基于高光谱的渭北旱塬区棉花冠层叶面积指数估算

以棉花冠层高光谱反射率与冠层叶片叶面积指数(LAI)为数据源,在分析LAI与原始高光谱反射率、一阶微分光谱反射率、光谱提取变量和植被指数相关性的基础上,采用一元线性与多元回归的方法构建了棉花LAI高光谱估算模型,并进行精度估算。结果显示,在可见光范围内随着生育期的推进及施氮量的增加冠层光谱反射率逐渐降低,在近红外范围内从苗期到花铃期随着施氮量增加反射率逐渐增加,花铃期到吐絮期反射率明显降低;各生育期冠层光谱的提取变量与LAI的相关性不强,全生育期各种光谱提取量及植被指数与LAI的相关性高于不同生育期;棉花冠层叶片LAI在反射光谱1 461 nm处相关系数达到最大值(r=-0.726);对于一阶微分光谱,LAI的敏感波段发生在742 nm处,r=0.744;以敏感波段742 nm一阶微分光谱反射率建立的逐步回归估算模型精度最高,RMSE=0.94,RE=26.27%,r=0.78。说明以全生育期为基础,采用一阶微分光谱敏感波段,并根据实际条件选择有效的估测模型,可以进行棉花LAI的预测。     

小麦条锈病多时相冠层光谱与病情的相关性

通过田间接种诱发了不同等级的小麦条锈病,随着条锈病的传播,在不同的小区间形成病情梯度,利用ASD手持式地面非成像光谱仪(325～1075nm)测定不同生育期、不同病情指数的冬小麦冠层光谱反射率,并同步调查病情指数,进而对不同生育期、不同病情指数的小麦条锈病冠层光谱反射率进行相关分析。结果表明,不同病情指数的冬小麦植株在600～703、770～930nm波段的冠层光谱反射率存在显著差异,并在波段770～930nm间,病情指数(DI)与光谱反射率呈显著负相关,负相关系数达到极显著;而在600～703nm间,病情指数与光谱反射率呈显著正相关,相关系数达到极显著。构建了3个生育期病情指数与650和850nm波段处的光谱反射率的回归方程:拔节期,DI=13.03×R650nm-0.67×R850nm 10.22(R2=0.6570);灌浆期,DI=48.63×R650nm-2.41×R850nm-41.51(R2=0.8196);乳熟期,DI=24.42×R650nm-5.10×R850nm 67.77(R2=0.7336)。     

基于高光谱反射率的糜子冠层叶片叶绿素含量估算

连续两年大田试验研究不同糜子品种叶绿素含量与冠层光谱反射率,并基于不同植被指数建立糜子叶片叶绿素含量的估测模型。结果表明,参试糜子品种叶绿素含量在整个生育期呈现"低-高-低"的抛物线变化趋势,最大值出现在抽穗期到开花期之间;不同品种各生育期内冠层光谱反射率趋势一致,在近红外波段,冠层光谱反射率与叶绿素含量呈稳定正相关,灌浆初期光谱反射率达到最大值;可见光波段,拔节期、开花期和灌浆初期冠层光谱反射率与冠层叶绿素含量呈正相关,成熟期呈负相关;糜子冠层叶绿素含量与760~900、630~690、550 nm波段组合的植被指数具有较高相关性;基于RVI、PSNDb、GNDVI750能较好地建立糜子叶绿素含量统一检测模型,决定系数分别为0.791、0.779、0.748;模型验证的相对误差分别为9.58%、8.93%、11.80%;均方根误差分别为0.045、0.140、0.196。表明利用RVI、PSNDb、GNDVI750建立的模型能较为准确地预测糜子冠层叶绿素含量。     

