冬小麦冠层氮素及硝酸还原酶活性的垂直分布

为了探讨冬小麦冠层不同层次氮素及NRA分布规律，解释冠层氮素垂直分布差异的内在原因，对两个籽粒蛋白质含量不同的冬小麦品种进行了研究。结果表明，冬小麦叶片含氮量沿冠层垂直分布呈明显的梯度，自冠层顶部向下逯层降低。不同品种间存在差异，籽粒蛋白含量高的中优9507上部层次梯度大于籽粒蛋白含量低的京冬8号，下部层次则反之，后期中优9507与京冬8号下部层次的差异更为明显。硝酸还原酶活性(NRA)也自冠层顶部逐层降低，但其梯度变化趋势与含氮量变化趋势并不完全一致。中优9507NRA高于京冬8号，其垂直梯度值也高于京冬8号相应梯度。京冬8号上部叶片NRA与叶片含氮量具有较高的相关性，能较好地反映植株的氮素状况，而中优9507上、中部叶片NRA均可以反映其植株氮素状况。二者下层叶片NRA都表现出与叶片氮素消长的不同步性。     

植被覆盖度对冬小麦冠层光谱的影响及定量化估产研究

为避免土壤背景对冠层光谱的干扰,提高冬小麦定量化估产精度,以河北廊坊中低产田条件下的冬小麦为研究对象,利用ASD Field Spec高光谱仪定点获取冬小麦冠层光谱信息,分析了田间植被覆盖度和冠层NDVI在生育期内的变化,并利用植被覆盖度对冠层NDVI进行了校正。结果表明,通过三基色即RGB、色度和亮度可将数字图像中冬小麦和土壤背景进行分割,从而获得单位面积上冬小麦的覆盖百分比。而通过覆盖度校正后的植被指数即CNDVI能够更具针对性地反映植株冠层氮素信息。在本试验条件下利用灌浆中期的CNDVI与产量进行一元回归或利用全生育期的CNDVI与产量进行多元回归均取得了较好的效果,决定系数分别为0.849和0.853。由于多元回归模型考虑了不同时期的CNDVI的变化,因此模型具有更强的可靠性和稳定性,较适合于冬小麦定量化估产。     

冬小麦冠层氮素垂直分布特征及其与籽粒蛋白质的关系

为了阐明小麦植株的氮素营养状况并合理调控品质形成,以弱筋小麦品种宁麦9号和强筋小麦品种豫麦34为材料.研究了氮肥运筹对冬小麦冠层氮素垂直分布特征的影响及其与籽粒蛋白质的关系.结果表明,植株氮含量随冠层层次的降低而降低;与对照(N0)相比,施氮显著增加了冠层氮含量.氮肥基追比对两品种冠层氮素垂直梯度值影响不一致,宁麦9号中上部叶片氮素梯度值随追肥比例增加而减小,下部叶片及茎鞘层氮素梯度值随追肥比例增加而增大;豫麦34整个冠层氮素垂直梯度值均随追肥比例增加而增大.相关分析表明,宁麦9号开花期冠层的下部、灌浆期下层叶片、中上层茎鞘间形成大的氮素梯度,促进了蛋白质积累;而豫麦34开花期冠层的中下部及灌浆期整个冠层形成大的氮素梯度,有利于提高籽粒蛋白质含量.因此认为宁麦9号和豫麦34分别采用基追比7:3和3:7的氮肥运筹方式能够合理协调氮素垂直分布,定向调控籽粒蛋白质的形成.     

施氮水平及方式对玉米冠层NDVI、氮含量、叶绿素和产量的影响

在不同施氮水平和方式（不追肥和拔节期追肥）的田间试验条件下,采集并测定玉米不同生育期的冠层归一化植被指数（NDVI）、叶片SPAD值、叶绿素含量、叶片全氮含量和产量,研究不同氮素水平下各指标间的相互关系。结果表明,在不同生育期玉米叶片叶绿素含量和冠层NDVI值均随施氮量的增加而增大,追肥能显著提高叶片叶绿素含量和冠层NDVI值,灌浆期玉米叶片叶绿素含量增加幅度最大。冠层NDVI值与叶片氮含量、叶绿素含量的相关系数在各生育期均达到显著或极显著水平,叶片SPAD值与叶绿素含量的关系同冠层NDVI值一致,两者均可以对玉米进行氮素营养的诊断,但NDVI比SPAD更具有快速可靠的优点。追肥较不追肥处理有明显增产效果,平均增产幅度为29.23%,最大增幅为44.13%。     

