一个作物发育动态理论模型

在分析作物发育特性及作物发育与环境及措施因子关系的基础上,建立了一个作物发育动态的理论模型（CPTM）,该模型为乘积形式的指数模型。模型具有较好的解释能力,并适于生育进程的计算机模拟。应用于小麦的发育动态建模,模拟值与实测值非常接近,模拟性能良好。通过确定可控因子函数f     

预报树木物候期的平均温度法

利用平均温度法预报树木物候期是一种新的预报方法。此方法是通过绘制树木物候曲线和当地的热量资源网来进行的。用此种方法预报树木物候期精度高而使用方便。本文利用北京地区1951～1985年气象资料和树木物候资料以及1990年树木开花期资料进行树木始花期预报,得到比较满意的结果。     

基于GIS技术的广西苦楝春季物候变化规律研究

【目的】对广西苦楝春季物候变化的规律进行分析研究。【方法】主要采用广西物候资料、气象常规观测数据,结合相应地理空间数据资料,基于地理信息系统的空间分析功能进行统计分析。【结果】不同的物候期受地理因素影响的程度不同,在其营养时期的物候期受经度影响比纬度影响略大,在其生殖时期的物候期受纬度影响比经度影响大。从气象因子角度和地理因子角度分析可得到大致相同的广西苦楝春季物候变化的规律。【结论】广西苦楝物候期发生的时间是自西向东、自南向北、从河谷平原到山区推迟;对苦楝春季物候影响最大的气象因子是气温,影响时段主要集中在该物候期发生的前1个月到前3个月。     

中国暖温带木本植物物候模拟分析

  目的  植物物候能指示自然环境中的气象和水文变化。采用SW模型模拟木本植物的物候期,分析SW模型的有效性和适用性;结合植物生物学特性分析SW模型模拟效果差异产生的原因,为今后物候模型及物候期研究提供基础。  方法  基于沈阳、北京、西安、洛阳等10个站点观测的地面物候数据（叶芽开放期、展叶始期、开花始期和叶变色期）与气象数据,利用模拟退火法对SW模型的参数进行了估计,并对模型进行内部检验及交叉检验,评价模型的准确度及适用性。  结果  研究区域各地近50年的气温呈上升趋势。除洛阳、德州外其余地点春季物候期均为显著提前趋势。其中,泰安的紫薇开花始期提前最为显著,以每10年?4.96 d的速度提前,北京的银杏叶芽开放期提前趋势最不显著,以每10年?0.72 d速度提前。秋季叶变色期表现为推迟,秦皇岛紫薇叶变色期以每10年1.05 d速度推迟,北京地区植物叶变色期以每10年0.12 ~ 0.49 d的速度推迟。SW模型对春季物候期模拟效果优于对秋季物候期的模拟,且乔木模拟效果略优于灌木。该模型对加拿大杨展叶始期模拟最为准确,决定系数（R2）为0.958,均方根误差（RMSE）为3.5 d;灌木中对紫丁香开花始期模拟效果最优,其R2为0.942,RMSE为3.6 d。与春季物候期模拟相比,秋季叶变色期的模拟偏差较大,R2仅为0.030 ~ 0.574。  结论  在过去的50年内,随着温度的升高,多数站点春季物候期表现出提前趋势,秋季物候期则表现为推迟,在物种间和区域间的变化存在差异。SW模型适用于不同生活型物种的物候期模拟且模拟效果差异不显著;该模型对不同物候期的模拟效果不同,其中展叶始期和开花始期的模拟最为准确,其次是叶芽开放期,叶变色期模拟准确度则最低。这表明仅考虑温度因子的SW模型不能真实模拟秋季物候期,应耦合光周期和降水等因子改进模型,以提高模型模拟的准确度。      

