水稻遥感估产的农学机理研究——Ⅱ.农学参数与光谱变量的相关分析

作者在主要农学参数间相关分析的基础上,进行了叶片含氮量、叶绿素含量、叶面积指数与光谱变量的相关分析和综合分析,明确了最佳农学光谱模式及其在各生育期光谱变异中的作用。从而证明通过光谱测定可以推算出叶绿素含量、叶片和稻株含氮量及叶面积指数。     

建立大田早稻农学光谱估产模式研究初报

大田试验结果表明,不同氮素水平的水稻冠层光谱之反射率存在着极显著差异。其中630～690nm,760～900nm和520～600nm三个波段可作为检测水稻氮素水平的敏感波段。利用测定光谱反射,通过光谱变量计算以估测LAI和Chl等农学参数是可行的。单一生育期光谱建模估产的精度较低,而且应用时生育期也难统一。RVI复合估产模式和LAI-RVI综合估产模式的精度很高,但仍只是“样板模式”,实际应用于大田估产时,仍需进行多点试验,进一步验证模式并建立一套修正方法,以适应不同熟制和不同产量水平的需要。     

不同早稻品种直播栽培的生育特性研究

选用6个早稻品种(组合),探讨直播栽培方式下的生育特性。结果表明,杂交稻产量为7 833～8 100 kg/hm2,差异不显著;常规稻嘉育948产量7 344 kg/hm2,杂交稻组合与嘉育948产量差异显著。杂交稻组合表现了不同的产量形成特性。产量水平相同的陆两优996和禾盛两优25,陆两优996穗大、粒重,而禾盛两优25穗多、粒轻。陆两优996和嘉育948的分蘖力相对较弱,成穗率较高。春光1号和株两优819分蘖力强,穗小;春光1号表现分蘖期较长,株两优819分蘖期短而集中。禾盛两优25生育前期发育快、干物质积累量较高。嘉育948、株两优30和春光1号前期发育慢、干物质积累量较低。不同品种直播栽培表现了不同的生育特性,因而直播栽培策略需因品种而异。在促进分蘖早发的同时严格控制过多分蘖、促进有效分蘖的干物质积累是高产的关键。     

旱种条件下水稻早稻品种（组合）的生物学特性比较研究

本试验采取随机区组设计，3次重复，对引进的4个巴西早稻品种和1个三系杂交水稻组合在旱种条件下的生物学特性进行了研究。结果表明：Tangara和Iapar-9株叶形态较好，生育期适中，适于长沙地区栽培；各供试品种和组合的产量以Tangara最高，水稻杂交组合新香优80次之；根系活力以Tangara的最大；新香优80的光合速率、蒸腾速率、气孔导度均较早稻品种高，Tangara又较其他早稻品种高。     

早稻品种生长发育特性的差异研究

选用近年选育和已在生产上大面积推广应用的16个早稻品种（组合），比较分析了各早稻品种（组合）之间的干物质积累、茎叶生长特性、根系生长特性的差异。结果表明：不同早稻品种（组合）的地上部干物质重、地下部干物质重、叶面积、绿叶数、苗高、主茎叶挺长、主茎茎基宽、单株分蘖数、最长白根长、白根数、最长黄根长与黄根数等农艺性状均存在明显的品种间遗传差异；而且这些农艺性状早期的生长速率均明显高于后期的生长速率，大部分性状在生长发育后期出现了负向增长。     

早稻品种翻秋种植生育特性及栽培技术

阐述了鄂东地区早稻品种翻秋种植的生育特性,并介绍了其丰产栽培技术,以期为该技术的推广提供参考。     

水稻不同品种光谱监测试验研究

应用CGMD和ASD光谱监测设备,结合生物学考查测试方法,获取影响水稻生长发育的比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)等相关参数,为建立基于光谱监测技术的管理模型提供技术支持。     

