BP人工神经网络在土地集约利用评价中的应用研究——以浙江省遂昌工业园区为例

为了探索土地集约利用评价的新途径,笔者尝试运用BP人工神经网络模型及实证分析的方法对浙江省遂昌工业园区的土地集约利用水平进行评价。研究结果表明,遂昌工业园区的土地集约利用程度在浙江省处于中下水平,导致集约度偏低的主要原因在于土地建成率不高,工业用地产出强度和固定资产投入强度偏低。并得出以下研究结论,BP人工神经网络体现了土地集约利用评价的科学性与合理性,能很大程度上避免人为因素对评价结果的影响,具有很强的实际应用价值。     

2种植物冠层分析仪测量夏玉米LAI结果比较分析

为分析两种常用植物冠层分析仪测量玉米叶面积指数的误差规律,为减少玉米叶面积指数测量误差提供依据。使用LAI-2000、Sunscan两种主流植物冠层分析仪测量夏玉米不同生育期LAI,并将测量值与LI-3000C叶面积仪实测值比较。研究发现:当玉米LAI1时,LAI-2000测量结果高于实际值,Sunscan测量结果与实际值无显著差异;1LAI2时,LAI-2000测量结果与实际值无差异,Sunscan测量值低于真实值;玉米LAI2时,两种冠层分析仪测量结果均低于实际叶面积指数;不同LAI范围内,LAI-2000、Sunscan测量值与实际值的相关系数不同,最高可达0.9778和0.9637。不同植物冠层分析仪在玉米不同LAI条件下有不同的测量误差规律;使用经验模型校正仪器测量值,应分不同范围的玉米LAI值进行。     

玉米冠层三维结构研究

自1953年门司和佐伯的研究开始,利用数学分析方法对作物群体光能利用规律已进行了大量的研究。影响农田光传输和光分布的主要因素是作物群体结构特征,已往的研究大多基于一定的假设,如门司和佐伯公式的基本前提是叶面积的空间分布为随机分布,这对于行播作物特别是在生长前期的研究会带来较大的误差。作物群体结构具有很大的时空变异性,由于数据采集手段的限制,该方面的研究一直较为缺乏。近年来由于计算机机硬软件的飞速发展和测试技术的提高,研究人员已开始通过采集作物冠层空间坐标,利用计算机三维重建等技术来研究作物群体三维结构特征。     

夏玉米结构参数计算及大田玉米冠层的可视化研究

本文在几何图形法、参数法和直接测量法的基础上, 利用实测数据和数字图像数据建立了计算LAI, LAD的数字图像方法, 并对此方法进行了验证. 这种方法与传统计算LAI、 LAD的方法相比, 可以对植株进行无破坏的连续观测, 一次完成LAI、 LAD的计算, 提高了计算效率, 减少了野外观测的工作量. 同时根据所获取的结构参数, 开展了夏玉     

玉米株型与冠层光合作用的数学模拟研究

建立了一个对冠层结构上具有高分辩率的作物冠层光合作用模型,包括冠层结构模型、冠层光分布模型和叶面光合作用模型。将作物冠层按叶面积指数划分为若干层次。上下层次之间,水平面太阳辐照度按Ｍｏｎｓｉ和Ｓａｅｋｉ的指数递减模型分布。冠层对太阳漫射光的消光系数由作物株型确定,对直射光的消光系数由株型和太阳位置确定。在同一层次中,作物株型按Ｒｏｓｓ－Ｎｉｌｓｏｎ的叶倾角分布模型,将叶面位置划分为８个方位、６个倾     

