江西鹰潭地区早稻氮素营养光谱诊断模型的构建与应用

 【目的】建立基于水稻冠层归一化植被指数NDVI的早稻氮素诊断模型,并利用模型指导水稻生产实践,实现水稻氮素追肥的精确定量。【方法】基于不同氮肥处理的田间试验数据,建立了水稻冠层NDVI与植株吸氮量之间的定量关系,并利用独立试验数据进行了检验,筛选出最佳的氮素光谱诊断模型。在此基础上,结合水稻高产栽培经验,对早稻的追肥用量进行了实时推荐,并和当地农户施肥模式及氮肥-产量曲线计算出的最佳氮肥用量和产量进行对比。【结果】水稻关键生育时期(苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期)的冠层NDVI与水稻植株吸氮量都呈显著正相关,相关性高于整个生育期,指数函数拟合效果要优于线性函数。独立试验检验结果表明,单生育时期的预测效果高于整个生育期,指数模型优于线性模型;其中,分蘖期和拔节期的光谱诊断模型表现最佳,预测精度分别为0.907和0.941。推荐施肥应用表明,与常规农户施肥模式相比,光谱诊断施肥模式在产量不减少的情况下降低了氮肥用量,提高了氮素利用率,而产量与常规施肥没有显著差异。在低密度和高密度处理下,光谱推荐施肥模式的施氮量与最佳施氮量的误差分别为2.12%、-2.22%;而产量与最高产量的误差分别为-0.75%、-5.04%。【结论】光谱推荐施肥模式可在保证产量的情况下,降低氮肥用量,提高氮肥农学利用率,在水稻生产中有较好的推广利用价值。     

基于主动光谱仪的水稻叶面积指数监测

叶面积指数(LAI)是描述作物长势的重要参数,LAI的实时动态监测对水稻生长诊断和管理调控具有重要意义.为分析水稻LAI与光谱参数的定量关系,设置了不同年份、不同氮肥水平的田间试验,于移栽后定期测试水稻冠层光谱参数,并同步定株测量LAI.结果表明,LAI可以基于主动光谱仪构建的植被指数(NDVI和RVI)进行模拟,NDVI(770,660)、RVI(770,660)均能较好地模拟LAI,预测精度分别为0.97、0.92,RMSE分别为0.41、1.32,RE分别为0.16、0.28,利用主动光谱仪可以实现水稻LAI的快速无损监测,为指导水稻精确管理提供了技术支持.     

施氮量对不同基因型水稻品种氮素吸收利用的影响

以10份干物质生产效率不同的水稻品种为材料,用土培盆栽试验研究4种不同施氮水平对水稻植株干物质积累量、氮素积累量和干物质生产效率的影响。结果表明:施氮提高了水稻干物质和氮素的积累,但不同基因型水稻品种对施氮的响应程度不同。随施氮水平的提高,不同基因型水稻植株氮含量、氮素积累量以及干物质积累量显著上升,但氮素干物质生产效率明显下降。植株氮素积累量与植株氮含量、干物质积累量呈极显著正相关,植株氮素干物质生产效率与植株氮含量、氮素积累量呈极显著负相关。种植不同基因型水稻品种的土壤氮素表观平衡间存在显著差异,此差异随施氮水平提高而更加明显。     

基于冠层反射光谱的水稻群体叶片氮素状况监测

 研究了不同氮肥水平下多时相水稻冠层光谱反射特征及其与叶片含氮量等参数的关系。结果表明 ,水稻冠层光谱反射率与叶片氮积累量 (单位土地面积上叶片的氮素总量 )显著相关 ,尤其是近红外与绿光波段的比值(R810 /R560 )与叶片氮积累量 (LNA)呈显著线性关系 ,不受氮肥水平和生育时期的影响 ,回归方程为LNA =0 .85 9R810 /R560 - 1.15 96。利用不同粳稻品种、播期、密度、水分和氮肥处理的数据对方程进行了较充分的检验 ,表明模拟值与实测值之间符合度较高 ,估算精度为 91.2 2 %,估计的RMSE为 1.0 9,平均相对误差为 0 .0 2 6。     