引黄灌区水稻不同生育期叶绿素含量估测

叶绿素是植物光合作用的物质基础。为了探讨不同生育期水稻冠层光谱与叶绿素含量的响应规律,以宁夏引黄灌区水稻为材料,经小区试验测定水稻冠层光谱与叶绿素含量,分析冠层光谱反射率与叶绿素含量的相关性,建立两者之间的相关模型,结果表明:不同生育期内,水稻冠层光谱反射率差异较大;水稻冠层光谱反射率与叶绿素含量相关性随着生育期的推进而逐渐降低;基于全波段归一化光谱指数(NDSI)构建的拔节期(NDSI_((456,475)),R~2=0.6502)、抽穗期(NDSI_((748,782)),R~2=0.5264)、乳熟期(NDSI_((822,823)),R~2=0.5708)、蜡熟期(NDSI_((730,731)),R~2=0.4396)叶绿素模型能较好地预测水稻冠层叶绿素含量。     

基于冠层高光谱的甜菜不同生育时期SPAD值估测研究

文中基于高光谱与田间试验进行了甜菜不同生育时期(甜菜幼苗期、叶丛生长期、块根膨大期和糖分积累期)SPAD值估测研究。采用便携式ASD光谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别实测了甜菜冠层反射光谱和SPAD值,分析不同生育时期冠层高光谱响应特征,并对12种光谱指数与不同生育时期的冠层SPAD值进行相关性分析,最后建立了SPAD值的最佳估测模型。研究结果表明:在可见光波段(450-680nm)与近红外波段(760-950nm),甜菜不同生育时期冠层反射光谱存在明显差异;不同生育时期所筛选的3种光谱指数与SPAD值均达到了极显著(p<0.01)或显著(p<0.05)相关水平;甜菜幼苗期、叶丛生长期、块根膨大期和糖分积累期分别以NDVI、SDr/SDy、CCI和SDb为单一自变量所建立的估测模型最佳,模型决定系数R~2分别达到了0.573、0.212、0.363和0.324。     

基于连续小波变换的干旱胁迫下玉米冠层叶绿素密度估测

测定了玉米各生育时期干旱胁迫下冠层叶绿素密度及冠层光谱数据,利用原始光谱反射率与冠层叶绿素密度进行相关性分析,采用常用植被指数、波段自由组合、连续小波变换构建玉米冠层叶绿素密度估测模型,并用决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)进行精度检验。结果表明:冠层叶绿素密度在抽雄期相较于正常对照,轻度、中度、重度干旱胁迫处理分别下降7.8%、29.5%、44.2%;波段自由组合指数RVI(555,538)、NDVI(555,538)和敏感小波系数bior5.5(26,792)、rbio2.6(22,790)、gaus6(21,791)与叶绿素密度的相关性较高,相关系数绝对值均达到0.900以上;基于敏感小波系数构建的冠层叶绿素密度估测模型验证集R~2均在0.850以上,相较于其他植被指数模型R~2平均提升20.6%,RMSE平均降低32.6%;最优模型为以gaus6(21,791)为自变量的一元线性回归模型,R~2为0.864,RMSE为1.532。利用连续小波变换对光谱数据进行预处理,可以有效提升玉米冠层叶绿素密度估测模型的精度。     

冬小麦特征光谱对其全氮和硝态氮的响应

通过田间试验,测定了不同施氮水平下冬小麦冠层在6个典型生育期地上部分全氮和硝态氮含量以及冠层光谱,系统分析了单波段反射率、可见光和近红外波段组合而成的归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)等8种常见植被指数与相应时期地上部分全氮和硝态氮含量的相关性。结果表明,施氮量增加,全氮、硝态氮含量、冠层近红外波段反射率都随之增加,但当施氮量增加到300 kg/hm2(一次性施入)时,上述各项指标均降低;整个生长期中孕穗期在近红外区域反射率最高,与可见光波段反射率相差最大;6个生育期单波段510~1 100 nm反射率、NDVI、RVI等8种植被指数与全氮和硝态氮含量呈显著或极显著相关,植被指数的相关性较单波段高,且与全氮的相关性明显大于与硝态氮的相关性。选择NDVI(560 nm,760 nm)和NDVI(660 nm,760 nm)可以准确拟合冬小麦地上部分全氮和硝态氮含量,对前者的拟合度0.80,对后者的拟合度0.53。     