基于时序PolSAR影像与决策树模型的油菜物候期识别

作物物候期识别是农情遥感监测的重要内容,及时准确识别作物物候期,对有效评估作物生长趋势、提高农情信息化管理水平有重要意义。提出了基于时间序列全极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR)数据结合决策树模型的油菜物候期识别方法。首先,采用3种极化分解方法提取PolSAR极化参数,并分析各极化参数对油菜物候期的动态响应规律;其次,基于各极化分解方法提取的参数建立决策树模型,并对油菜物候期进行分类识别;最后,采用基于混淆矩阵的方法对油菜物候期识别结果进行精度评价。采用5期Radarsat-2 PolSAR数据和地面物候观测数据进行实验验证。结果表明:提取的PolSAR参数中对物候期变化较为敏感的参数有H/A/alpha分解中的散射角(Alpha)、特征值(L2、L3)、伪熵(P2)、目标方位角(Beta1)参数,Freeman-Durden分解中的地面散射(Ground)和奇次散射(Odd)参数,Yamaguchi分解中的奇次散射(Odd_Y)和螺旋体散射(Helix)参数;决策树模型对油菜物候期识别结果较为准确,识别结果中组合3种极化分解方法提取参数建立的原始决策树模型分类总体精度最高,达94%。总体上,PolSAR极化分解参数对油菜物候期变化比较敏感,决策树模型能有效识别油菜物候期。     

论帽儿山地区物侯季节的划分和农(林)时预测

本文分析了各种划分季节方法的利弊。肯定了以物候资料划分季节的优点;并以帽儿山地区多年的物候资料划分了季节。并编制了帽儿山地区的物候历。总结出了利用物候历预测农(林)时的经验公式 X=A_t+(B-C) X——某种农(林)时的预测日期 A_t——早于指示植物先开花的植物当年的开花始期 B——物候指示植物开花始期的多年平均日期 C——早于指示植物先开花的植物开花始期的多年平均日期。     

An adaptive Mealy machine model for monitoring crop status

Variation in phenological stage is the major nonlinearity in monitoring,modeling and various estimations of agricultural systems. Indices are used as a common means of evaluating agricultural monitoring data from remote sensing and terrestrial observation systems,and many of these indices have linear characteristics. The analysis of and relationships between indices are dependent on the type of plant,but they are also highly variable with respect to its phenological stage. For this reason,variations in the phenological stage affect the performance of spatiotemporal crop status monitoring. We hereby propose an adaptive event-triggered model for monitoring crop status based on remote sensing data and terrestrial observations. In the proposed model,the estimation of phenological stage is a part of predicting crop status,and spatially distributed remote sensing parameters and temporal terrestrial monitoring data are used together as inputs in a state space system model. The temporal data are segmented with respect to the phenological stage-oriented timing of the spatial data,so instead of a generalized discrete state space model,we used logical states combined with analog inputs and adaptive trigger functions,as in the case of a Mealy machine model. This provides the necessary nonlinearity for the state transitions. The results showed that observation parameters have considerably greater significance in crop status monitoring with respect to conventional agricultural data fusion techniques.     

近39年民勤荒漠区气温变化对乔木植物物候的影响

利用甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站1975—2013年气象资料,与当地乔木沙枣、二白杨、胡杨、小枣、家杏、桑树6种乔木物候观测资料,通过5年时间段统计物候发生日的偏离程度,统计春季物候年度展叶期、开花期变化趋势,分析物候变化对气温变化的响应关系。结果表明,近39年研究区春季平均气温以0.053℃/a的速度升高,荒漠植物的多种物候期出现同步性的提前;39年春季物候提前了7.6~12.1 d,即气温每提升1.0℃,可导致春季物候期提早2.1~5.8 d,秋季落叶期平均推迟3.8 d。     

Monitoring of winter wheat distribution and phenological phases based on MODIS time-series: A case study in the Yellow River Delta,China

Accurate winter wheat identification and phenology extraction are essential for field management and agricultural policy making. Here, we present mechanisms of winter wheat discrimination and phenological detection in the Yellow River Delta(YRD) region using moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS) time-series data. The normalized difference vegetation index(NDVI) was obtained by calculating the surface reflectance in red and infrared. We used the Savitzky-Golay filter to smooth time series NDVI curves. We adopted a two-step classification to identify winter wheat. The first step was designed to mask out non-vegetation classes, and the second step aimed to identify winter wheat from other vegetation based on its phenological features. We used the double Gaussian model and the maximum curvature method to extract phenology. Due to the characteristics of the time-series profiles for winter wheat, a double Gaussian function method was selected to fit the temporal profile. A maximum curvature method was performed to extract phenological phases. Phenological phases such as the green-up, heading and harvesting phases were detected when the NDVI curvature exhibited local maximum values. The extracted phenological dates then were validated with records of the ground observations. The spatial patterns of phenological phases were investigated. This study concluded that, for winter wheat, the accuracy of classification is 87.07%, and the accuracy of planting acreage is 90.09%. The phenological result was comparable to the ground observation at the municipal level. The average green-up date for the whole region occurred on March 5, the average heading date occurred on May 9, and the average harvesting date occurred on June 5. The spatial distribution of the phenology for winter wheat showed a significant gradual delay from the southwest to the northeast. This study demonstrates the effectiveness of our proposed method for winter wheat classification and phenology detection.     

