光谱分析技术在作物氮素诊断上的应用研究进展

氮素是作物生长必需的大量营养元素之一,准确快速地进行作物氮素诊断,有助于及时有效地科学管理,既可保障高产,又可有效管控,减少化肥施用。作物叶片氮素含量可影响其叶片的光谱信息。介绍了光谱分析技术的特点及作物氮素诊断理论基础,阐述了光谱分析技术在不同尺度(单叶尺度和冠层)作物氮素诊断研究,综述了光谱分析技术在农作物和果树氮素诊断上的应用研究,并展望了未来的研究方向。     

作物氮素营养诊断的无损测试研究与应用现状

介绍了作物氮素营养诊断的几种无损测试技术,即利用便携式叶绿素仪、高光谱遥感技术、冠层色彩分析技术和叶绿素荧光技术进行作物的氮素营养诊断的方法及研究现状。     

基于光谱信息的作物氮素营养诊断研究进展

快速、准确地进行作物氮素营养诊断,有助于管理者及时、有效地采取相应的应对措施,既保障作物的高产量,又有效地管控、减少化肥施用量。由于作物氮素营养状况直接影响着作物的光谱信息,因此以作物光谱信息为依据进行作物氮素营养诊断极具潜力。对当前基于光谱信息进行作物氮素营养诊断的3种方法(便携式叶绿素仪法、高光谱遥感诊断法和数字图像分析诊断法)进行了综述,介绍了各个方法的原理、特点和研究进展,并对未来基于光谱信息的作物氮素营养诊断进行了展望。     

作物营养诊断及施肥技术

矿质营养是提高作物产量和品质的关键.笔者探讨氮、磷、钾元素对作物生长发育的影响,以及对施肥技术的研究进展进行总结分析为确定作物的营养诊断标准与高效施肥方案提供理论依据,对作物生产具有一定的实践指导意义.     

应用数字图像技术进行马铃薯氮素营养诊断的研究

应用数码相机获取马铃薯冠层图像,分析不同供氮水平下马铃薯冠层图像数字化指标与土壤无机氮(Nmin)、植株氮素营养指标(叶柄硝酸盐浓度、叶绿素仪读数、植株全氮含量、叶片全氮含量)的关系。结果表明,马铃薯冠层图像绿光与蓝光比值G/B是最适宜作为马铃薯氮素营养诊断的数字化指标;建立了评价马铃薯氮素营养丰缺的冠层图像数字化指标G/B的量化标准和氮肥推荐量。     

作物氮素快速营养诊断方法的初探

本文通过田间试验实验室分析，研究比较了植物组织中ＮＯ３＾－的速测方法，提出冬小麦ＮＯ３＾－－Ｎ最佳诊断部位为茎基部，而玉米为功能叶叶脉。二苯胺测试法可以较准确反出具有潜在氮饥饿危险的植物氮营养状况，其诊断指标与植株体内ＮＯ＾－３－Ｎ浓度及土壤供氮水平成显著正相关。     

数码图像技术在杂交榛氮素营养诊断中的初步研究

为了研究利用数码图像技术进行杂交榛氮素营养诊断的可行性,采用数字扫描仪获取杂交榛叶片图像,分析不同时期杂交榛叶片含氮量与叶片色彩参数及SPAD值之间的相关性。结果表明,展叶后期和子房膨大期的SPAD值与叶片N含量间呈极显著正相关;展叶后期,H、B、NBI与叶片N含量呈极显著正相关,NGI、G/B、R/B与叶片N含量呈极显著负相关;子房膨大期,H、B、NBI与叶片N含量呈极显著正相关,NGI、G/R、G/B、R/B与叶片N含量呈极显著负相关;幼果迅速发育期,I、R、B与叶片N含量呈极显著正相关。可见,应用数字图像技术进行杂交榛氮素营养诊断是可行的。     

日本水稻氮素营养诊断简介

日本SPAD—501型叶绿素计系日本农林水产省农蚕园艺局农产科土壤、作物分析仪器开发事业机构(简称SPAD)协同美能达照象机公司开发而得的新产品。据黑龙江省农业科学院水稻研究所引用结果,该叶绿素计体积小(70×212.3×37毫米)、重量轻(350克)、携带方便,测定方法简单,所得数据精确,适于各种作物及林木氮素营养诊断,尤其适于水稻,是看苗施肥实行科学种田的得力助手。可供科研、生产单位广泛应用。     

作物氮素快速营养诊断方法的初探

本文通过田间试验及实验室分析,研究比较了植物组织中 NO_3~-的速测方法。提出冬小麦 NO_3~--N 最佳诊断部位为茎基部,而玉米为功能叶叶脉。二苯胺测试法可以较准确反映出具有潜在氮饥饿危险的植物氮营养状况,其诊断指标与植株体内 NO_3~--N 浓度及土壤供氮水平成显著正相关。该测试方法操作简便,易于掌握,且成本低便于在农业生产中普及推广,而且该法与其它 NO_3~-速测仪法有显著相关关系,是一项适用于大田生产中诊断禾本科作物氮营养状况的最佳技术。     