水稻不同器官氮积累及转化效率与氮素利用效率的关系

【目的】分析灌浆过程中不同器官的氮素含量和积累及分配变化与氮素利用效率的关系。【方法】在田间试验条件下,研究了10个水稻基因型的各组织器官氮素积累、分配利用与氮素利用效率间的相互关系。【结果】在籽粒灌浆过程中穗中的氮素含量品种间没有显著的差异而鞘叶和茎中的氮素含量主要在灌浆后期呈显著的差异。穗中氮素积累的增加伴随着鞘叶和茎的氮素积累的下降,尤其是鞘叶更明显,植株总吸氮量在器官中的分配比例随籽粒灌浆进程穗中氮素比例增加伴随鞘叶和茎的氮素比例减少。同样,穗、鞘叶、茎的氮素积累量和分配比例籽粒灌浆后期品种间呈显著的差异。籽粒灌浆不同时期的氮素利用效率品种间呈显著差异,其中成熟期氮素利用效率与成熟期穗和鞘叶氮素含量、鞘叶的氮素积累量和鞘叶氮素分配比例呈显著的负相关,与灌浆中后的穗氮素积累分配比例呈显著的正相关。【结论】在水稻氮高效育种工作中,结合组织氮素进行选择,可有效地提高选择效果。     

优质水稻品种氮素营养诊断与定量调控

为提高氮肥利用率,以空育131和龙粳21为试验材料,探讨不同基因型优质水稻品种在不同的施氮模式下生物量和产量差异,建立水稻无损氮素营养诊断与定量调控的方法和指标。结果表明:空育131总生物量随着施氮量的增加而呈现递增趋势,龙粳21处理3(氮肥总施用量100 kg·hm~(-2))生物量最大,处理4(氮肥总施用量130 kg·hm~(-2))次之;两个品种均表现为处理4(氮肥总施用量130 kg·hm~(-2))理论产量和实际产量较高,处理1(不施用氮肥)理论产量和实际产量较低。     

不同氮水平下鄂麦18氮养分积累规律及产量变化

采用氮素6水平4重复随机区组大田试验设计,研究鄂麦18氮素营养积累规律和产量变化.结果表明,随着施氮量的增加鄂麦18的子粒产量、干物质积累量、植株含氮量均增加,但当氮水平达到225kg·hm-2时再增加施氮量增产不显著;从苗期到成熟期,不同处理小麦植株含氮量逐渐下降,氮吸收积累量在齐穗开花期前呈逐渐增加趋势,成熟期出现下降,这可能与植株氯素挥发和淋溶损失有关.所以,在湖北省小麦种植区中等肥力条件下,鄂麦18适宜施氮量为225 kg·hm-2,单产可达6 948 kg·hm-2.     

FACE水稻氮素动态的模拟研究

为了明确开放式空气CO2浓度增高(FACE)对水稻氮素动态的影响,借助目前我国惟一的FACE技术平台,以武香粳14为供试品种,设置不同施N量处理,研究了大气CO2浓度比对照高200μmol.mL-1的FACE处理对水稻N素吸收利用动态的影响。结果表明,FACE处理使水稻各生育期N素累积量增加,而使含N率下降;增施N肥使FACE及CK条件下的N素累积量均有不同程度的增加。在此基础上建立了相应的模拟模型,模型以时间为驱动因子,描述了水稻N素累积量及含N率随移栽天数的动态变化过程,对CO2浓度增加及常规条件下水稻N素的动态变化均有很好的拟合性。通过不同年份试验数据对模型的检验,结果表明模型的预测性能好,具有很好的适用性。     

麦秸对大豆植株氮素变化和转运的影响

１９９２～１９９３年采用盆栽试验，研究了施用麦秸对大豆生育期中氮素变化及籽实形成期间氮素转运的影响。试验结果表明，施用麦秸，特别是在氮肥基础上施用麦秸使植株各部位全氮增加，并使植株各部位吸氮量高峰出现时间向后推移，同时提高了叶部吸氮量占植株总吸氮量的比率。施用麦秸使成熟期大豆植株的氮素表现转运率比未施麦秸处理提高２４．７４％，其中叶部提高１５．７３％；施麦秸处理大豆籽实中再转运氮占籽实总氮的百分率比未施麦秸处理提高１４．７８％，并提高了大豆籽实的吸氮总量。     