基于高光谱遥感的小麦籽粒产量预测模型研究

为了确立能够准确预测小麦籽粒产量的敏感光谱参数和定量模型,于2003～2006年连续3个生长季,通过不同小麦品种和不同施氮水平的4个大田试验,在小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株氮含量、重量和叶面积指数及成熟期籽粒产量,定量分析小麦籽粒产量与冠层高光谱参数的相互关系.结果显示,小麦籽粒产量随施氮水平的提高而增加,不同地力水平间存在显著差异.灌浆前期叶片氮积累量和叶面积氮指数均能够较好地反映成熟期籽粒产量状况,而叶片氮含量和氮积累量及叶面积氮指数在拔节～成熟期的累积值与成熟期籽粒产量的回归拟合效果更好.对叶片氮含量和氮积累量及叶面积氮指数的光谱反演,在不同品种、氮素水平和年度间可以使用统一的光谱参数.根据"特征光谱参数-叶片氮素营养-籽粒产量"这一技术路径,以叶片氮素营养为交接点将模型链接,建立了基于灌浆前期高光谱参数及拔节期～成熟期特征光谱指数累积值的小麦籽粒产量预测模型.经两年独立试验数据检验表明,利用灌浆前期关键特征光谱指数可以有效地评价小麦成熟期籽粒产量状况,拔节～成熟期特征光谱指数的累积值能够稳定预报不同条件下小麦成熟期籽粒产量的变化.因此,利用冠层特征光谱指数可以快速无损地预报小麦成熟期籽粒产量.     

小麦氮肥高效利用技术研究

为了给氮肥利用率的提高和小麦生产成本的降低提供参考,依据植物群体和叶绿素的光谱特性,探讨了利用手持式植物冠层光谱测定仪指导合理施用氮肥的技术可行性.试验结果表明,该技术不仅可以减少氮肥施用量,而且可以明显增加小麦籽粒产量和氮肥利用率,提高小麦生产的经济效益.该技术简便实用,可以用于小麦生产中的氮素化肥管理.     

三种氮素营养快速诊断方法在油菜上的适宜性分析

通过大田试验研究了SPAD仪法、硝酸盐反射仪法和光谱仪法在油菜氮素营养快速诊断上的适宜性。试验设施氮0、60、120、180、240、300和400kg/hm2处理,在八叶期、十叶期和蕾薹期对各处理SPAD值、冠层归一化植被指数（NDVI值）和硝酸盐含量进行检测,并测定各时期油菜生物量和收获期籽粒产量。对不同施氮量下的油菜产量进行显著性检验及方程拟合,并对三种诊断方法各测定指标与氮肥用量、籽粒产量进行相关分析。结果表明,油菜施氮量与籽粒产量具有较好的相关关系,满足氮素营养快速诊断要求。三种诊断方法中,硝酸盐反射仪法能在一定程度上反映油菜氮素营养状况,但受油菜生理特性（苗期生物量小、蕾薹期氮素奢侈性吸收等）影响,诊断结果的可信度和稳定性不高。光谱仪法比较适宜于油菜蕾薹期氮素营养诊断,但存在追肥时期过晚、操作不方便等缺点。综合分析认为,SPAD仪法诊断结果稳定,并且具有快速、简便、低耗等优点,适合于油菜氮素营养快速诊断。     

农田施氮对冬小麦产量、根-冠氮素积累及其利用效率的影响

为探讨施氮对冬小麦产量、根-冠氮素积累及其利用效率的影响,通过定位试验,在河南省许昌设置0、180、240和300 kg·hm^-24个施氮水平,利用2015-2018年三个小麦生长季的试验数据,分析了不同氮素供应条件下冬小麦产量、根-冠氮素积累以及氮肥利用特征。结果表明,在三个生长季中,施氮均可显著提高小麦株高、产量、穗数和穗粒数,促进根系、地上部干物质和氮素积累,增加籽粒氮素含量和积累量。氮肥农学利用效率和偏生产力随着施氮量的增加而降低,施氮对氮素利用效率和百千克籽粒吸氮量分别有负向和正向效应。综合来看,各指标在三个施氮处理间差异相对较小,多数未达到0.05显著水平,因此认为在河南中高产麦田施氮180 kg·hm^-2既可保证高产,也有利于氮肥高效利用。     