施氮量对棉花叶位SPAD值的影响及棉花氮素营养诊断

在不同施氮量和不同质地土壤条件下,研究了氮素水平对棉花叶片含氮量和叶绿素含量的影响。研究表明,棉花不同生育时期叶片含氮量不同,苗期、蕾期、花铃期、铃期叶片含氮量分别为28.1、27.4、32.2、30.9 g·kg^-1。在各时期不同处理的叶片含氮量,均表现出相同的规律,即随施氮水平的提高,棉花叶片含氮量增加。土壤质地不同（砂壤土、粘壤土）时,高、中、低产棉田棉花叶片含氮量存在差异;随着施氮量的提高,棉花叶片含氮量随之提高,同时棉花不同叶位间的含氮量更加接近。对叶绿素的分析表明,不同施氮水平下,叶绿素含量差异显著;相同施氮水平下,不同叶位叶片SPAD值差异显著;施氮量增加能够提高棉花叶片的SPAD值,同时减小棉花不同叶位间SPAD差值的大小。初花期和花铃期顶1叶的叶位差指数PDI与棉花叶片含氮量的相关性最高,可以用叶位差指数作为衡量棉花氮素状况的指标。     

基于数字图像技术的黄瓜缺氮营养诊断

以节节瓜和日本小黄瓜2个品种为试验对象,设计田间不同氮肥处理试验研究数字图像技术对于黄瓜缺氮无损诊断的可行性。每隔3d利用数码相机和叶绿素仪获取固定叶位的叶片图像和叶绿素测量(SPAD)值,利用图像处理技术获取叶片的颜色特征参数,分析这些参数和SPAD值之间的相关性,并建立回归方程。结果表明,红光标准化值(NRI)、色调(H)、深绿色指数(DGCI)和SPAD值之间存在良好的线性关系,其决定系数分别为0.86、0.70和0.65。利用数码相机和数字图像技术进行黄瓜氮素营养状况诊断具有快速、无损、易于操作的特点,易于在生产实际应用中推广。     

温室网纹甜瓜临界氮浓度和氮营养指数模拟研究

为实现精准的氮营养诊断和指导生产,研究通过4个不同氮素水平处理的温室网纹甜瓜基质栽培试验,构建了临界氮浓度稀释曲线模型,并推导得到了氮素吸收和氮营养指数模型。结果表明:临界氮浓度稀释曲线模型(%N_c=4.235DW~(-0.353)_(max))揭示了植株地上部生物量和氮浓度值之间呈幂函数关系,决定系数R~2=0.814,同时得到最高和最低氮浓度稀释曲线,决定系数分别为R~2=0.808、R~2=0.810;氮素吸收模型和氮营养指数模型对网纹甜瓜营养诊断结果基本一致,植株适宜的氮素施用量为始瓜期前4.1g/株,之后1.3～2.7g/株。本研究提出的临界氮浓度、氮素吸收和氮营养指数模型,相较于传统的经验方法更具有机理性,可为温室网纹甜瓜的氮肥管理决策提供理论依据。     

华北平原不同施氮量与施肥模式对作物产量与氮肥利用率的影响

合理施肥是保证作物高产、减少面源污染的重要措施,以华北平原为研究区域,基于7个长期施肥试验,探讨不同施氮量及施肥模式（不施肥CK、化肥NPK、有机肥M、有机无机配施NPKM）对作物产量及氮肥利用率的影响。结果表明,作物产量与施肥量之间整体呈抛物线趋势,作物产量最高值均出现在NPKM处理。不同施肥模式对作物产量有一定影响,NPKM与NPK处理小麦产量无显著差异,且显著高于M、CK处理;NPKM、NPK、M处理玉米产量无显著差异,均显著高于CK处理。氮肥利用率随着施氮量增加呈下降趋势,不同施肥模式对氮肥利用率有一定影响,小麦季NPKM与NPK处理氮肥利用率无显著差异,且高于M处理,玉米季NPKM、NPK、M处理之间氮肥利用率均无显著差异。综合分析施氮量与有机肥替代率两因素对小麦产量的影响,在华北平原,利用有机肥替代化肥潜力可观,且不会显著降低作物产量,甚至增产,但为避免显著减产,在考虑提高有机肥替代率时,需要满足总施氮量的需求。     

Increasing soil microbial biomass nitrogen in crop rotation systems by improving nitrogen resources under nitrogen application

Soil microbial biomass nitrogen(MBN) contains the largest proportion of biologically active nitrogen(N) in soil,and is considered as a crucial participant in soil N cycling.Agronomic management practices such as crop rotation and monocropping systems,dramatically affect MBN in agroecosystems.However,the influence of crop rotation and monocropping in agroecosystems on MBN remains unclear.A meta-analysis based on 203 published studies was conducted to quantify the effect of crop rotation and mono-...     

