用叶绿素测值（SPAD）评估夏玉米氮素状况的实验研究

比较了2000年北京永乐店夏玉米生长过程中，不同水分、氮素处理条件下反映叶片叶绿素含量的SPAD值的变化过程，并且就生育期内平均SPAD值与作物产量，水分生理利用效率之间的关系进行了分析。结果表明，采用叶绿素仪可以较好的对夏玉米生长过程中作物氮素状况对生长的影响进行评价和预测。     

不同水分、氮素条件下夏玉米生长的动态模拟

作物干物质生长过程取决于光合作用所产生干物质的过程和呼吸作用消耗干物质的过程。建立了夏玉米生长和吸氮的耦合作用模型 ,根据气象条件和土壤水分、氮素状况 ,逐日计算夏玉米干物质形成过程和根系吸氮过程。模拟结果表明 ,模型较好地模拟了夏玉米光合作用 ,干物质生长和根系吸氮过程     

水、氮效应与叶绿素关系试验研究

以冬小麦和夏玉米为试验对象，研究了不同水、氮条件对作物植株含氮及叶绿素含量的影响，作物叶片含氮、作物产量与叶绿素含量之间的量化关系，并提出了利用叶绿素仪预测作物氮素胁迫的方法。研究结果表明，田间的不同水、氮制度将影响作物的含氮水平及叶绿素含量，它们之间呈正响应关系。氮素对作物叶绿素含量起着较强的影响作用。作为一种测量叶片叶绿素含量的仪器，叶绿素仪可以作为测量作物含氮的仪器使用，具有快速、准确、简便的特点。     

覆膜与接种微生物对半干旱区玉米生长特性和水分利用效率的影响

为了探索陕西省半干旱区春播玉米生长的适宜作物生境,促进作物生长和水分利用效率,通过野外田间裂区试验方法,设置3个覆膜方式(露地穴播(NM)、半膜平作(HM)与全膜垄上穴播(FM))为主处理,4个接种微生物水平(单接丛枝菌根(AM)真菌、单接解磷菌(Ps B)、联合接种AM+Ps B与对照(CK))为副处理,研究了覆膜与接种微生物及其互作对西北半干旱地区春播玉米的生长特性、产量和水分利用效率的影响。结果表明,不同处理的玉米根系侵染率在4.4%~32.2%之间,FM处理下单接AM真菌与联合接种AM+Ps B处理的土壤菌丝密度最高,分别为4.05、4.50 m/g。3种覆膜方式下,FM处理对玉米各项生长指标(株高、叶面积、叶片SPAD值、生物量),产量与水分利用效率要高于HM和NM处理,除叶片含水率外,FM处理下玉米的株高、叶面积、生物量、产量以及水分利用效率显著高于NM处理(P0.05);4个接种微生物处理下,相对于单接Ps B或联合接种AM+Ps B,总体上表现为单接AM真菌促进效果较好,其能明显增加玉米株高、叶面积、叶片SPAD值、生物量、提高玉米产量与及水分利用效率,尤其FM处理玉米叶面积、地上部生物量、叶片SPAD值、产量以及水分利用效率显著高于CK(P0.05)。可见,田间覆膜结合接种适宜的微生物可以提高春玉米水分利用效率,挖掘作物生产潜力。     

基于SPAD的水稻氮素含量测量指标及模型研究

叶绿素相对含量(SPAD)与水稻氮素含量有较好的相关性,但田间叶片的SPAD值测量影响因素较多。本文分析了在不同生长期,不同氮肥胁迫下水稻植株的氮素敏感叶片的叶绿素值的测量影响因素以及随氮素水平变化规律,构建最佳水稻氮素测量指标,并建立叶绿素值与水稻氮素含量检测模型。研究成果可为建立水稻信息专家库及水稻在线施肥系统提供决策依据。     