北碚447锦橙叶片农学参数与其反射光谱的相关性研究

以锦橙叶片为材料,采用野外光谱辐射仪测量叶片的光谱反射率,并对叶片进行水分、氮、钾、磷、叶绿素的含量测定,计算光谱反射率一阶微分、二阶微分．采用统计学相关分析法,分析叶片农学参数与反射光谱之间的相关关系．结果表明：农学参数中只有磷含量与叶片原始光谱反射率有显著性相关,且与反射率一阶微分、二阶微分的相关系数大于与原始光谱反射率的相关系数．所有测定的农学参数都与叶片光谱反射率一阶微分、二阶微分之间均有显著性相关,其中氮含量与反射率一阶微分、二阶微分相关性最强,相关系数绝对值达到0.9以上．这说明利用微分技术可以增强叶片农学参数与光谱信息的相关性,并为高光谱遥感定量估算锦橙农学参数提供理论依据．     

施氮模式对早稻农艺性状及氮肥利用率的影响

以陆两优996为供试材料,选择肥力中等的水稻田块,设置不施氮肥、农民习惯施肥(150kg/hm2,按N计,下同)、最佳养分(120kg/hm2)、超高产高效(150kg/hm2)、超高产(180kg/hm2)5种氮素水平,研究不同施氮模式对早稻农艺性状及氮素利用率的影响.结果表明,超高产高效处理能促进水稻根系生长,提高叶片叶绿素含量,有利于光合产物的形成和积累,有利于水稻对养分的吸收,与相同施氮水平的农民习惯施肥处理相比,其单产提高了5.61%,氮肥利用率提高了34.49%,表明超高产高效处理模式在稳产增产的前提下,能有效提高氮肥利用率,降低氮素损失,减少施肥带来的污染.     

杂交稻与常规稻的光谱特性差异初步分析

通过杂交晚稻和常规晚稻的反射光谱试验,发现杂交稻由于其生长发育特性及株型的差异,在整个生长期内其反射光谱特性与常规晚稻有着明显的差异。     

水稻氮素营养水平与光谱特性的关系

用土培方法培养出5个不同氮素营养水平的早稻,测定了不同生育期单张叶片的光谱曲线,对盆栽水稻群体进行了多光谱摄影及彩色红外摄影。对叶片氮素营养水平与光谱特性的关系进行了分析,结果表明:缺氮处理及正常氮水平处理的早稻单张叶片的光谱特征明显不同,运用适宜的光谱分类统计量,可以对早稻的氮素水平进行光谱分类,ND和RVI等植被指数与稻叶含氮量之间有良好的相关性。对影象进行目视解译及图象处理,发现用蓝、绿、红波段的多光谱影象解译早稻的氮素营养状态的效果不佳,而用彩色红外影象解译则效果较好。     

基于机器学习结合植被指数阈值的水稻关键生育期识别

为建立不依赖时序数据的水稻生育期识别模型,基于四波段辐射计(SKYE)获取的水稻全生育期每日的冠层光谱反射率数据,利用K近邻(k-nearest neighbors, KNN)、决策树(Decision trees)、支持向量机(Support vector machines, SVM)、随机森林(Random forests, RF)和梯度提升决策树(Gradient boosted decision trees, GBDT)共5种机器学习算法开展水稻生育期识别研究。结果表明:RF算法的识别准确率最高,达93.00%,KNN算法的识别准确率也达到了91.92%,其他3种算法的准确率也都超过90%。在此基础上,将建立的水稻生育期识别模型应用至无人机(UAV)影像数据,KNN算法适用性最好,识别准确率为83.54%,RF算法的适用性一般,识别准确率为74.38%,SVM算法的适用性最差,识别准确率仅为62.92%,但5种机器学习算法都容易错误地将抽穗扬花期识别为拔节孕穗期;而新构建的KNN算法结合可见光大气修正指数(Visible atmospherically resistant index,VARI)的水稻生育期识别模型对无人机数据的识别准确率可达86.04%,与单独应用KNN算法相比,对水稻各个生育期的识别精度更加均衡。     

水稻直立穗型的遗传及其对籼稻农艺性状的影响

以直立穗型品系G 83和弯曲穗型温敏核雄性不育系培矮64S为材料进行杂交、测交,获得F1、TC1和F2群体,研究穗型的遗传规律及穗型与茎叶形态性状、穗部性状的关系。结果表明,水稻直立穗型遗传受一对核主效基因控制,直立穗型相对弯曲穗型为显性;直立穗型植株较矮,剑叶短而宽,穗、穗颈节间较短,而弯曲穗型则相反;不同穗型植株有效穗数差异不显著,直立穗型植株的每穗粒数极显著高于弯曲穗型植株,而千粒重、结实率、单株产量则极显著低于弯曲穗型植株。     