基于无人机成像高光谱的棉叶螨为害等级估测模型构建

为快速、实时、准确地了解新疆棉田棉叶螨（优势种为土耳其斯坦叶螨Tetranychus turkestani）的发生情况,利用高光谱图像中的7种植被指数,使用一般线性回归分析方法分别构建不同棉叶螨为害等级棉花冠层叶片叶绿素相对含量（用soil and plant analyzer development（SPAD）值表征）遥感估测模型和棉叶螨为害等级遥感估测模型,实现棉叶螨为害的实时监测。结果显示：不同棉叶螨为害等级对应的棉花冠层光谱反射率存在明显差异,棉叶螨为害等级与棉花冠层叶片SPAD值呈显著负相关关系。在7个不同棉叶螨为害等级对应的棉花冠层叶片SPAD遥感估测模型中,SPAD-红边归一化植被指数估测模型的估测决定系数为0.915,均方根误差为3.451,识别精确度显著高于其他模型。表明利用棉花冠层叶片SPAD遥感估测模型可快速无损地获取棉叶螨为害数据,构建的棉叶螨为害等级估测模型可用于植保人员快速准确获取棉叶螨为害情况。     

基于实测光谱的环境减灾卫星HSI数据应用实效性检验

以石河子地区兵团农八师143团10连的棉花大田作为研究区,采用ASD(Analytical Spectral De-vices)公司研制的Field Spec3光谱仪对不同播期、生育期的棉花冠层进行反射光谱野外数据采集,并对其光谱特性和变化规律进行分析。对比分析实测光谱与同期环境减灾卫星HSI数据,评价HSI应用有效性。结果表明:1)不同生育期的棉花在750～950nm间,差异显著,因此可以用光谱曲线来区分不同生育期的棉花。2)选取了波长在450～950nm间实地观测光谱数据波谱特征,并把对应波段的HSI数据进行转化处理。3)运用HSI数据校正前后反射率与实测棉花光谱反射率进行对比,得出HSI数据经过大气校正后,获得的地物真实高光谱反射率,波长大于700nm波段范围内校正结果与地面实测值较一致,其它波段校正后的结果反射率高于地表观测光谱值,说明该分析为HSI数据定量分析与应用提供了一定的实例进行了验证。     

低温胁迫下春玉米生长参数及产量影响分析

以先玉335为材料,对玉米拔节期和大喇叭口期分别进行了15℃低温胁迫及对照试验。结果表明:低温胁迫导致植株株高、生物量及叶面积明显下降,并且拔节期受低温的影响要大于大喇叭口期;低温导致玉米蒸腾速率的降低及光合速率下降,光合速率下降10%左右,蒸腾速率下降58%~64%;不同发育期玉米光谱反射率对低温胁迫的响应基本相同,可见光波段,受低温胁迫的玉米冠层光谱反射率均有所增加,近红外波段(780~1 350nm),受低温胁迫的玉米冠层反射率降低;低温导致产量明显下降,拔节期减产率为34%,大喇叭口期减产率达到38%,大喇叭口期低温对产量的影响更为显著。     