保墒灌溉条件下夏玉米生理生态效应研究

通过田间试验,采用现代先进的作物生理生态监测仪器,研究了不同保墒灌溉措施对夏玉米生态和生理指标的影响。结果表明,保墒灌溉措施能够有效促进作物生长,夏玉米株高与茎粗之间的关系可以近似用指数方程式来表示,其相关系数高于0.7。同时,保墒灌溉措施能够提高作物的叶片叶绿素含量、有效蒸腾和光合速率,对单叶片水平水分利用效率贡献甚微,各指标基本以地膜覆盖最高佳,秸秆覆盖次之,PAM处理较差。     

测量作物中氮含量和精准施氮的方法

为了研究SPAD-502PLUS便携式叶绿素测定仪测量作物中氮含量和作物在缺氮的情况下,如何精准施肥,通过使用浙江托普云农科技股份有限公司生产的型号为TYS-4N型植物营养测定仪测定作物中叶绿素SPAD的值以及氮含量,推导出叶绿素SPAD的值与氮含量的关系式为N=0.3SPAD+0.525。使用SPAD-502PLUS便携式叶绿素测定仪测量作物中叶绿素SPAD的值,代入N=0.3SPAD+0.525关系式,经计算得偏差率最大为9.5%,最小为0.4%。绝大多数偏差率在5%以下,说明利用此方法可以大致估算出作物中的氮含量。使用托普云农仪器数据管理软件通过查表可以查出作物的100kg产量所吸收氮养分量及肥料氮养分含量与利用率等,可以精准计算出作物所需氮肥的量,对指导农户精准施肥具有重要意义。     

作物叶片叶绿素动态监测系统设计与试验

为了实现作物生长过程中叶绿素的动态在线监测,设计开发了一款叶绿素在线检测传感器系统。应用可见-近红外(660、880 nm)波段光谱检测植物叶绿素含量的体积小、功耗低的模块,通过AD转换电路、数字滤波电路得到叶片反射光数字信号,利用灰度板对反射光信号进行反射率校准,660 nm和880 nm波段的反射率校正模型的R~2分别为0. 999 6和0. 999 5;取10个不同等级叶绿素溶液样本共80个,使用国标法检测叶绿素含量后将溶液倒入无纺布开展叶绿素梯度仿真测量。叶绿素检测模块测量双波长反射率后,分别计算归一化差值植被指数(NDVI)和叶绿素指标SPAD指数值。建立相应的叶绿素含量检测数学模型,其决定系数R~2分别为0. 955 7、0. 958 7。开展活体植株叶绿素检测验证试验,叶片原位光谱测量后,再将叶片剪碎,使用国标法测量叶绿素真实值,检测样本与真实值的相关系数分别为0. 888 7、0. 874 5。进而开展在线动态监测试验,实时监测水肥胁迫组和正常水肥管理对照组玉米幼苗植株,监测90 h内的叶绿素含量变化,可知,相同管理条件下植株叶绿素含量变化规律大致相同,受水肥胁迫的影响,水肥胁迫组的叶绿素浓度呈下降趋势。证明了传感器系统在线监测作物叶绿素动态的可行性,可为农作物生长与胁迫动态监测提供技术支持。     

华北地区夏玉米水分生产率多参数全局敏感性分析

量化限制因素的敏感性对协同提升作物水分生产率具有重要意义,为了探讨作物水分生产率在不同土壤、气象以及田间管理措施下参数的敏感性,以华北地区夏玉米为研究对象,采用扩展傅里叶幅度检验法,量化了基于DNDC模型的夏玉米水分生产率对土壤、气象和田间管理(灌溉水量、施肥量)等10个参数的敏感程度,结果表明:DNDC模型能够有效地模拟0～50 cm土壤水分、作物蒸发蒸腾量、作物生长过程以及产量;灌溉水量、土壤初始氨氮浓度、CO_2浓度、第二次施肥量、降雨量以及日最高温度是不同水文年条件下对夏玉米水分生产率敏感程度高的限制因素。当水文年型由丰水年-平水年-枯水年转变时,灌溉水量的敏感性呈高于施肥量的敏感性的变化趋势,因此,考虑限制因素的敏感程度将更有助于提出区域分异下水分生产率多要素协同提升的技术途径。     

