基于三波段光谱指数的春小麦叶片水分含量估算

为探讨利用三波段植被指数（three-band index, 3BI）对春小麦叶片水分含量（leaf water content, LWC）估算的可行性,在田间尺度上,利用ASD-FieldSpec-3光谱仪测定春小麦抽穗期冠层光谱反射率,采用任意波段组合方法,分别建立两波段植被指数（two-band index, 2BI）包括比值植被指数（RVI）、归一化植被指数（NDVI）、差值植被指数（DVI）及3BI,并对单波段反射率、两波段植被指数和三波段植被指数与春小麦抽穗期LWC之间进行相关性分析,筛选稳定的光谱参数,基于人工神经网络（artificial neural network, ANN）、K近邻（K-nearest neighbors, KNN）和支持向量回归（support vector regression, SVR）等3种机器学习算法,建立有效波段组合运算的抽穗期春小麦LWC估算模型,并利用独立样本对模型精度进行检验和评价。结果表明,单波段反射率、2BI和3BI与春小麦抽穗期LWC之间的相关性均达极显著水平（P＜0.01）,而相关系数差异较大,绝对值分别为0.23、0.62、0.94,说明组合波段展现了光谱隐含信息,避免有效光谱信息的丢失;估算模型中,春小麦抽穗期以KNN算法和最佳3BI组合变量（3BI-5_{(1075, 1095, 1085)}、3BI-6_{(1100, 400, 1097)}）构建的模型拟合度最高（r²=0.83）,均方根误差最小（RMSE=2.14%）,相对偏差百分比超出了2.0以上（RPD=2.31）,说明该模型具有一定的预测能力。由此可见,通过任意波段组合,可明显提高3BI与春小麦LWC的关联度,且基于K近邻算法构建的模型具有较好的稳定性和估算能力。     

不同地类春小麦叶片叶绿素含量高光谱植被指数估算模型研究

为给小麦长势的遥感监测提供依据,利用多种植被指数对比分析了水浇地和旱地春小麦不同生育期冠层光谱及叶绿素含量的变化,并建立了不同地类春小麦叶绿素含量的最佳估测模型。结果表明,春小麦叶绿素含量在整个生育期呈先升后降趋势,且水浇地高于旱地。春小麦冠层光谱在可见光波段表现为阳坡和双面坡地>阴坡地>水浇地,而在近红外区域反之。在起身期-乳熟期,春小麦叶绿素含量分别与二次修正土壤调节植被指数和植被衰老反射率指数的相关性最好;在拔节-扬花期,水浇地和阴坡地的叶绿素含量分别与绿度植被指数和修正归一化差异指数相关性最好,阳坡和双面坡地则与二次修正土壤调节植被指数的相关系数最大。利用相关性最好的植被指数模拟春小麦叶绿素含量,水浇地在起身-扬花期宜用抛物线模型,乳熟期则适合用乘幂模型,且各模型r和检验r均大于0.88,拟合程度较高;阴坡、阳坡和双面坡地起身期适用指数模型,其余时期适合抛物线模型。     

利用光谱反射技术监测不同地力和施肥条件下小麦生长和产量的变化

通过不同地力条件下的田间试验,利用光谱分析技术动态监测了变量施肥和传统施肥条件下小麦不同生育期的冠层光谱反射率的变化,并根据由冠层光谱反射率计算的植被指数分析了不同施肥条件对小麦长势、色素含量、水分含量和产量的影响。结果表明,变量施肥和传统施肥对小麦的增产效果基本相同,但变量施肥显著降低了肥料施用量,在三块不同地力的小区,变量施肥比传统施肥分别节约施肥量15.7％、68.0％和85.6％;施用拔节肥后,通过对植被指数（NDVI、OSAVI、WI、mSR705）的分析表明,变量施肥和传统施肥处理小麦的冠层结构、叶绿素含量和水分含量均优于对照,但两种不同施肥处理之间并没有明显差别。另外,对不同施肥处理后的小麦产量和不同植被指数的相关分析表明,在挑旗期和孕穗期,冠层光谱反射的植被指数与小麦产量呈显著正相关。因此,在显著节约肥料的情况下,变量施肥与传统施肥一样可以通过改善群体结构、冠层的叶绿素含量和水分含量促进小麦的生长,达到增产的效果,并且利用反射光谱技术可以快速、有效地对小麦长势和营养状况进行动态监测。     