引进籼稻品种的农艺性状和加工及外观品质分析

对从斯里兰卡引进的65个籼稻品种(90系列14个、At系列20个、Bg系列18个、Bw系列2个、IR系列3个、SN系列5个、其他系列3个)进行了农艺性状、加工及外观品质性状分析,并对29个指标进行了主成分和聚类分析。结果表明：农艺性状、加工及外观品质各性状均显著或极显著受品种影响,各品种全生育期变幅为137~189 d,株高为82.1~139.7 cm,穗长为20.6~32.6 cm,有效穗数为5.9~17.3,千粒重为11.6~29.5 g,产量为0.3~1.0 kg/m2,多数品种加工与外观品质达到优质标准;多数品种属迟熟类型,株高相对较高,分蘖能力强,穗偏中大,结实率较高,但千粒重和产量偏低;主成分分析表明,粒数因子对稻米影响最大(贡献率为69.936%);聚类分析将65个品种归为3类,第I类具有较好的产量性状,但外观品质较差;第II类具有较好的加工品质,但产量性状较差;第III类具有良好的农艺性状和外观品质。     

Simple method for extracting the seasonal signals of photochemical reflectance index and normalized difference vegetation index measured using a spectral reflectance sensor

A spectral reflectance sensor(SRS) fixed on the near-surface ground was developed to support the continuous monitoring of vegetation indices such as the normalized difference vegetation index(NDVI) and photochemical reflectance index(PRI). NDVI is useful for indicating crop growth/phenology, whereas PRI was developed for observing physiological conditions. Thus, the seasonal change patterns of NDVI and PRI are two valuable pieces of information in a crop-monitoring system. However, capturing the seasonal patterns is considered challenging because the vegetation index values estimated by the reflection from vegetation are often governed by meteorological conditions, such as solar irradiance and precipitation. Further, unlike growth/phenology, the physiological condition has diurnal changes as well as seasonal characteristics. This study proposed a novel filtering method for extracting the seasonal signals of SRS-based NDVI and PRI in paddy rice, barley, and garlic. First, the measurement accuracy of SRSs was compared with handheld spectrometers, and the R~2 values between the two devices were 0.96 and 0.81 for NDVI and PRI, respectively. Second, the experimental study of threshold criteria with respect to meteorological variables(i.e., insolation, cloudiness, sunshine duration, and precipitation) was conducted, and sunshine duration was the most useful one for excluding distorted values of the vegetation indices. After data processing based on sunshine duration, the R2 values between the measured vegetation indices and the extracted seasonal signals of vegetation indices increased by approximately 0.002–0.004(NDVI) and 0.065–0.298(PRI) on the three crops, and the seasonal signals of vegetation indices became noticeably improved. This method will contribute to an agricultural monitoring system by identifying the seasonal changes in crop growth and physiological conditions.     

木芙蓉不同早花品种花期特征观察与分析

为充分了解成都地区木芙蓉种质资源的物候特性,2018年对木芙蓉6个早花品种的花期、花量进行了观测和统计分析。结果表明,除单瓣红外,其余的5个早花品种均有二次开花现象;其中持续开花时间最长的为百日华彩,花期可达189 d;盛花期花量最多的品种为锦绣紫,单株日均花量为13.92朵。     

水稻镉积累基因型差异及其对镉胁迫的反应

对40份来源不同杂交组合的育种高代水稻品系,同田进行种植,收获后测定其糙米的镉含量,分析结果表明:镉含量变异幅度为0.008～0.073mg/kg,不同品系存在极显著的差异.从中筛选出镉积累差异极端的6个品系,在0,0.5,1.0mmol/L3个镉胁迫水平条件下,对其农艺性状、抽穗期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)和丙二醛(MDA)含量进行了测定.结果表明:镉胁迫使所有品系株高、单株穗数、穗长、每穗实粒数、结实率、千粒重、单株产量受到一定的抑制,不同品系受抑制程度不一,同一品系不同胁迫条件下反应也不同,高镉水平胁迫下抑制更为明显.氧化物酶系统的测定表明:胁迫条件下材料SOD,CAT,POD,MDA都发生了变化,SOD,CAT,MDA的变化与积累类型有一定的关联.