利用GreenSeeker法诊断春玉米氮素营养状况的研究

利用GreenSeeker对不同氮素处理春玉米冠层和叶片进行了测定,分析了植被指数(NDVI)和叶片叶绿素a(Chla)含量和氮素(N)含量的相关性。结果表明,不同氮素处理冠层NDVI变化与叶片叶绿素a含量在整个生育期内变化趋势一致。NDVI对叶绿素变化最敏感的时期是大喇叭口期。从不同叶位的变化趋势看,NDVI随CHla、N含量的变化而表现出明显的变化,三者之间具有显著的直线相关关系。利用GreenSeeker获取的NDVI值为生产中诊断春玉米叶绿素或氮素状况提供了有效手段。     

基于冠层归一化植被指数预测双氰胺配施后的芝麻产量

为在合适的生育期利用芝麻冠层的归一化植被指数(NDVI)预测芝麻产量,调查相同氮肥条件下不同双氰胺(DCD)施用量对关键生育期(苗期、初花期、盛花期和终花期)的芝麻冠层NDVI影响和产量变化,探讨不同生育期冠层NDVI与相同氮肥下DCD施用量之间的关系,构建NDVI预测产量的模型。结果表明:芝麻各生育期NDVI均表现出随DCD用量的增加而先增后降的趋势,苗期和盛花期以D3(占氮肥3%的DCD)、D5(占氮肥5%的DCD)和D7(占氮肥7%的DCD)较高,比D0(不添加DCD)增加6.2%~24.8%;终花期则以D5、D7和D10(占氮肥10%的DCD)较高,比D0增加了47.2%~103.1%。在添加DCD条件下,不同生育期芝麻冠层NDVI值与产量的拟合方程不一。结合方差分析发现,盛花期和终花期的冠层NDVI值与芝麻产量间为极显著正相关(p0.01),对数方程y=ln(0.258 7+6.968 7x)和y=ln(0.894 1+3.998 8x)可以用来预测芝麻产量。验证试验发现,根据终花期冠层NDVI计算出的产量预测值和实测值之间的差异更小(RMSE10%,RRMSE25%)。因此,采用终花期冠层NDVI建立的模型对芝麻产量具有较好的预测性和普适性。     

基于RapidSCAN CS-45的新疆滴灌冬小麦氮肥推荐研究

为给滴灌小麦氮营养状况实时评估和氮肥合理施用提供参考,通过2年田间定位试验,以当地主栽品种新冬22号为试验材料,设置5个施氮水平(0、120、240、360、480 kg· hm-2),利用主动式光谱仪RapidScan CS-45获取各生育时期冠层归一化植被指数(NDVI)和归一化红边植被指数(NDRE),分析其与滴...     

小麦 玉米轮作区西农979不同器官氮素转运及对籽粒贡献率的影响

为了解华北地区小麦玉米轮作模式下小麦不同器官氮素吸收、分配及转运的差异,采用田间试验方法,以西农979为供试品种,于小麦的分蘖期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期采集植株样品,对其叶、叶鞘、茎、穗轴、颖壳和籽粒的干物重及氮含量进行了测定和分析。结果表明,小麦成熟时,不同器官氮含量从大到小依次为：籽粒＞叶＞叶鞘＞颖壳＞茎＞穗轴,氮积累量从大到小依次为：籽粒>叶鞘>叶>茎>颖壳>穗轴,即氮在籽粒中分配和积累量最大,叶是最大的氮素“源器官”。在不同生育阶段,拔节至抽穗期的氮吸收量和吸收速率最大。在华北小麦玉米轮作区,籽粒氮收获指数达到68.48%,而叶对籽粒的氮转运贡献率达到54.52%;拔节至抽穗期氮素吸收比例占全生育期的48.07%,故而底施氮肥与拔节期追氮的比例控制在5∶5为好。     

Prediction of grain protein content in winter wheat (Triticum aestivum L.) using plant pigment ratio (PPR)