便携式叶绿素计的设计与性能测试

作物生产过程中,缺氮会导致减产,而过度使用氮肥会导致资源浪费和地下水污染.合理施用氮肥是当前的研究热点,利用叶绿素计指导施氮肥有着快速方便无损的优点,国内外学者在利用SPAD-502叶绿素计指导作物施肥这方面开展了大量研究工作.为此,根据叶绿素含量相对值SPAD值的模型,设计了一款便携式叶绿素计.同时,详细介绍了这款便携式叶绿素计的光路设计、电路设计和机械设计并进行了田间验证试验.试验结果表明,这款便携式叶绿素计样机可以用于测量作物叶片SPAD叶绿素相对含量值,并可用于指导田间氮肥的施用.     

玉米叶绿素CCI值及氮营养指数在氮诊断中的研究与应用

叶绿素仪因其方便、快捷、非破坏性的优点而被越来越多的运用在作物氮营养诊断上。通过分析叶绿素CCI值与氮营养指数NNI之间的相关性,可以把两者的优点结合起来,达到准确方便检验作物氮营养状况的目的。本研究以河套灌区典型作物玉米为研究对象,设置5个氮肥处理(0、135、180、225、280kg/hm~2),通过田间试验,研究了河套灌区玉米叶绿素CCI值和NNI在氮营养诊断上的可行性。结果表明,叶绿素仪的测定值与施氮量、产量和氮营养指数之间均有较好的相关性。本研究叶绿素测定值推荐玉米的适宜施氮量为225kg/hm~2。     

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PROSAIL模型的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟

为了给精准施肥灌溉及病虫害防治等提供基础数据支撑,开展以作物垂直分层叶绿素监测的模拟研究.于2019—2020年进行了不同施氮水平下夏玉米叶绿素含量与光谱反射率监测试验,并模拟了夏玉米叶绿素含量垂直分层规律.结果表明：夏玉米的叶绿素含量随着冠层深度的增加呈侧放的铃形;利用叶绿素最敏感波段699～722 nm的反射率构建夏玉米叶绿素模拟代价函数,实现了基于PROSAIL的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟;综合分析不同生育期各层叶绿素的估算精度,在平均叶绿素模拟相对误差RE控制在45%范围内的基础上,进一步厘清了夏玉米叶绿素垂直分层模拟效果,即第1层叶片在抽雄期与灌浆期、其他层在全生育期模拟的决定系数R²在0.026 0～0.799 3,均方根误差RMSE在2.23～12.13μg/cm²,相对误差在9.67%～98.22%.相关研究结果可为作物叶绿素垂直分层模拟应用提供理论与技术支持.     

基于叶面叶绿素分布特征的黄瓜叶片氮钾元素亏缺诊断

利用高光谱图像技术无损表征黄瓜叶片的叶绿素分布特征,并将其作为N、K元素亏缺诊断依据。采集黄瓜叶片的高光谱图像数据,利用高效液相色谱法分析黄瓜叶片的叶绿素含量,利用遗传算法建立叶片高光谱图像信号与叶绿素含量的对应关系,进而实现黄瓜叶片叶绿素分布图的无损检测。与对照组叶片的叶绿素分布图相比,缺N叶片主要表现为叶片中心区域叶绿素含量偏低,而缺K叶片主要表现为叶片边缘的局部区域叶绿素含量偏低。据此分别提取缺N、缺K叶片及对照组叶片的叶绿素及其分布特征(叶片中心区域所有像素点的叶绿素含量均值、叶片边缘区域叶绿素含量偏低的像素点数量),并借助提取的特征参数建立了N、K元素亏缺诊断方法,其正确诊断率为95%。研究结果表明,叶绿素叶面分布特征可有效实现黄瓜植株N、K元素的亏缺诊断。     

