不同氮营养水平与夏玉米光谱特性关系初报

【目的】揭示关中地区夏玉米叶面光谱特性与施氮量间的相关性,探索不同施氮水平下夏玉米叶片含氮量与叶绿素等生化指标及其光谱反射率特征。【方法】在田间设置不同施氮水平(纯氮施用量分为0,120和240kg/hm2)的试验小区,分别于喇叭期、抽穗期、吐丝期和乳熟期,采用FieldSpec光谱仪于室内标准光源下测定夏玉米叶片的光谱反射率,采用H2SO4-H2O2消煮,连续流动注射分析仪测定叶片氮含量,采用叶绿素仪测定穗位叶片的叶绿素含量,并对所得数据进行相关性分析。【结果】夏玉米叶片含氮量与叶绿素含量之间呈显著相关性,作物施氮水平对叶片的叶绿素含量及含氮量有直接影响;不同施氮水平下夏玉米叶面的反射波谱曲线趋势大致相同,均明显在绿波段(550 nm左右)有1个反射峰,在近红外波段(760~1 070 nm)有1个较高的反射率平台,在近红外波段(760~1 070 nm)处的反射率随氮肥用量的增加而提高,在可见光波段(400~760 nm)处的反射率则正好相反;在可见光波段,不同生长期玉米的叶面光谱反射率表现为乳熟期>抽雄期>喇叭口期>吐丝期,而在近红外波段其光谱反射率表现为乳熟期>喇叭口期>抽雄期>吐丝期;在可见光(400~760 nm)波段处,夏玉米不同生育期叶片的反射率与叶片含氮量及叶绿素含量呈负相关,而在近红外(760~1070 nm)波段处,除抽雄期外,其余生育期叶片的反射率与叶片含氮量及叶绿素含量均呈正相关,且相关性较为显著;高光谱遥感监测显示,关中地区夏玉米氮素营养水平的敏感时期分别是喇叭口期、吐丝期及乳熟期,敏感波段为可见光波段的500~720 nm和近红外区的760~1 070 nm。【结论】夏玉米的氮营养水平与叶面光谱反射率存在显著的相关性,利用高光谱遥感数据监测关中地区夏玉米的营养状况是可行的。     

基于高光谱优化NDVI值反演玉米叶片氮含量

为研究基于高光谱优化NDVI值在反演喇叭口期玉米叶片氮含量的可行性,使用Fiedspec3.0光谱仪和Greenseeker分别对不同施氮量下玉米叶片的光谱反射率和NDVI进行了测定,并对NDVI值进行了提取和优化,建立玉米叶片氮含量优化NDVI反演模型,对其反演精度进行验证。结果显示:优化NDVI值与NDVI测定值、玉米叶片氮含量均呈显著正相关(r=0.913 2,0.949 8),优化NDVI值对玉米叶片氮含量反演精度达到显著水平(r=0.908 1),反演精度高于NDVI测定值。优化NDVI值能通过群体的速测来决策玉米叶片的氮含量,为玉米进行氮营养诊断提供新的技术支持,具有重要的现实意义。     

基于光谱分析的玉米追肥关键期叶片氮含量检测方法

在玉米追氮关键期对其氮含量进行准确检测,是玉米减量施肥的重要举措。传统的全波段光谱分析法数据量大,氮含量检测数学模型建立困难。选取能够反映玉米叶片氮含量水平的特征波长,能够极大减小建模难度。针对玉米生长对氮含量特征波长变化影响,提出玉米追肥关键期叶片氮含量检测方法。将标准归一化、卷积平滑处理算法与连续投影算法相结合,提取了玉米拔节期、大喇叭口期及抽雄期3个追氮关键期的叶片氮含量光谱特征波长,为玉米追氮光谱检测模型建立提供了依据,并通过多元线性回归建立玉米叶片氮含量光谱模型,极大降低了算法复杂度。通过对比分析表明,采用本文提取的方法得到的特征波长,具有准确性强,均方根误差小,运算复杂度低的优势。     