The applicability of the hyperspectral data from the canopy to the prediction of wheat grain quality was assessed for winter wheat. A training experiment and a validation experiment with contrasting nitrogen (N) levels and different cultivars were conducted, respectively, at different locations in Beijing, China. The wheat canopy spectral reflectance over 350–2500 nm, leaf N concentration and chlorophyll (Chl) concentration were measured at different growth stages, and the grain protein content was also determined after harvest. Eight vegetation indices (VIs) were compared relating to leaf N concentration, and the result indicated that the plant pigment ratio (PPR, (R550−R450)/(R550+R450)), a Chl-based index, was most applicable to predict wheat grain protein due to its significant correlation with leaf N concentration at the post-anthesis stage. Based on the relationships among PPR, leaf Chl concentration, leaf N concentration, and grain protein content, the statistical prediction models of grain protein content for Zhongyou9507 (a hard winter wheat) and Jingdong8 (a semi-hard winter wheat) were developed. The root mean square error (RMSE) of the 18 DAA (days after anthesis) model of Zhongyou9507 was 0.175; those of the anthesis model and the 11 DAA model of Jingdong8 were 0.238 and 0.982, respectively. Taking both the precision and accuracy into account, the 18 DAA model of Zhongyou9507 and the anthesis model of Jingdong8 were recommended to predict grain protein content for each cultivar. The result demonstrated that PPR could be used to assess grain quality of winter wheat.     

不同播期冬小麦茎叶碳氮比的光谱监测

为了探讨利用冠层光谱监测不同播期下小麦植株碳氮比的可行性,基于不同播期和不同施氮水平下的两年田间试验,对冬小麦茎叶碳氮比与冠层光谱的关系进行了研究。结果表明,不同播期下冬小麦茎叶碳氮比随生育时期的推进均呈"高-低-高"的动态变化;各个波段综合原始反射率和一阶微分与碳氮比均有显著相关性;NDVI、RDVI、EVI、SAVI等植被指数对茎叶碳氮比均有较好的拟合效果,其中NDVI受播期的影响较小,可用于建立各播期冬小麦茎叶碳氮比监测模型。检验结果显示,冬小麦各播期茎叶碳氮比监测模型的预测精度为0.678 2~0.963 6,相对误差0.095 5~0.323 9,均方根误差1.864 6~5.714 2,说明利用冠层光谱可以实现对不同播期条件下冬小麦茎叶碳氮比较为准确的监测。     

玉米秸秆还田条件下冬灌时间与施氮方式对冬小麦生长发育及水肥利用效率的影响

为给玉米秸秆还田条件下冬小麦的水氮运筹提供依据,以小麦品种临优2069为材料,研究了山西省小麦-玉米一年两熟区玉米秸秆还田条件下冬灌时间和施氮方式对冬小麦生长发育及水氮利用效率的影响。结果表明,随着冬前灌水时间的推迟,小麦总茎数、单株分蘖数、成穗数、产量、籽粒水分生产率、氮肥表观利用率均呈先升高后降低趋势,以11月25日冬灌的最高。在施氮量相同条件下,氮肥一次性底施(N10∶0)的拔节期总茎数、成穗数、产量、籽粒水分生产率和氮素吸收量、表观利用率高于氮肥70%底施+30%拔节期追施(N7∶3)处理,冬前总茎数、单株分蘖数则相反。冬前灌水时间提前和氮肥一次性底施有利于提高小麦前期单株干重;冬前灌水时间推迟和后期追氮则有利于灌浆期穗部和总干物质的积累。因此,山西省小麦-玉米一年两熟区,秸秆还田条件下氮肥采取一次性底施,并于11月25日冬灌,可实现冬小麦的高产高效栽培。     