桃单果重与6个物候期性状的遗传关联分析

【目的】关联分析作为传统连锁分析方法的有效补充,可以鉴定果树的数量性状位点（Quantitative Trait Loci, QTLs）。本研究通过关联分析定位桃单果重及6个物候期性状的QTLs,以研究性状间的遗传相关,为提高桃品质育种的效率奠定理论基础。【方法】以来源于中国6个生态群的104份桃地方品种为试材,利用分布于桃8条连锁群上的53对SSR（Simple Sequence Repeats）引物,用STRUCTURE 2.3.3和TASSEL 2.0.1软件分别对群体结构和全基因组SSR位点间的连锁不平衡（Linkage Disequilibrium, LD）状况进行分析。在结合单果重和6个物候期性状表型数据后进行关联分析,以定位各性状的QTLs。【结果】群体结构显示供试的104份桃地方品种基于数学模型可以分为5群;LD分析表明在53个SSR位点组成的1378个成对组合中,23个成对位点存在着显著LD且得到统计概率支持。虽然相关性分析表明单果重只与展叶期显著相关,但关联分析却显示单果重不仅与盛花期、展叶期、果实成熟期和落叶期均具有相同的关联位点;而且桃单果重的关联位点与不同连锁群上盛花期、果实发育期和落叶期的关联位点也存在显著的LD现象。对单果重具有最大增效表型效应的等位变异UDP96-013-206同时具有提前花期1.46 d、延迟果实成熟期13.77 d、延迟落叶期2.17 d的表型效应。【结论】本研究得到27个与桃单果重及6个物候期性状关联的QTLs,部分位点与前人定位的连锁群相同。关联分析表明单果重与盛花期、展叶期、果实成熟期、果实发育期和落叶期确实存在遗传相关,主要表现为这几个性状可能受到基因多效性调控或者受连锁群内及连锁群间存在连锁或关联关系的基因调控。     

美洲黑杨物候性状变异研究

[目的]分析美洲黑杨物候性状之间的相关性。[方法]采用完全随机区组设计，通过将物候观测记录量化并绘图研究了美洲黑杨物候性状的变异及其相关性。[结果]对于所有植株，开花、萌芽和落叶的极差分别为18、18和31d，平均日期分别为12、16和22d。萌芽最早的14个A类无性系有12个属于开花早的第一类无性系。开花早的60个第一类无性系中有39个是雄性无性系，占总数的65％；落叶早的12个无性系中有7个已知其性别，有4个是雄性无性系，占总数的57．14％。生长期较长的是78、63等家系，生长期较短的是93．94等家系。萌芽与生长期的相关系数为0．87027，开花与生长期及萌芽的相关系数分别为0．79251和0．69486。开花与落叶的相关系数为-0．05107。[结论]该研究为芙洲黑杨的杂交育种及引种推广提供了可靠的理论依据。     

不同早实核桃品种物候期观察与低温抗性评价

以2000-2009年新疆阿克苏的气温资料为基础,调查2008-2009年不同早实核桃品种的物候期,分析不同早实核桃品种物候期与气温变化关系,结果表明,2006-2009年较2000-2003年年平均气温增加0.56℃,增温高于全国水平。不同早实核桃品种之间的物候期存在差异,"雌先型"品种温185较新丰的物候期早,"雄先型"品种中扎343较新早丰的物候期早。同一品种不同年份的物候期因温度的季节性变化也存在变化。同一核桃品种的芽开裂、展叶、花期等发育期2009年较2008年有所提前,而果实成熟期发育期延长。温185和新丰的抗寒性较扎343和新早丰强;不同器官的抗寒性为一年生枝条叶芽花芽。     