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。     

利用高光谱技术估测小麦叶片氮量和土壤供氮水平

有效的监测作物氮素营养水平及土壤供氮能力可以为合理施用氮肥提供重要依据。本文以2 年3 点不同氮素水平下不同小麦品种的田间试验数据为基础,运用植被指数和偏最小二乘回归法,比较和分析小麦冠层光谱与叶片氮含量及土壤氮含量的关系。结果表明：小麦冠层光谱与叶片氮含量的相关性分析在可见光波段存在显著负相关,在近红外波段呈显著正相关,而与土壤氮含量的相关性呈相反趋势。基于光谱参数ND705 和GNDVI所建叶片氮含量估算模型的决定系数分别达到0.827 和0.826。基于光谱参数VOG2 所建土壤氮含量估算模型的决定系数达到0.646;与植被指数所建模型相比,综合350~1350 nm光谱波段反射率分别与小麦叶片氮含量、土壤氮含量建立偏最小二乘回归模型的预测精 度均有所提高,决定系数分别达到0.842 和0.654。本研究结果可为小麦氮素营养及土壤供氮水平的诊断监测与合理施肥管理提供了理论依据和技术支持。     

库尔勒香梨不同生育期叶片氮素光谱诊断研究

利用光谱仪(SVC HR-768)对树龄22年的库尔勒香梨叶片进行光谱反射率测定,采集并分析叶片全氮含量。采用逐步回归法分析库尔勒香梨叶片全氮含量与叶片原始光谱反射率、一阶微分光谱反射率的相关性,并建立叶片全氮含量估测模型。结果表明:不同生育期库尔勒香梨叶片光谱的敏感波段和敏感波长均有差异,依据敏感波长建立库尔勒香梨叶片全氮含量估测模型,并对其进行检验。确定基于光谱一阶微分模型Y=50.535X703-40.586可作为坐果期库尔勒香梨叶片全氮含量的最佳估测模型;基于原始光谱模型Y=0.856X769-29.233可作为膨大期库尔勒香梨叶片全氮含量的最佳估测模型;基于原始光谱模型Y=0.728X761-14.142可作为成熟期库尔勒香梨叶片全氮含量的最佳估测模型。不同生育期库尔勒香梨叶片全氮含量估测模型进行比较,坐果期估测模型的拟合效果更好,预测精度更高。     

芜菁营养生长期叶片光谱特性及对氮的敏感性

【目的】分析芜菁营养生长期叶片光谱反射率对N的响应,研究采用叶片光谱指数诊断N敏感时期,为新疆芜菁简便快捷的非破坏性N营养诊断提供最佳时间窗。【方法】利用Unispec-SC光谱仪测定不同芜菁幼苗期、叶片生长旺盛期、肉质根生长盛期、成熟期叶片的光谱反射率。【结果】芜菁营养生长期叶片光谱反射率波动取决于波长,在可见光波段的变异最小。芜菁营养生长期不同发育阶段光谱指数(ND₇₀₅)之间均存在显著差异(P＜0.05)或者极显著差异(P＜0.01)。【结论】叶片生长旺盛期为长黄蔓菁、新星圆蔓菁、美国小芜菁、天地禾芜菁氮素光谱营养诊断的敏感时期,叶片生长旺盛期与肉质根生长盛期为新星圆蔓菁(二代)氮素光谱营养诊断的敏感时期。幼苗期和成熟期可以作为区分几个品种芜菁氮素光谱营养诊断的敏感生育期。     

氮钾肥配施对辽东南地区玉米生长及氮素积累的影响

试验针对辽东南地区气候特点,设置二因素裂区试验,研究不同氮、钾肥配施对玉米生长特性及养分吸收规律的影响。结果表明:氮肥可有效延长叶片的功能期,减缓吐丝期至灌浆期LAI的下降幅度,下降幅度依次为N300(2.69%)N180(16.13%)N90(28.62%)N0(46.84%);植株氮素积累的2个主要阶段分别在大喇叭口期至吐丝期和吐丝期至灌浆期,N300、N180、N90和N0从大喇叭口期至灌浆期的氮素积累量分别占整个生育期氮素积累量的65%、63%、51%和60%;氮、钾肥对玉米产量、吐丝期和灌浆期的LAI及灌浆期和成熟期的氮素积累量有显著的互作效应;在辽东南地区,氮、钾肥通过促进玉米植株营养生长,提高群体的LAI和叶片叶绿素含量,增强群体光合能力的同时,还通过促进植株对氮、钾元素的吸收与利用,提高植株的氮素积累能力,从而实现玉米高产。     