基于冠层反射光谱的玉米LAI和地上干物重估测研究

以cropscan多光谱辐射仪测定了玉米品种郑单958和浚单20的冠层光谱反射率,并对其相应的叶面积指数(LAI)和地上干物质量进行了同步测定。将由近红外波段和可见光红波段组成的不同的归一化植被指数(NDVI)和比值植被指数(RVI)分别与叶面积指数、地上干物质量进行回归分析,结果表明,NDVI与叶面积指数的相关性优于RVI与叶面积指数的相关性,且以NDVI(R950,R650)和叶面积指数的幂函数回归结果最优;RVI与地上干物质量的二项式回归效果显著,估算模型为:Y=-0.722 4(R800/R650)2 1.631 6(R800/R650) 271.49,R2=0.793 5。     

玉米和大豆LAI高光谱遥感估算模型研究

以ASD FieldSpec光谱仪实测了不同生长季的大田玉米、大豆的冠层高光谱与作物的叶面积指数LAI。采用单变量线性与非线性拟合和逐步回归分析的方式,建立了玉米、大豆LAI高光谱遥感估算模型,并对模型的估算结果进行了初步分析。分析结果表明,绿光波段反射峰区、红光波段以及近红外区的单波段反射率与作物的LAI有较强的相关性,而其他波段的反射率与作物的LAI的相关性相对较弱;以高光谱的窄波段构造的NDVI和RVI与作物的LAI的相关程度高,回归模型的预测水平高;而以多波段逐步回归方式构造的统计模型的预测效果最好。     

基于高光谱数据的棉花冠层FPAR和LAI的估算研究

 通过非成像高光谱仪和光量子传感器,获取了棉花2品种4水平种植密度冠层关键生育时期的反射光谱数据和光合有效辐射值;利用光谱多元统计分析技术与微分处理,分析表明,反射光谱813 nm（_ρ813）和758 nm（_ρ758）处分别是光合有效辐射截获量（FPAR）和叶面积指数（LAI）的敏感波段。用反射率_ρ813和_ρ758分别与FPAR和LAI建立的线性相关模型方程估测FPAR和LAI,经检验,它们的实测值与估测值之间均呈极显著的线性相关（r_FPAR=0.7199^**,r_LAI=0.6430^**,α=1％,n=70）,模型方程的估算精度分别达96.5%、81.7%;而一阶微分光谱数据与FPAR在350 ~2500 nm波段范围相关不显著,与LAI的最大相关发生在734 nm波段处。基于一阶微分光谱_ρ′734与棉花冠层LAI线性相关的模型方程,估测LAI,实测值与估测值之间呈极显著的线性相关（r_LAI=0.6947^**,α=1％,n=70）,估算精度为82.4%,与反射光谱758 nm估测LAI的精度接近。结果表明,棉花冠层光谱数据可以对光合有效辐射截获量FPAR和LAI进行实时、无损、动态、定量的估算。     

不同玉米品种冠层光分布和湿度比较研究

为阐明宜机收和普通玉米品种群体冠层不同层次光分布和湿度变化特征,在大田条件下采用随机区组试验方法,以郑单958、粒收1号为供试材料,设置4个种植密度(45 000,60 000,75 000,90 000株/hm²),测定了两品种冠层不同层次的透光率和相对湿度、干物质量、叶面积指数,并调查田间空秆率及产量。结果显示,两品种冠层底层和穗位层相对湿度表现为粒收1号低于郑单958。在4个密度下粒收1号的叶面积指数低于郑单958,穗位层透光率高于郑单958;吐丝期和灌浆中期两品种各层次干物质积累量没有显著差异,成熟期粒收1号各层次干物质积累量均显著低于郑单958,但粒收1号叶片干物质转运量较高。高密度(90 000株/hm²)下粒收1号空秆率低,产量较高。可见,宜机收玉米品种粒收1号群体冠层光分布合理,微环境良好,物质生产转运通畅,植株个体在密度增加过程中能充分利用有限资源,空秆率低,产量高,耐密性强。     