多种时序NDVI重建方法比较与应用分析

【目的】NDVI时序数列能够模拟植物的生长过程,反映其生长状况。目前重建NDVI时序数列的方法有很多,由于模型和参数的不同导致结果存在不确定性以及偏差。本研究旨在对比3种模型（Whittaker平滑、HANTS和Savitzky-Golay滤波）在物候提取和复种指数提取中的应用,以探讨各模型的优缺点。【方法】采用16 d间隔的MODIS MOD13Q1 2000-2012年陕西地区影像,利用3种模型拟合重建NDVI时序数列。首先,将研究区划分为3个气候区,每区分别选择林地和耕地两个采样点,视觉比较各采样点3种模型拟合效果。其次,通过均方根误差、相关系数和信噪比对比各模型拟合精度,并探讨不同植被类型之间拟合精度的差异。然后,采用动态阈值法提取13年植被物候参数（生长开始日期SOS、生长结束日期EOS、生长周期LOS）,对比模型提取不同植被类型物候参数均值和标准差的差异。最后,利用二次差分算法和提取规则获取陕西13年复种指数,对比3种模型提取和统计年鉴计算复种指数之间的差异。【结果】Savitzky-Golay滤波拟合精度较高,复种指数提取精度较高,但是提取物候参数方面存在较大误差;HANTS提取物候参数效果较好,但参数设置复杂以及精度较差;Whittaker平滑参数设置简单,能有效降低原始影像的信噪比,在精度和物候参数提取均表现良好;均方根误差和相关系数作为精度检验的标准,二者存在负相关,相关系数比均方根误差更灵敏。【结论】Whittaker平滑能够很好地平衡NDVI时序数列的保真度和粗糙度,在提取物候参数方面表现良好,在提取复种指数方面还有待进一步研究。     

辽宁西部旱柳、榆树春季物候期对气候变暖的响应

植物物候变化是气象和水文变化的敏感指标,气候变化是影响生态系统结构和功能的重要参数。研究植物物候变化对气候变暖的响应可为生态环境保护、大规模农业结构调整和旅游业发展提供参考。以辽西1980—2020年旱柳、榆树春季物候资料和局部气温资料为基础,采用线性趋势、线性回归等方法研究旱柳、榆树春季物候特征及其对气温变化的响应。结果表明：1980—2020年研究区年平均气温呈显著上升趋势,趋势速率为0.365℃/10 a,1—3月平均气温上升趋势为0.609℃/10 a。旱柳、榆树春季物候期提前显著。旱柳展叶始期、开花盛期分别以-2.642 d/10 a、-2.966 d/10 a倾向率提前;榆树开花盛期、展叶始期分别以-4.008 d/10 a、-5.242 d/10 a倾向率提前。3月和2—3月气温与旱柳、榆树春季展叶期、开花盛期相关显著,是影响物候期的主要因子。当平均气温每变化1℃,旱柳展叶期、开花盛期提前0.8～1.5天,榆树展叶期、开花盛期提前0.7～1.4天。研究结果可为农时预报服务、农业管理提供参考。     

我国植物物候变化及对气候变化的响应综述

物候是指示气候变化的主要指标之一,开展物候对全球变化的响应研究是现代物候学研究的一个热点领域。综合论述了现有国内外已有的文献,阐述了研究物候的意义,对比我国北方地区与南方地区的物候变化及其对气候变化的响应,揭示各个区域物候变化趋势及各自特征。     

近15年黄土高原植被物候时空变化特征分析

【目的】黄土高原处于从湿润向干旱过渡、从森林向草原过渡、从农业向牧业过渡的地区,是中国气候变化与农业发展的敏感地带,针对此区域的地表植被覆盖物候特征研究,对于该地区农业生产、环境保护和生态建设具有重要的指示意义。通过分析不同时间序列、不同海拔高度与水热条件下植被物候趋势的差异,以期为黄土高原当前的农业生态环境建设与可持续发展提供有用的理论支撑与决策依据。【方法】基于1998—2012年SPOT VEGETATION旬值NDVI数据,并结合谐波分析法、线性趋势等方法对黄土高原各年植被物候特征值进行了确定,并分析了物候的变化趋势。【结果】(1)1998—2012年,生长季始期平均每年提前0.9d。生长季末期平均每年推迟约0.8d。在生长季始期提前和末期推迟的作用下,生长季长度平均每年延长1.7d。(2)黄土高原水热组合直接影响植被物候的空间差异性,植被生长的限制性气温为9℃,限制性降水分别为475mm与540mm,限制性海拔为1750m。(3)植被生长季长度趋势与海拔和气温的空间偏相关系数分别为0.0591和0.0139,与降水的空间偏相关系数为-0.0174,三要素与生长季始期趋势的相关程度较与生长季末期趋势强。【结论】黄土高原植被物候特征趋势明显且稳定的区域主要分布在陕北高原与晋中北山地区。西北部干旱区荒漠草原区,物候变化主要受气温控制。半干旱地区农业与草原区,物候变化主要受到降水量控制。汾渭盆地农业区,物候变化受水热共同作用。水热的差异对秦巴山地阔叶林区植被物候的影响不明显。海拔对黄土高原植被物候变化趋势上的影响不明显。生长季长度趋势在生长季始期和生长季末期的共同作用下随海拔和气温的增加的延长趋势增强,随降水增加的缩短趋势增强。同种植被物候趋势随海拔、降水、气温的变化特征具有一致性,生长季始期的变化特征对于植被生长季长度变化影响较生长季末期强。     