基于高光谱的柑橘叶片氮素营养监测模型

以温柑为试材进行4个施氮水平的野外试验,于不同物候期取样测定叶片光谱反射率、叶片氮含量和叶片氮积累量,筛选叶片氮含量和叶片氮积累量的敏感光谱波段与最佳植被指数。结果表明,柑橘叶片氮素营养监测敏感光谱分别为514、630、633、690、814、868 nm。基于波长690、868 nm的双波段植被指数能够建立最佳的温柑叶片氮含量预测模型并具有良好的预测效果;基于波长514、868 nm的双波段植被指数能够建立最佳的温柑叶片氮积累量预测模型,且预测效果优于叶片氮含量的模型。     

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。     

棉花冠层反射光谱与叶片氮含量定量关系研究

对可见光波段至短波红外波段(350～2 500 nm)棉花田间冠层光谱反射率与叶片含氮量间的关系进行了相关分析.结果表明,350～732、733～940和1 970～2 477 nm波段的光谱反射率与叶片含氮量极显著相关;940～1 176 nm波段的光谱反射率与叶片含氮量显著相关,以上波段为叶片全氮敏感波段.通过分析叶片含氮量与高光谱特征参数关系,得出吸收谷特征参数Depth1154和PRI(570,530 nm)可以用来预测盛花期叶片含氮量,其中Depth1154的复相关系数最高达到0.747 3,为运用遥感技术大面积、迅速、无破坏地来预测棉花生长状况以提供可能.     

红边参数LRPSA评价水稻氮素营养的可行性研究

本文提出上下叶位叶片红边一阶微分光谱反射峰变化趋势的描述参数LRPSA(leaf red edge peak slope angle)。利用小区试验测量的数据分析LRPSA与叶片光谱、叶绿素含量、SPAD值、叶片光谱红边斜率以及叶片含氮量之间的相关性，在此基础上分别建立估算氮素含量的回归模型。为了验证LRPSA估算叶片氮素含量效果，利用未知区域测量数据进行模型估算R^2和拟和R^2比较研究。研究结果表明LRPSA估算氮素含量的效果上位叶好于下位叶，并且在孕穗期、抽穗期、灌浆期内试验测得的数据估算氮素含量效果好于整个生育期的估算效果。另外如果以正常施肥田块水稻作为参照区，测量参照区参数LRPSA，再与未知区域进行对比分析，可以定性评价田间水稻施用氮肥的丰缺状况。     

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。     

基于冠层反射光谱的水稻群体叶片氮素状况监测

 研究了不同氮肥水平下多时相水稻冠层光谱反射特征及其与叶片含氮量等参数的关系。结果表明 ,水稻冠层光谱反射率与叶片氮积累量 (单位土地面积上叶片的氮素总量 )显著相关 ,尤其是近红外与绿光波段的比值(R810 /R560 )与叶片氮积累量 (LNA)呈显著线性关系 ,不受氮肥水平和生育时期的影响 ,回归方程为LNA =0 .85 9R810 /R560 - 1.15 96。利用不同粳稻品种、播期、密度、水分和氮肥处理的数据对方程进行了较充分的检验 ,表明模拟值与实测值之间符合度较高 ,估算精度为 91.2 2 %,估计的RMSE为 1.0 9,平均相对误差为 0 .0 2 6。     