冬小麦叶面积指数的品种差异性与高光谱估算研究

为给小麦叶面积指数（LAI）的高光谱估算提供技术支持,基于2年大田试验,以4个河南主推品种为材料,对小麦LAI和冠层光谱变化特点、估算模型及其品种间的差异等进行了系统分析。结果表明,在生育期内不同冬小麦品种冠层光谱反射率的变化与LAI变化有差异;在相同LAI下,不同冬小麦品种的光谱曲线存在差异。利用400~900 nm范围内冠层光谱反射率的任意两波段组合的比值光谱指数（RSI）、归一化差值光谱指数（NDSI）和差值光谱指数（DSI）所建立的单品种模型以及不同品种综合模型的决定系数（r）均达到0.84以上,单品种模型的r和调整r分别较综合模型高出3.1%~4.8%和2.0%~4.2%。利用独立于建模样本以外的数据对上述模型进行检验,单品种模型预测的r较综合模型提高了0.6%~11.0%,而均方根误差降低了10.0%~37.0%。因此,在利用高光谱遥感技术估算冬小麦LAI时,可以通过建立单品种模型来提高估算精度。     

综合近红外-红波段-短波红外三波段光谱特征空间的小麦冠层含水量反演

为提高返青期-拔节期-开花期-灌浆期不同覆盖条件下小麦冠层含水量的遥感反演精度,综合分析基于Nir-Red和Nir-Swir光谱特征空间开展作物含水量监测的优势与局限,利用垂直干旱指数（perpendicular drought index,PDI）和短波红外垂直失水指数（shortwave infrared perpendicular water stress index,SPSI）的比值形式,构建了一种基于近红外-红波段-短波红外（Nir-Red-Swir）三波段光谱特征空间的垂直植被水分指数（three-band perpendicular vegetation water index,TPVWI）。结果表明,在不同生育时期,TPVWI与小麦冠层含水量（vegetation water content,VWC)均具有显著相关关系（P<0.01）,且对植被含水量的敏感性优于PDI、作物水分监测指数（plant water index,PWI）、SPSI和NDVI 4种植被指数,且在反映小区域内小麦冠层含水量的时空趋势上有较好的表征能力。对比地面实测数据,利用TPVWI建立的作物含水量估测模型的预测精度较高,r与RMSE分别为0.763和2.296%,说明利用综合Nir-Red-Swir三波段光谱空间特征的植被水分指数在监测不同覆盖条件下的作物含水量具有一定的可行性,可丰富当前作物冠层含水量遥感监测的理论方法。     

基于上部叶片叶绿素荧光参数的小麦产量预测与评价

为了利用叶绿素荧光快速测定技术实时评价植株光合生产能力以及预测小麦籽粒产量,以豫麦49-198和郑麦9694为试验材料,设置0、90、180、270 kg·hm^-24个氮素水平,通过2014-2016年连续两个生长季的田间试验,在小麦主要生育阶段同步测定植株顶部四片完全展开叶的净光合速率（P_n）、叶绿素荧光参数及叶面积。结果表明,P_n和叶绿素荧光参数因生育时期、氮素水平和叶片位置的不同呈现规律性变化。叶绿素荧光参数F_m′、F_v′、F_v′/F_m′ 和 F_s与P_n 相关性较好,且相关系数（r）均随叶位的降低而降低,其中,F_m′与P_n的相关性最好。将叶面积与对应的净光合速率和叶绿素荧光参数组合出光合性状累积量指标,与P_n 相比,光合累积量与产量的相关性显著提高。组合顶部四片叶,光合累积量与产量相关性在灌浆前期表现最好（r=0.875）。光适应下荧光参数累积量与产量的相关性表明,顶部两片叶的相关性较单叶片或其他叶位组合均表现较好,相关系数在不同荧光参数、生育时期间差异均较大,以F_m′表现最好,其次是F_v′;生育期间比较,孕穗期至灌浆中期整体较好。总体而言,在灌浆前期,顶部两片叶的F_m′累积量能够较好地预测小麦籽粒产量,为小麦生长诊断和田间管理提供技术支持。     

