确性,以半干旱黄土高原陇东地区为例,利用15个冬小麦种植县1965—2020年逐日降水资料、MCI指数,1978—2020年冬小麦产量资料、干旱灾情资料,以及1981—2014年生育期观测资料,探索建立冬小麦干旱灾损评估新指标WDI,以因旱减产率和干旱指标之间的关系参考历史灾情确定等级阈值,基于WDI分析陇东地区冬小麦干旱时空分布特征。结果表明：WDI在评估干旱对冬小麦产量影响方面优于气象干旱指数;从3个代表站WDI年际变化看,环县波动幅度最大且数值最小,其次是西峰,处于阴湿地区的华亭波动幅度最小且数值最大。20世纪90年代初至21世纪初波动最剧烈。从年代变化看,20世纪90年代全生育期、拔节~开花期WDI平均值分别为-10.6、-5.4,为各年代最低,处于干旱期;21世纪10年代WDI平均值则分别为4.4、2.6,为各年代最高,处于相对湿润期。在空间分布上,干旱频率由东南向西北增大,重度以上干旱主要发生在陇东西部和中北部。冬小麦全生育期、拔节~开花期轻中旱发生频率分别为34%~52%、41%~57%,重度以上干旱频率均为4%~18%,评估结果与历史实况基本一致。WDI兼顾气象学与生物学意义,能较好表征冬小麦产量损失、干旱时空特征分析,可用于冬小麦干旱监测和评估业务。     

滴灌棉花叶绿素荧光参数与棉花生长指标反演模型研究

以新陆早58号为试验材料,分析顶二叶荧光参数与叶绿素含量、植株群体叶面积指数及地上部生物量随生育进程和不同施氮量的变化规律,确定荧光参数与生长指标的关系,构建出基于叶绿素荧光参数的滴灌棉花生长指标反演模型。结果表明：棉花顶二叶叶绿素荧光参数F_v/F₀、F_v/F_m、F₀、F_m随棉花生育进程的推进逐渐降低;植株群体叶面积指数、地上部生物量与顶二叶荧光参数F₀、F_m、F_s、F₀′、F_m′呈极显著相关,相关系数在0.84以上;叶绿素含量与荧光参数F_v/F_m、F_v′/F_m′相关性较好,相关系数在0.710~0.877之间,模型的决定系数均在0.5以上;类胡萝卜素含量与F_v′的相关性最好,相关系数为0.892。在构建的叶绿素荧光参数与棉花生长指标的反演模型中,荧光参数F_m与植株地上部生物量的模型（y=186.17e^{-0.001x）精度最好,决定系数达0.907。利用荧光参数构建的模型可对滴灌棉花顶二叶叶绿素含量、群体叶面积指数及地上部生物量进行估测。}     

华北平原不同灌水条件下两冬麦品种土壤水分动态与产量差异

采用LSD法对华北平原不同灌水条件下(设4个水分处理:0水、1水、2水和3水)两品种(科麦一号和石家庄8号)冬小麦田土壤水分动态变化进行了观测,并对产量、产量构成要素及其生态指标进行了定量分析,以探讨品种间的差异.研究发现:所有灌水处理0～140 cm土层土壤水分变化较大,而0水处理的0～40 cm和80～140 cm土层含水量变化比较活跃,其幅度低于灌水处理.品种间相同水分处理的土壤含水量变化趋势一致,除1水处理科麦一号变幅较大外,其他3个处理均以石家庄8号变幅较大.科麦一号与石家庄8号均以3水处理的产量最高,比0水处理分别增产44.44%、42.88%,但由于该处理灌水充足,小麦相对晚熟耗水量大,致使收获前土壤含水率急剧下降.在各水分处理中,产量构成要素穗数皆以3水最高;穗粒重皆以1水最高(两个品种穗粒重1水与2水差异不显著);千粒重皆以0水最高.穗粒数以1水最高.收获指数皆以0水最高.科麦一号对水分较为敏感,但耗水量明显小于石家庄8号.要达到经济高产的目标,科麦一号灌2水较为合适,石家庄8号需灌3水.