种植密度对不同株型夏玉米产量和冠层特性的影响

为了指导不同株型夏玉米品种的田间生产,选用平展型品种‘鲁单981’和紧凑型品种‘鲁单818’为供试材料,通过设置30000株/hm ² (D1)、60000株/hm ² (D2)、90000株/hm ² (D3)3个种植密度,研究了密度对不同株型夏玉米产量、叶面积持续期(LAD)、叶面积指数(LAI)、群体净同化率(NAR)的影响。结果表明,‘鲁单981’在D2时产量最高,为11452 kg/hm ²,‘鲁单818’在D3时最高,为13024 kg/hm ²。在D3下,紧凑型品种‘鲁单818’的LAD[452 (m ²·d)/m ²]及花后比例(50%)、穗位叶LAI以及全生育期NAR [6.87 g/(m ²·d)]更高。上述研究结果表明紧凑型品种冠层结构紧凑,中下层受光充足,LAD延长,有利于干物质积累,产量上升,更适合高密度栽培。     

不同倒伏程度对夏玉米叶面积指数、产量及其构成因素的影响

以“郑单958”夏玉米为试材,通过田间小区试验,研究了抽雄期不同倒伏程度对夏玉米叶面积指数（LAI）、产量及其构成因素的影响。结果表明：随生育期推移,LAI逐渐减小,各处理差异显著,严重倒伏的A00处理后期LAI一直最小。随倒伏程度加重,穗长、穗粒数减少,百粒重下降,产量和生物产量降低;同时减产幅度增加,与未倒伏对照处理比较, A60、A45、A30和A00处理分别减产5.8%、24.3%、52.2%和89.9%。研究结果可为夏玉米高产栽培提供参考依据。     

不同种植密度下的夏玉米冠层结构及光合特性

研究了种植密度对夏播玉米(CF008、郑单958和金海5号）冠层结构及光合特性的影响,目的是通过密度调控,构建高效冠层,发挥品种潜力,同时确立不同夏玉米品种高产高效冠层的定量化技术指标。结果表明,3个夏玉米品种均在中或低密度下（CF008为9.75和11.25万株 hm-2,郑单958为8.25和9.75万株 hm^-2,金海5号为6.75和8.25万株 hm^-2）构建的冠层较合理,冠层光合性能较高。冠层内透光率、叶夹角、茎粗、叶绿素相对含量（SPAD值）和净光合速率（Pn）均随着密度的增加而降低,说明高密度易造成群体内光分布不合理,导致光合性能的降低。灌浆中期前群体光合势（LAD）和叶面积指数（LAI）均表现为中或高密度条件下较高,而后为中或低密度下较高,并且吐丝后LAD所占比率为中或低密度处理显著高于高密度处理,说明高密度条件下冠层结构不合理,造成生育后期叶片提早衰老。在中或低密度下,群体穗位层透光率较大,吐丝期和灌浆中期分别为13.4%~19.45%和16.19%~21.48%;叶面积发展动态较为合理,吐丝期LAI达5.59~6.75,成熟期仍然保持在2.24~3.68,尤其中上层叶片LAI高值持续期较长;吐丝期中上层叶片Pn达到33.6~43.8 μmol CO2 m^-2 s^-1;吐丝后的群体LAD较高,特别是中密度下LAD达172.01~235.91 m2 d m-2,后期光合面积持续时间较长,更有利于玉米产量的提高。     

覆盖对夏玉米产量及水分利用效率的影响

研究不同土壤水分状况下秸秆覆盖对夏玉米生长发育指标、产量和水分利用效率的影响。试验在防雨棚下的测坑中进行,设计了秸秆覆盖和土壤水分控制下限（占田间持水率的75%,65%和55%）两个因素,分析夏玉米生长指标、产量及水分利用效率的变化规律。结果表明,秸秆覆盖对夏玉米生长发育有促进作用,在不同的水分状况下,覆盖处理的夏玉米叶面积指数、产量和水分利用效率均优于不覆盖处理。中水分条件覆盖处理下的夏玉米产量较对照条件下的高水分夏玉米产量无显著降低,而且其水分利用效率最高。建议在夏玉米覆盖生产方式中采用中水分灌溉方式,可以达到节水高产的目的。     