小波特征与传统光谱特征估测冬小麦条锈病病情严重度的对比研究

为探讨通过小波特征监测小麦条锈病发病程度的可行性,利用连续小波变换提取的小麦冠层光谱350~1 300 nm范围内的9个小波特征和传统光谱特征（植被指数、一阶微分变换特征和连续统特征）,借助偏最小二乘回归（PLSR）建立反演模型,分别将传统光谱特征（SFs）、小波特征（WFs）及传统光谱特征与小波特征结合(SFs & WFs）作为模型的输入,对小麦条锈病病情进行反演。结果表明：（1）小波特征与条锈病严重度的相关性比传统光谱特征强;（2）基于小波特征的模型估测精度（R为0.837）优于基于传统光谱特征的模型估测精度（R为0.824）;（3）传统光谱特征与小波特征结合的模型精度最高,R为0.876,RMSE仅为0.096,因而传统光谱特征与小波特征相结合能够更好地对小麦条锈病病情严重度进行估测。     

高温胁迫下镁对小麦旗叶光合特性及产量的影响

为了解施镁对小麦后期高温胁迫的缓解效应,采用盆栽试验方法,以自然条件为对照(昼夜温度分别为26和16 ℃),研究了灌浆期花后14~20 d 和花后21~27 d高温胁迫（昼夜温度分别为32和22 ℃）下,施镁（20 kg·hm^-2）对小麦产量和旗叶光合特性的影响。结果表明,高温胁迫显著降低了小麦产量,且以花后21~27 d高温胁迫影响最大;施镁能显著增加穗粒数、千粒重和籽粒产量。高温胁迫降低了旗叶叶绿素含量、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、光化学效率（F_v/F_m）和实际光量子产量（Φ_PSⅡ）,各指标均以花后21~27 d高温处理降幅最大,而胞间二氧化碳浓度（C_i）则表现出相反趋势;相同温度处理下,施镁则显著提高了旗叶叶绿素含量、P_n、G_s、T_r、F_v/F_m、Φ_PSⅡ,表明镁素施用能有效缓解花后高温对叶片光合能力的伤害,有助于光合产物的积累和产量的形成。     

基于无人机多时相遥感影像的冬小麦产量估算

为高效准确地预测小麦产量,以浙江省冬小麦为研究对象,利用四旋翼无人机精灵4多光谱相机获取冬小麦5个关键生育时期（拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期）的冠层多光谱数据,选取多光谱相机的五个特征波段计算各生育时期的72个植被指数,分别通过逐步多元线性回归（SMLR）、偏最小二乘回归（PLSR）、BP神经网络（BPNN）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）构建不同生育时期的产量估算模型,最后采用决定系数（R）、均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）对估算模型进行评价,筛选出最优估算模型。结果表明,基于随机森林建立的模型估算效果最优,SMLR、PLSR和SVM三种方法建立的模型估算效果接近。利用随机森林算法所建拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期模型的R、RMSE和RE分别为0.92、0.35、11%;0.93、0.33、10%;0.94、0.32、9%;0.92、0.36、9%;0.77、0.67、33%。模型验证时,抽穗期估算效果最好（R、RMSE和RE分别为0.91、0.35和15%）,拔节期、孕穗期、灌浆期估算效果接近且有很好的估算能力,成熟期估算精度最差（R、RMSE和RE分别为0.71、0.47和13%）。由此说明,结合机器学习算法和无人机多光谱提取的植被指数可以提高小麦产量估算效果。     