气候变暖对临汾合欢物候期的影响

为揭示气候变暖对黄土高原城市典型木本植物物候的影响,以临汾合欢为研究对象,采用线性回归、小波分析、相关分析等方法,分析探讨气温、积温等气候因子对临汾合欢各物候期的影响。结果表明,由于气候变暖,临汾年平均气温呈上升趋势,1983—2021年上升了2.9℃;年降水量存在6年和15年2个周期。临汾合欢春季物候期提前,秋季物候期变化趋势不明显,生长季延长。气温和积温对合欢展叶始期和开花始期表现为极显著相关,对果实成熟期表现为显著相关。叶变色始期、落叶末期对气象条件反应不敏感,主要受果实成熟期的出现日期影响。     

蓝莓不同物候期病虫害发生与防治

介绍了蓝莓物候期,分析了蓝莓物候期病虫害发生情况,并有针对性地提出了农业措施、物理措施、化学措施等病虫害具体防治方法。     

夜间增温对冬小麦生长和产量影响的实验研究

 【目的】探讨夜间增温对冬小麦生长及其产量的影响及其影响机制。【方法】以冬小麦超优-626(冬性)为试材,利用红外辐射器模拟大田条件下的夜间增温环境(增温从4月3日小麦起身开始,到6月15日小麦收割结束),研究夜间增温对冬小麦生长、产量及其构成的影响。【结果】红外辐射器增温设施增温稳定,使小麦冠层增温2.5℃。夜间增温导致冬小麦生育期缩短,各物候期提前,产量显著降低。夜间增温导致冬小麦乳熟期提前4 d,成熟期提前达5 d,其它各物候期提前1—2 d,灌浆过程缩短5 d;春季夜间冠层增温2.5℃导致冬小麦无效穗数显著增加,小穗数、穗粒数和千粒重显著减小,冬小麦减产达26.6%。【结论】春季夜间增温可导致冬小麦大幅度减产。从生长发育角度分析得出,物候期提前使生育期缩短、灌浆过程缩短使千粒重下降是夜间增温导致冬小麦减产的重要原因;从产量构成分析得出,生育期缩短相应产生的无效穗数大幅度增加、穗粒数大幅度减少是产量降低的最重要影响因子。同时,增温导致蒸散增加,土壤水分降低可能是导致产量下降的另一因子。建议在全球变暖背景下,采取适宜措施应对夜间气温升高,以确保冬小麦稳产高产。     

Mapping winter wheat using phenological feature of peak before winter on the North China Plain based on time-series MODIS data

By employing the unique phenological feature of winter wheat extracted from peak before winter(PBW) and the advantages of moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS) data with high temporal resolution and intermediate spatial resolution,a remote sensing-based model for mapping winter wheat on the North China Plain was built through integration with Landsat images and land-use data. First,a phenological window,PBW was drawn from time-series MODIS data. Next,feature extraction was performed for the PBW to reduce feature dimension and enhance its information. Finally,a regression model was built to model the relationship of the phenological feature and the sample data. The amount of information of the PBW was evaluated and compared with that of the main peak(MP). The relative precision of the mapping reached up to 92% in comparison to the Landsat sample data,and ranged between 87 and 96% in comparison to the statistical data. These results were sufficient to satisfy the accuracy requirements for winter wheat mapping at a large scale. Moreover,the proposed method has the ability to obtain the distribution information for winter wheat in an earlier period than previous studies. This study could throw light on the monitoring of winter wheat in China by using unique phenological feature of winter wheat.