基于高光谱植被指数的西北玉米不同时期叶绿素含量估测

以陕西省扶风县马席村、巨良农场和杨凌区揉谷乡种植的大田玉米为试验材料,分别测定玉米抽雄期、灌浆期和乳熟期的冠层光谱反射率和叶片叶绿素含量,分析冠层各光谱植被指数与叶片叶绿素含量之间的相关关系,建立玉米叶绿素含量估测模型。结果表明,以单变量光谱植被指数估算叶绿素含量,抽雄期的最佳模型由修正叶绿素吸收反射率指数(Modified chlorophyll absorption reflectivity index,MCARI)建立,灌浆期最佳模型由垂直植被指数(Perpendicular vegetation index,PVI)建立,乳熟期最佳模型由植被衰老反射率指数(Plant senescence reflectance index,PSRI)建立。随着玉米生长期的推进,叶片衰老,用PSRI所建立的模型来监测玉米叶绿素含量的效果较好,可为高光谱遥感在玉米长势监测提供理论依据和技术支持。     

Bt棉功能叶氮代谢对Bt蛋白表达及氮肥调节的响应

为评价外源Bt基因插入以及氮肥对Bt棉功能叶Bt蛋白表达及氮代谢的影响,对Bt棉功能叶Bt蛋白含量,硝酸还原酶、谷丙转氨酶和蛋白酶活性,可溶性蛋白质和全氮含量等指标进行了测定。结果表明:Bt棉功能叶Bt蛋白含量在蕾期最高,此后,随生育进程呈显著下降。与常规棉相比,Bt棉功能叶硝酸还原酶活性提高,在前中期谷丙转氨酶活性显著提高且有利于可溶性蛋白质的合成,前期全氮含量显著增加,对蛋白酶活性没有明显影响。Bt棉功能叶Bt蛋白含量与硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质和全氮含量呈显著正相关,表明Bt棉前期增强的氮代谢促进了Bt蛋白的表达。施氮肥明显提高Bt棉中后期功能叶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质含量和Bt蛋白的表达。基施和初花期各50%的效应显著大于全部基施,而在基施氮肥基础上,初花期增施50%的氮肥效应最明显。与常规棉比较,施氮肥更有利于Bt棉中后期功能叶硝酸还原酶活性、可溶性蛋白质含量提高。     

轮台白杏果实不同生育期叶片光谱特性及对氮磷钾的敏感性

[目的]通过分析果实不同生育期叶片光谱反射率对N、P、K的响应,探寻采用叶片光谱指数诊断N、P、K的敏感期,为轮台白杏简便快捷的非破坏性营养诊断提供最佳时间窗.[方法]基于“3414”肥料效应田间试验,利用Unispec - SC光谱仪测定轮台白杏在不同N、P、K施肥水平下果实膨大期、着色期、成熟期、收后期叶片光谱反射率.[结果]轮台白杏果实不同生育期叶片光谱反射率变异依赖于波长,变异最小的波段位于可见光范围,且光谱反射率呈现膨大期＞成熟期＞收后期＞着色期.在不同N、P、K施肥水平下,轮台白杏果实不同生育期叶片光谱指数(ND705)之间均存在显著差异(P＜0.05)或极显著差异(P＜0.01).[结论]果实着色期是轮台白杏N素叶片光谱营养诊断的敏感期,果实膨大期是P、K素叶片光谱营养诊断的敏感期.     

不同氮水平枣树冠层光谱特征

利用FieldSpec Pro FR2500光谱仪测定不同氮素处理下的红枣冠层光谱,分析其光谱特征变化规律及其与枣叶全氮质量分数的相关关系,旨在为枣树氮素营养的无损诊断提供理论基础。结果表明:同一氮处理水平下,红枣叶片展叶期的全氮质量分数最高,摘心前期最低。随着施氮量的增加,展叶期和摘心后期枣叶全氮质量分数增加速度较快。不同氮处理的枣树冠层波谱曲线整体变化趋势为在560nm附近和750~1 100nm分别有1个反射峰,反射率值分别达0.1~0.2和0.4以上;而在450、650、1 450、1 950和2 600nm处有5个吸收谷。不同生育期枣叶全氮质量分数与冠层光谱红边参数显著相关,且摘心后期红边位置(REP)和红谷位置(Lo)更快地向短波方向移动,出现"蓝移"现象。