新麦草种子产量与繁殖性状的关联性分析

为了解新麦草的种子产量及繁殖性状间的关系,对27份新麦草种质资源的单株种子产量与7个产量性状的关联性进行了分析。结果表明,新麦草的单株生殖枝数、穗轴节数、单穗小花数和千粒重与单株种子产量关联最密切,其相关性表现为单株生殖枝数＞千粒重＞穗轴节数＞单穗小花数。经通径分析,单株生殖枝数（X₁）对单株种子产量（Y）直接效应最大,其余依次是单穗小花数（X₄）、单穗小穗数（X₃）、千粒重（X₇）、穗轴节数（X₂）和单穗结实种子数（X₅）,其中单穗结实种子数和结实率对种子产量均表现为负效应,且未达到显著水平。经逐步回归分析得到回归方程Y= -9.880 2+0.27X₁+0.012X₄+2.011 1X₇（R=0.805 8,P<0.001）,说明提高单株生殖枝数、千粒重、单穗小花数对新麦草增产的贡献最大,增加结实率也可间接提高新麦草的单株种子产量。     

高产玉米品种的产量结构特点及形成机制

以玉米杂交种先玉335、郑单958、吉单35为试材,在67500株/hm~2种植密度下,分析高产玉米品种产量结构特点及形成机制.结果表明:先玉335产量显著高于郑单958和吉单35.群体粒数多是玉米高产的关键,百粒重高是玉米高产的保证.受精花丝数多、败育粒数少、叶面积指数高且持续期长、子粒形成关键期干物质积累多、单粒干物质供应充足是玉米高产的生理基础.研究还发现,群体粒数和粒重的协调有赖于源库水平的协调.     

玉米灰斑病对玉米产量及产量特性的影响研究

对海禾、铁单、屯玉系列一些品种进行研究,界定玉米灰斑病对沈阳地区主栽玉米品种的产量损失。结果表明,供试品种灰斑病害级别为1级、3级和5级;导致玉米减产10%～50%,屯玉13和屯玉38损失达40%～50%;玉米灰斑病对玉米百粒重、穗长和行粒数等产量特征有明显影响,对玉米穗行数没有明显影响。     

不同遮光胁迫对大豆产量性状及产量的影响

通过遮光处理，研究不同遮光强度及遮光持续时间对大豆的产量性状及产量的影响，结果表明，播种后遮光20%时间持续到始粒以后，播种后遮光30％和50％时间持续到开花以后，单株荚数、单株粒数、单株粒重显著或极显著减少；遮光胁迫强度相同时，这些性状有随着接受遮光胁迫时间的延长受影响程度加大的趋势；同一遮光胁迫期间，这些性状有随着遮光胁迫强度的加强受影响程度加大的趋势。遮光胁迫对底荚高、单株有效分枝数、结实率有一定影响。同一遮光胁迫强度，遮光胁迫持续时间与小区产量呈显著或极显著负相关；同一遮光胁迫期间，遮光胁迫强度与小区产量呈显著或极显著负相关。     

盘锦稻区水稻高产目标产量结构分析与探讨

以盘锦地区种植的水稻中晚熟组区试及科室育种后代材料为试材,比较了2010～2011两年上述材料产量性状及构成因素,探讨最适合盘锦地区的高产产量结构,结果表明:株高方面高产品种以107 cm左右为宜,产量结构方面,穗数、穗粒数、千粒重如能达到每穴15穗、成粒120粒、26 g将会达到一个较协调且高产的理想结构,其产量将达到750～850 kg/667 m2。     

辽宁省玉米大豆带状复合种植示范研究

目前我国大豆供需矛盾突出,近80%的大豆依赖进口,开展玉米-大豆条带复合种植,即在不影响玉米产量的情况下,获得一定产量的大豆,是解决这一问题的有效途径。本试验选用紧凑型玉米品种(良玉88、铁研58、东单6531)和耐荫型大豆品种(辽豆32、沈农8号、辽豆15)为试验材料,组配良玉88-辽豆32﹑良玉88-沈农8号、良玉88-辽豆15、东单6531-辽豆32、铁研58-辽豆32五个组合,进行带状复合种植,以期从中选择出适合于辽宁地区玉米-大豆带状复合种植的品种组合方式。结果表明:良玉88-辽豆32组合玉米大豆总产量最高,其次为东单6531-辽豆32组合和铁研58-辽豆32组合。在玉米-大豆带状复合种植中,应选择单株荚数、单株粒数、单株粒重有优势的大豆品种,选择穗行数和行粒数有优势的玉米品种。综合考虑玉米和大豆性状的组合,良玉88-辽豆32组合的综合性状较好,是适宜辽宁省玉米-大豆带状复合种植的品种组合。     