冠菌素对玉米抗倒伏能力及产量的影响

在田间条件下,以玉米品种先玉335和郑单958为材料,在八展叶时于叶面喷施不同浓度 (0、0.01、0.1、1和10 μmol/L) 冠菌素 (COR),研究了COR对玉米抗倒伏能力及产量的影响。结果表明:经10 μmol/L COR处理后,先玉335的株高和穗位高分别比对照降低了7.0%和19.9%,郑单958分别降低了20.8%和18.2%,单株叶面积、节间抗折断力、穗下第8~14节间长度和节间最大直径与对照间亦差异显著。且随着COR浓度的增加,先玉335和郑单958的株高、穗位高、单株叶面积和穗下第8~14 节间长度均逐渐降低;第8~14节间最大直径和节间抗折断力逐渐增大。经1 μmol/L COR处理后,2个供试玉米品种的产量、穗数、穗粒数和千粒重较对照均有所增加,其中先玉335的产量较对照增加了9.9%,郑单958增加了4.3%。综上所述,COR可以提高玉米的抗倒伏能力,不同品种玉米对COR的敏感性不同,其中先玉335抗倒伏的最适COR浓度为10 μmol/L,郑单958抗倒伏的最适COR浓度为1 μmol/L。     

鞘腐病发生程度与玉米倒伏及产量损失间的相关性分析

为深入探讨鞘腐病的发生对玉米倒伏及产量的影响,通过温室接种法测定了玉米不同发育阶段鞘腐病的发病程度及相关防御酶活性,以确定玉米鞘腐病的易感时期;并通过田间接种不同浓度的层出镰孢菌获得不同发病级别的玉米鞘腐病病株,于乳熟期调查病害发生程度,利用YYD-1B数显植物茎秆强度检测仪测定每株玉米茎秆的抗倒伏能力,收获后测定其产量。结果显示,玉米鞘腐病的易感时期为开花期,郑单958和浚单20在此时期鞘腐病的发病率分别为64.36%和40.22%;病情指数分别达42.73和19.58,均高于其它时期;玉米自交系OH43Ht1、郑58和杂交品种郑单958的茎秆抗倒伏能力均随着玉米鞘腐病发病级别的升高而降低;郑58和郑单958的产量随玉米鞘腐病发病级别的升高而降低,每公顷产量损失郑58从13.84%增加到29.53%、郑单958从3.99%增加到16.72%。表明玉米鞘腐病严重发生时能够降低玉米的抗倒伏能力和产量,且对自交系的影响大于杂交品种,生产中应引起高度重视。     

高产高效栽培下春玉米生育后期冠层结构及其光合特性的研究

以郑单958为供试品种,设高产高效栽培（GCGX ）和农户传统栽培（CK ）2个处理,于2012年和2013年连续2a进行田间试验,测定春玉米生育后期冠层结构及其光合特性的变化规律。结果表明：吐丝期和乳熟期株高、穗位高产高效栽培略高于农户传统栽培。与农户传统栽培相比,高产高效栽培春玉米叶面积指数较大,在生育期上表现为吐丝之后更为明显,在叶位上表现为棒三叶以下叶片最为突出;不同叶位的叶倾角高产高效栽培显著小于农户传统栽培,而叶向值均显著大于农户传统栽培,在棒三叶表现最为明显;高产高效栽培生育后期净光合速率显著高于农户传统栽培,冠层光合能力极显著高于农户传统栽培。高产高效栽培下春玉米产量为14．009 t· hm－2（2012）和13．255 t· hm－2（2013）,均极显著高于农户传统栽培。     

赤霉素GA4+7种子引发处理对玉米光合作用及产量的影响

研究了外源赤霉素处理玉米种子对其光合特性的影响,可为通过外源激素调控玉米生长和种子加工技术开发提供依据。以玉米种子‘郑单958’为材料,设置10、60、120 mg/L 3个质量浓度的GA4+7[m（GA4）:m（GA7）=40:60]进行浸种后回干的引发处理,以常规不处理的种子为对照,测定了大田试验玉米叶片光合参数、叶绿素荧光参数、叶面积及光合产物积累量及光合色素含量。结果表明:GA4+7种子引发处理可提高玉米叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、单株叶面积、干物质积累量以及光合色素含量,同时可降低叶绿素a与叶绿素b比值,有效降低初始荧光（F0）,增大最大荧光（Fm）、PSⅡ的光能转换效率（Fv/Fm）和实际量子效率（F/Fm'）,提高百粒重和籽粒产量,其中以60 mg/L的GA4+7处理（G2）效果最明显。在三叶期、七叶期与拔节期,G2处理玉米的净光合速率分别比对照提高74.3%、42.6%和39.6%（差异显著,P0.05）,单株叶面积分别提高30.9%、48.5%和24.1%（差异显著,P0.05）,干物质积累量分别增加19.6%、46.9%和52.9%（差异显著,P0.05）,总叶绿素含量分别提高21.5%、12.1%和11.1%（差异显著,P0.05）,百粒重和籽粒产量显著高于对照,分别提高6.0%和9.7%（P0.05）。     