不同氮肥模式对冠层结构及部分生理和农艺性状的影响

以郑单958为试验材料,设基肥低氮、基肥高氮、第1次氮肥在拔节期施入和不施氮4个处理,研究了施氮模式对冠层结构及部分生理和农艺性状的影响。结果显示,施氮处理各指标均优于不施氮处理。适当减少基肥氮量,具有以下优势,(1)在保证苗期氮肥供给的同时,每公顷节肥90 kg;(2)改善了冠层结构,增加了群体底层的透光率,使穗上叶和整株的茎叶夹角更紧凑,与基肥高氮处理相比分别减少4.33°和4.67°,同时降低了株高和穗位高,缩短了基部节间长度,有效防止茎秆倒伏;(3)与前期高氮处理相比,基肥低氮在灌浆初期叶片的叶绿素相对值和全氮含量均处于较高水平;(4)基肥低氮处理提高了单位面积的株数,并减少了秃尖长度,同时千粒重和穗粒数有所增加,最终获得较高产量。第1次氮肥在拔节期施入,前期控氮时间过长,营养元素失衡,苗期发育不良,不利于产量形成。     

应用数字图像技术对不同株型夏玉米进行高温胁迫诊断

以受高温胁迫程度不同的夏玉米为研究对象,利用数码相机获取玉米吐丝-授粉期冠层的数字图像,同时利用叶绿素荧光仪探测植株受胁迫的程度,研究利用数码相机的可见光光谱进行夏玉米受逆境胁迫程度诊断的可行性。结果表明,红光标准化值与叶片叶绿素荧光值(Fv/Fm)成负相关关系(r=-0.35),而绿光标准化值、蓝光标准化值均与Fv/Fm成正相关关系,其相关系数r分别为0.57、0.70。由此可以得出,绿光标准化值、蓝光标准化值能反映夏玉米受胁迫程度,其中蓝光标准化值是能够较好地反映夏玉米受高温胁迫程度的光谱参数。     

不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性

选用鲁单981 (LD981)、郑单958 (ZD958)和登海661 (DH661) 3个不同株高玉米品种, 在大田和栽培池条件下分别设67 500株 hm^-2和82 500株 hm^-2 2个种植密度, 0和180 kg hm^-2 2个施氮量。大田试验的氮肥以开沟方式施入, 栽培池试验氮肥分别以5、20和40 cm深度分层施入, 利用¹⁵N同位素示踪技术研究不同株高夏玉米对氮素的吸收与利用特性。结果表明, 与67 500株 hm^-2种植密度比较, 82 500株 hm^-2种植密度夏玉米籽粒产量及氮素偏生产力显著提高。夏玉米吸收的氮素69.3%~77.3%来自土壤, 22.7%~30.7%来自肥料, 土壤氮和肥料氮收获指数分别为54.6%和57.5%。与67 500株 hm^-2种植密度比较, 82 500株 hm^-2种植密度矮秆品种DH661氮素积累来自肥料的比例显著降低, 中品种ZD958和高秆品种LD981没有显著变化; 中、高秆品种肥料氮收获指数显著降低, 矮秆品种增加。5 cm土层施氮对植株肥料氮积累量贡献率最大, 40 cm土层施氮对植株肥料氮的贡献率最小, 随着株高增加, 深层(40 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐增加, 浅层(5 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐降低。中、高秆品种对土壤深层40 cm施氮的氮肥回收率较高, 而矮秆品种对土壤浅层20 cm施氮的氮肥回收率较高; 20 cm和40 cm ¹⁵N在20~40 cm和40~60 cm土层残留量分别达到60%, 说明矮秆品种对20~40 cm土层氮素回收率较高, 中、高秆品种对40~60 cm土层氮素回收率较高。