不同春生叶龄期追氮对冬小麦产量形成和抗倒性能的影响

为明确兼顾冬小麦高产和抗倒伏的春季最佳追氮时期,设置品种、追氮期二因素裂区试验,其中,2015-2016年以山农16（SN16）和石新828（SX828）2个品种为主区,2016-2017年以藁优2018（GY2018）、科农2009（KN2009）和石4366（SH4366）3个品种为主区,两年均以春3、4、5、6叶伸出时分别追施总施N量240 kg·hm^-2中的50%氮肥（分别用N3～N6表示）为副区。在关键生育时期调查群体总茎数,成熟期调查茎秆抗倒伏相关性状及产量构成因素。结果表明,拔节至孕穗期一般以N3或N4处理总茎数最多,开花至成熟期一般以N4处理的穗数最多,N5处理的成穗率最高;孕穗期至开花后24 d,N4处理的叶面积指数（LAI）最大,N6处理的最小;大部分品种以N4处理的株高最高,不同叶龄期追氮处理的重心高度则因品种而异;N4处理小麦基部第2节间最长,节间充实度和机械强度最小,N3和N4处理的抗倒指数最低。抗倒指数和机械强度与株高、重心高度、节间长度均呈极显著负相关,与节间直径、茎壁厚度和充实度均呈极显著正相关。不同叶龄期追氮对每公顷穗数和穗粒数的影响较小,大部分小麦品种以N4处理的穗数最多,且施氮处理间的差异一般不显著。石新828和藁优2018各施氮处理千粒重的差异不显著,另外3个品种N4处理的千粒重高于其他处理。5个品种中除藁优2018以N5处理的籽粒产量最高外,其他品种均以N4处理的籽粒产量最高,且均与N5处理的差异不显著。综合来看,春4叶期追氮产量性状最优而倒伏风险最大;春5叶期追氮的籽粒产量与春4叶期追氮的差异不显著,但其抗倒能力显著提高,可以兼顾高产和抗倒伏,因此,春5叶期为河北平原春季最佳追氮时期。在灌水条件常成为限制因素的该地区小麦生产中,春4叶至春5叶期根据水源情况灌水和随水追施氮肥,都是比较适宜的。     

刈割后施氮对冬小麦再生植株干物质积累、氮素吸收及产量的调控效应

为了解冬小麦刈割后的氮素调控作用,在温室控制条件下,以冬小麦品种陇育2号为材料,在分蘖期刈割后施氮0、0.1、0.2、0.3、0.4 g·kg^-1土（分别用N0、N1、N2、N3、N4表示）,探究了冬小麦刈割后干物质积累、氮素吸收和产量对不同施氮水平的响应。结果表明,与N0处理相比,刈割后施氮使小麦拔节期和开花期的叶面积指数提高90%~155%（P<0.05）。施氮处理延长了小麦生长旺盛期3~6 d,促进了干物质积累,其中N2处理干物质积累量增加129%（P<0.05）,并且提高了穗部干物质的分配比例。施氮提高了开花期茎部可溶性碳水化合物含量,其中N2处理的增幅达到39%（P<0.05）。冬小麦各器官氮素含量均随施氮量的增加而增加,刈割后施氮使氮素转运效率提高6%左右（P>0.05）,氮素收获指数提高10%~15%（P<0.05）。施氮处理的籽粒产量、穗粒数、有效穗数和收获指数较N0处理增加显著（P<0.05）,且以N2处理效果最好,说明0.2 g N·kg^-1土是冬小麦刈割后良好生长发育、高产、稳产、氮素高效利用的最佳施氮水平。[JP]     

冬小麦不同冠层叶片光合蒸腾和水分利用效率变化特征及对灌溉的响应

为了解冬小麦不同冠层叶片光合和蒸腾作用特征以及随水分条件的变化规律,通过田间试验,以冬小麦京冬22为试验材料,设置0 mm（T₀）、220 mm（T₁）、280 mm（T₂）3种水分处理,比较分析了冬小麦不同冠层叶片净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率对光合有效辐射和灌溉响应的差异。结果表明,三种水分处理下,冬小麦不同冠层叶片的蒸腾速率和光合速率随光合有效辐射的增加而增加,随后趋于平缓。不同冠层叶片蒸腾速率、光合速率对光合有效辐射的响应表现为上层>中层>下层;不同冠层叶片WUE对光合有效辐射的响应表现为上中层>下层。光合有效辐射相同时,灌水处理（T₁和T₂）的叶片光合蒸腾速率均高于不灌水处理（T₀）。T₁、T₂处理下,叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>抽穗期>成熟期>拔节期,蒸腾速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为抽穗期>灌浆期>拔节期>成熟期;T₀处理下,叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>拔节期>抽穗期>成熟期,蒸腾速率对光合有效辐射响应在冬小麦整个生育期内表现不显著。因此,在进行小麦叶片到单株光合蒸腾尺度拓展估算时,应考虑冠层位置和水分条件对拓展结果的影响。