氮肥运筹对夏玉米根系生长与氮素利用的影响

基于2季夏玉米田间试验,对比研究了尿素(纯氮0、80、160、240 kg/hm~2,基追比为2∶3;记为N0、N80、N160、N240)和控释氮肥(纯氮0、60、120、180、240 kg/hm~2,一次性基施;记为K0、K60、K120、K180、K_240)运筹对夏玉米根系生长、产量及土壤硝态氮分布和氮素吸收利用的影响。结果表明,施用尿素和施用控释氮肥的夏玉米整根各参数均表现为随施氮水平的提高呈先增加后减小的趋势。其中处理N160和处理K120的根系各项指标较高,且根长比根表面积和产量的拟合效果更优,更能反映不同氮肥运筹间产量的差异。与尿素相比,控释氮肥各处理土壤硝态氮累积量与作物需肥规律吻合较好,收获后0~200 cm土层硝态氮含量变幅较小,且硝态氮峰值所在土层深度较浅。2种氮肥中,处理N160与处理K120的籽粒产量、氮收获指数和氮素利用效率较高。其中处理K120的节肥增效潜力显著,其2季夏玉米平均氮收获指数和氮素利用效率分别较处理N160提高5.38%和4.96%,是适宜的氮肥运筹方式。     

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%。     

不同产量水平下夏玉米光合及耗水特性研究

【目的】通过控制施肥量来模拟夏玉米不同产量水平,了解不同产量下夏玉米光合及耗水特性变化,为田间用水管理、区域农业高效用水发展战略的制定提供理论依据。【方法】设置4个产量水平分别为9 000 kg/hm~2(C0),9 750 kg/hm~2(C5),10 500 kg/hm~2(C10),11 250 kg/hm~2(C15),以不施肥为对照(CK),研究不同产量下夏玉米穗位叶光合性能、叶绿素荧光及耗水量和水分利用效率变化。【结果】夏玉米拔节期、花前和花后的株高、叶面积指数、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均随目标产量的提高而增加,花前胞间CO2摩尔分数随产量的提高而增加,C15处理株高、叶面积指数、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2摩尔分数分别较CK平均增加25.5%、39.1%、42.1%、97.9%、79.8%、32.0%;夏玉米拔节期、花前和花后SPAD随目标产量提高,C15处理SPAD较CK平均增加17.9%,qP、ETR、Y(Ⅱ)在不同光照强度下为CKC0处理>C5处理>C10处理>C15处理;耗水量和水分利用效率随产量的提高而增加,土壤体积含水率降低,C15处理耗水量和水分利用效率较CK分别提高15.2%、14.1%,土壤体积含水率较C0处理降低11.0%。【结论】夏玉米较高的叶面积指数、生物量和耗水量是形成高产的重要原因,其中后期干物质的合成是产量形成的主要原因,因此应加强夏玉米生育后期田间用水管理。     

秸秆还田配施稳定性氮肥对麦玉轮作水氮利用的影响

为探究秸秆还田配施稳定性氮肥对关中地区麦玉轮作体系作物生长及水氮利用的综合影响,并确定合理的高产高效施肥管理措施,设置两种秸秆还田模式(秸秆不还田、秸秆全量还田)和两种施氮措施(常规尿素和减量施用稳定性氮肥),以无秸秆还田且不施肥作为对照,共5个处理,研究分析作物产量、地上部生物量、土壤氨挥发累积量、土壤含水率、土壤硝态氮残留量及水氮利用效率。结果表明：秸秆还田配施氮肥会分别显著提高夏玉米和冬小麦产量28.03%～39.63%和90.10%～112.52%、地上部生物量27.88%～34.00%和78.96%～107.64%;施用稳定性氮肥较施用常规尿素分别降低夏玉米季和冬小麦季全生育期土壤氨挥发累积量50.18%～59.32%和68.21%～73.43%;秸秆还田会显著提高夏玉米季0～10 cm土壤含水率6.29%～21.38%,显著提高冬小麦季0～10 cm土壤含水率6.80%～25.06%;相同施肥措施下,秸秆还田会显著降低夏玉米与冬小麦收获期0～100 cm土壤NO^-₃-N残留量7.34%～10.78%和6.57%～11.24%,在相...