低氮胁迫下我国不同年代玉米品种产量及产量构成因子变化趋势研究

试验以我国不同年代的35个玉米品种为材料,在施氮肥和不施氮肥两个水平下对产量、穗长、穗粗、穗粒数、秃尖长、轴粗、百粒重共7个农艺性状进行考查比较。结果表明,除轴粗以外,其余几个农艺性状不同年代间差异均达到显著或极显著水平,随年代变化玉米品种产量显著提高,氮胁迫压力下不同年代玉米品种产量均下降。正常施氮条件下,各年代玉米品种的穗长、穗粗、穗粒数呈上升趋势,低氮胁迫降低了穗长、穗粗、穗粒数及百粒重,而对轴粗无明显影响。研究还表明,1950年以来我国玉米品种的耐低氮能力没有明显提高。育种工作要在自交系选育中重视低氮条件,为进一步培育耐低氮杂交种奠定基础。     

北方杂交粳稻产量性状分析

以辽宁省的13个杂交粳稻品种为试材,研究了产量性状与产量的相关性。结果表明:产量性状中,穗粒数是影响产量的主导因素,千粒重是影响产量的重要因素。穗长和二次枝梗数对产量影响大,株高对产量也有一定影响。     

麦茬耕作方式对免耕直播夏玉米产量建成的影响

基于始于2012年的不同耕作方式长期定位试验，分析冬小麦播前深翻(DT)、旋耕(ST)和免耕(NT)3种耕作方式对后茬免耕直播夏玉米生长(干物质积累与分配)、生理指标(叶面积指数和SPAD值)、子粒灌浆速率的影响，探析麦茬耕作方式对后茬夏玉米生长发育和产量建成的影响。结果表明，ST处理成熟期干物质积累量显著高于DT和NT处理(P<0.05)，穗部干物质的分配比例分别较NT与DT处理显著增加了7.94%～13.79%、10.34%～17.48%。ST处理叶面积和持绿性优于DT和NT处理。ST处理的子粒灌浆速率较DT与NT处理提高12.71%～18.96%、5.25%～8.71%，最终获得最大产量。因此，冬小麦-夏玉米1年两熟种植模式下，麦茬旋耕更利于免耕直播夏玉米的生长和产量建成。     

Critical water content and water stress coefficient of soybean (Glycine max [L.] Merr.) under deficit irrigation

The objective of this research was to investigate the critical water content (θ _c) and water stress coefficient (K _s) of soybean plant under deficit irrigation. This research was conducted in a plastic house at the University of Lampung, Sumatra in Indonesia from June to September 2000. The water deficit levels were 0–20%, 20–40%, 40–60%, 60–80%, and 80–100% of available water (AW) deficit, arranged in Randomized Completely Block (RCB) design with four replications. The results showed that the soybean plant started to experience stress from week IV within 40–60% of AW deficit. The fraction of total available water (TAW) that the crop can extract from the root zone without suffering water stress (p) was 0.5 and θ_c was 0.305 m³ m⁻³. The values of K _s at p=0.5 were 0.78, 0.86, 0.78, and 0.71 from week IV to week VII, respectively. The optimum yield of soybean plant with the highest yield efficiency was reached at 40–60% of AW deficit with an average K _s value of 0.78; this level of deficit irrigation could conserve about 10% of the irrigation. The optimum yield of soybean plant was 7.9 g/pot and crop water requirement was 372 mm.     

播期对水稻品种产量及构成因素的影响

以六个品种为试材,通过分期播种试验,研究了播期对不同品种的产量及产量构成因素的影响。结果表明,播期间产量差异显著,播期推迟,多数品种的产量下降。另外,每穗秕粒数、每穴成粒重的播期间差异达极显著水平,每穗秕粒数的品种播期互作效应显著,因而要选择适宜的品种和播期。六个品种中,沈农315、辽粳454在4月23日播种,6月2日移栽,适于当地种植,产量较高。