利用播期研究气候条件对黑龙江春玉米产量性状的影响

不同播期致使作物所处的气候条件不同,进而影响作物的生长发育和产量。本文以哲单37(特早熟,生育期113 d)、先玉335(中早熟,118 d)、郑单958(中熟,120 d)等3个玉米品种为试验材料,于2012年到2014年在黑龙江林甸县进行了为期三年分期播种试验,分析了玉米产量相关性状与各个生育阶段气象因子的关系。结果显示:分期播种对3个玉米品种均有影响,其中对早熟品种影响最大。播期主要通过影响玉米百粒重、穗长和秃尖引起产量的变化,贡献最大的因素是百粒重,总效应为0.847,其次是穗长,总效应为0.840,秃尖为负效应,总效应为-0.213。产量性状与气候条件相关性分析发现,玉米产量与抽雄~成熟期的日均温度、降雨呈显著正相关。因此在黑龙江第二积温带播种中早熟和中熟玉米品种(先玉335和郑单958)适当早播可增加抽雄~成熟期的日均温度,增加积温以达到增产的效果;晚播有利于避开早春易发生的干旱、冷害等自然灾害。采用偏最小二乘路径模型PLS-PM处理分析结果显示,播期对产量性状有较大的直接作用(0.763),同时通过影响各生育期的气候和土壤条件间接影响产量。综上所述,在黑龙江西部地区影响玉米产量最关键的气象因子是抽雄~成熟期的温度和降雨,此时适量的灌溉更有利于增加产量。     

利用光谱特征评价莲草直胸跳甲对喜旱莲子草的控制效果

为建立快速有效的喜旱莲子草生物防治效果评价技术体系,采用基于成像光谱遥感技术的多波段光谱辐射仪,研究了利用冠层光谱特征值评价天敌昆虫莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila对喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides控制效果的方法。结果表明,莲草直胸跳甲取食引起喜旱莲子草冠层光谱变化,在可见光区绿光波段（中心波长约560 nm）和近红外波段（中心波段810 nm）,喜旱莲子草冠层光谱反射率随莲草直胸跳甲密度的增加逐渐下降,而在红光波段（中心波长约660 nm）呈上升趋势。莲草直胸跳甲取食还导致喜旱莲子草植被指数的变化。在近红外区760～810 nm波段莲草直胸跳甲的控制效果与喜旱莲子草冠层光谱反射率呈极显著负相关,相关系数为-0.92,故可将760～810 nm波长范围作为监测莲草直胸跳甲对喜旱莲子草控制效果的敏感波段。     

玉米群体结构对年际间气象因子变化的反应

以晚熟稀植品种丹玉39和中晚熟密植品种郑单958为试材,通过5年的定点栽培试验,对玉米群体结构与年际间气象因子变化的关系进行研究。结果表明：玉米群体结构对年际间气象因子变化的反应不同,并导致不同年份的适宜密度和适宜密度范围发生变化,最终对产量造成影响。降水量及时间分布是影响群体结构的最主要因子,其次为日照时数。受影响最大的是叶面积指数,其次依次为叶向值、株高、透光率。6月下旬的降水量对LAI影响较大;7月上旬日照时数与叶向值密切相关;株高形成期的降水量是影响株高变化的根本原因。     