叶绿素计SPAD-502在水稻氮素营养诊断中的应用

基于水稻氮素营养及氮肥诊断的意义 ,在比较了几种氮素营养诊断方法的利弊之后 ,重点阐述叶绿素计的工作原理和作为氮素营养诊断工具的优缺点以及研究进展。并对叶绿素计诊断水稻氮素营养可能的发展前景进行了阐述。     

Effects of nitrogen management on the ratoon crop yield and head rice yield in South USA

Ratoon rice cropping is an important component of the rice cropping system in Texas and south Louisiana, USA, and expanded to Asian countries in 1970. Two field studies were conducted with widely planted rice(Oryza sativa L.) cultivars at Eagle Lake, Texas, USA to determine the effects of nitrogen(N) management in main(first) crop(MC) and ratoon(second) crop(RC) on RC yield. In 2012 and 2013, one cultivar(Presidio) was adopted to determine the effects of RC N management on ratoon yield and head rice yield. In 2016 and 2017, CL153, CL163 and CL272 in addition to Presidio were adopted to examine the effect of MC N management on ratoon yield and head rice yield. N applied at preflood after MC harvest considerably improved RC yield. Application of 99 kg N ha–1 at preflood after MC harvest was practically adequate for RC regrowth, development and approaching the yield potential for Presidio. RC could produce quite high average grain yields of 5.90 to 6.53 t ha–1 in 2012 and 2013, respectively. Main crop N rate only significantly affected MC yield; however, given N applied of 99 kg ha–1 at preflood after MC harvest, ratoon yield was not significantly affected by MC N rate. Neither the main nor ratoon crop N management had a significant effect on RC head rice yield. Considerable RC head rice yields(55–65%) were observed in all of the four cultivars and 4 years except for CL272 in 2016. These results indicat that without very high N fertilizer application, rice ratoon crop could produce a considerable grain yield and an expectative head rice yield. Rice ratooning could be a practical way to increase rice yields with the minimal input in south Texas and regions with a similar climate.     

基于高光谱的水稻叶片氮素营养诊断研究

为快速、准确地实现水稻氮素营养诊断,以中嘉早17水稻为试验对象,设置4种施氮水平的水稻栽培试验,利用便携式地物波谱仪获取240组水稻分蘖期顶三叶在350~2 500 nm的光谱数据。随机将样本划分为训练集(160个样本)和测试集(80个样本)。首先,通过多元散射校正(MSC)、变量标准化校正(SNV)、平滑算法(SG)3种方法分别对原始光谱进行预处理;然后,采用主成分分析(PCA)和连续投影算法(SPA)对预处理后的光谱进行特征降维,选取累积贡献率超过99.98%的前24个主成分作为模型的输入变量,对于经过MSC、SNV和SG处理后的光谱数据,还分别筛选出12、15、19个特征波长;最后,应用支持向量机(SVM)基于上述处理分别建立水稻氮素营养诊断模型。结果表明,采用MSC-PCA-SVM模型进行水稻氮素营养诊断的识别准确率最高,其在训练集和预测集上的准确率分别达99.38%和97.50%。     

基于上部叶片SPAD值估算小麦氮营养指数

快速、准确的监测诊断小麦氮营养状态对于评价小麦长势、指导氮肥运筹并预测籽粒产量均具有重要的意义.基于2009-2011年的大田试验,系统分析了小麦上部4张单叶不同叶位的SPAD值和归一化SPAD指数(NDSPADij)与氮营养指数的定量关系,通过简单分组线性回归筛选出在不同年际和不同品种间表现稳定的氮营养指数(NNI)定量方程.结果表明,小麦上部不同叶位SPAD值和NNI随施氮量提高而提高,而NDSPADij随施氮量的提高而降低.小麦单叶SPAD值与NNI的关系呈显著正相关,但这种关系在品种或年份之间不稳定,对小麦氮素诊断存在风险;除NDSPAD12外,NDSPADij与NNI之间呈显著负相关,经简单分组线性分析发现NDSPAD14与NNI之间在年份和品种之间表现最稳定,能够较好的定量估算氮营养指数,从而快速诊断小麦氮素是否亏缺.     

肇庆地区作物病虫害辅助诊治网络系统的构建与应用

在调查、研究肇庆地区农作物病虫害发生特点、辅助诊断与防治方法的基础上,以软件工程理论、LUBAN模型为基本方法及以ASP SQL SERVER为开发工具,研究构建了肇庆地区作物病虫害辅助诊治网络系统并进行初步运行,结果表明,该系统是一个针对肇庆地区农作物病虫害进行辅助诊治以及相关信息浏览、查询和编辑的网络型农业专家系统,可为肇庆及周边地区的农户提供农作物病虫害远程诊治及信息浏览与查询服务,具有良好的应用前景.