深松对春玉米根系分布及氮素积累与利用的影响

2015—2016年以先玉335和郑单958为试验材料,设置深松+旋耕（S+R）和旋耕（R）2个处理,研究了深松对春玉米根系分布及氮素积累与利用的影响。结果表明：深松疏松了土壤,有利于根系的生长,促进根系下扎,深松措施下先玉335和郑单958完熟期总根干重较旋耕处理分别提高了7.35%和9.25%,其中20~40 cm土层分别提高了15.52%和24.07%,30 cm以下土层根条数和根幅明显增加。深松改善根系形态特征,增加了根系与氮素的接触机会,促进了春玉米对氮素的吸收和累积,使单位重量根系氮素吸收量明显提高,吐丝前S+R处理的先玉335和郑单958单位重量根系氮素吸收量较R处理分别提高了11.22%和12.03%,处理间差异达到了显著水平。S+R处理的氮素吸收效率先玉335和郑单958较R处理分别提高6.11~6.40 kg·kg^-1和7.17~7.51 kg·kg^-1,氮肥偏生产力分别提高了3.86~8.00 kg·kg^-1和5.40~9.86 kg·kg^-1,氮素积累量分别提高了33.73~35.66 kg·hm^-1和27.85~36.61 kg·hm^-1。与先玉335相比,郑单958对深松更为敏感。     

玉米成熟过程中激素含量及其与子粒灌浆和脱水相关性分析

以先玉335和郑单958为材料,研究了黑龙江半干旱区玉米成熟过程中子粒和穗位叶中激素含量变化及其与子粒灌浆和脱水的相关性。结果显示,子粒中IAA、GA3和ZR含量与灌浆速率均呈正相关,且IAA达到极显著(P0.01),两品种相关系数分别为0.9506和0.9488;而穗位叶中ABA含量与灌浆速率呈负相关。子粒中ABA含量与子粒脱水速率呈负相关,IAA和ZR含量与子粒的脱水速率呈正相关,其中郑单958子粒中ZR含量与脱水速率相关性显著(P0.05),相关系数为0.8813;穗位叶中IAA、GA3、ZR和ABA含量与子粒脱水速率均呈负相关,先玉335穗位叶中ZR和ABA含量与脱水速率相关性显著(P0.05),相关系数分别为-0.9296和-0.9216;郑单958穗位叶中IAA含量则与脱水速率相关性显著(P0.05),相关系数为-0.8976。在半干旱春玉米区,玉米子粒灌浆速率主要与子粒中IAA、GA3、ZR和ABA等4种内源激素含量相关,而脱水速率则与子粒和穗位叶中各内源激素含量均相关。     

密度和品种对夏玉米产量及水分利用效率的影响

本试验旨在研究品种和密度对夏玉米产量及水分利用效率的影响,通过品种选择和密度优化为玉米节水高产提供依据。试验材料选择郑单958、屯玉808、先玉335、先玉1266、浚单29、陕单226、陕单609、延科288、西农211和华农138共10个玉米品种,设置6.75×104、7.5×104、8.25×104株·hm-2共3个种植密度,采用裂区设计进行田间试验,研究夏玉米产量、生物量、耗水量及水分利用效率随密度和品种的变化规律。结果表明:种植密度的增加会影响夏玉米的产量及水分利用效率,不同密度下以8.25×104株·hm-2的产量和水分利用效率最高,平均产量为7 954 kg·hm-2,水分利用效率为22.1 kg·hm-2·mm-1;不同品种夏玉米产量和水分利用效率对密度的响应存在差异,屯玉808的耐密性最好,西农211耐密性最差;产量越高的品种水分利用效率越高。因此在关中平原,适当提高种植密度,并选用耐密型高产品种是实现玉米种植节水高产的有效途径。本试验条件下,以8.25×104株·hm-2密度水平种植屯玉808、华农138、先玉1266和陕单609,以7.5×104株·hm-2密度种植郑单958,可同时获得产量和水分利用效率最高。