模拟水分胁迫条件下水稻的氮素营养特征

在正常及PEG模拟水分胁迫条件下研究水稻对不同质量比例(100／0，75／25，50／50，25／75和0／100)铵态氮/硝态氮处理的响应特征。结果表明，两种培养条件下，水稻均在NH4^ -N和NO3^--N混合营养时生长更好，氮素养分吸收更多；正常培养的水稻幼苗在NH4% -N／NO3^--N为75／25时生长最好，而模拟水分胁迫培养则以25／75处理生长最好；模拟水分胁迫处理显著促进水稻对NO3^--N的吸收并抑制NH4^ -N的吸收；正常培养条件下，NH4^ -N／NO3^-N为75／25时水稻幼苗可获得最高的水分生产效率，而模拟水分胁迫培养的幼苗水分生产效率随NO3^-N施用比例增加而提高。     

基于改进的VGG16网络和迁移学习的水稻氮素营养诊断

为实现水稻氮素营养的快速、准确识别,采用改进的VGG 16网络和迁移学习相结合的水稻氮素营养诊断识别方法,以杂交稻‘两优培九’为试验对象进行田间试验,设置4组不同的施氮水平(施氮量分别为0、210、300和390 kg/hm²),在水稻幼穗分化期和齐穗期,扫描获取水稻叶片图像数据;通过图像预处理方法,对数据进行扩充;构建改进的VGG16和迁移学习相结合的网络模型对水稻叶片图像数据进行氮素营养诊断识别。结果表明：1)在幼穗分化期时,改进的VGG16网络的识别准确率为93.1%,模型大小约为迁移学习VGG16模型的1/6,训练时间约为1 261 s。2)在水稻幼穗分化期和齐穗期,该模型微调后的识别准确率均能达到95%以上。基于迁移学习和改进的VGG16网络所建立的水稻氮素营养诊断模型具有较好的泛化能力,可以预测水稻氮素营养状况,为水稻氮素营养诊断提供参考。     

氮肥运筹对水稻干物质积累和氮肥利用率的影响

以北方超级稻铁粳7号为试材,重点分析了氮肥运筹对水稻生产干物质积累和氮肥利用率的影响。结果表明,增加施氮量有利于提高铁粳7号的干物质重,在施纯氮255 kg/hm2、基蘖肥与穗粒肥比为8:2处理下成熟期的总干物重达到最高为15 570 kg/hm2;增加施氮量会提高铁粳7号的总吸氮量,但氮素回收率和氮素收获指数会下降,而氮素生理利用率以施纯氮210 kg/hm2处理最高。     

杂交水稻氮钾肥施用量的研究

通过设置氮钾肥不同施用量田间试验,观察对杂交水稻生育和产量的效应。结果表明:茎蘖数、叶面积和叶重随氮钾肥用量的提高而增加;群体生长率、茎鞘重、穗重、总干物重和稻谷产量,与氮钾肥用量呈显著水平的抛物线型关系。杂交水稻对氮肥较敏感,宜按最高产量目标推荐施氮量,按最佳经济收益推荐施钾量。在高产栽培条件下,每生产100 kg稻谷的适宜N、K2O用量分别是1.8 kg和1.6 kg。     

不同株高粳稻氮素累积和转运的基因型差异

以矮秆粳稻4007、武运粳和高秆粳稻豫粳和云粳为材料,研究了不同株高水稻累积和转运氮素的基闪型差异。结果表明,4007和武运粳的产量显著高于豫粳和云粳。矮秆粳稻4007和武运粳在分蘖期累积的氮素量低于豫粳和云粳,开花期后吸收的氮素显著高于豫粳和云粳。矮秆粳稻转运到籽粒中的氮素转运量和转运率以及籽粒氮素产量均显著高于高秆粳稻,而成熟时残留在茎叶中的氮素低于高秆粳稻。上述结果表明,种植矮秆粳稻更有利于水稻高产和提高氮素的利用效率。     

内生真菌发酵产物对水稻氮肥利用率的影响

采用盆栽试验,研究了人参和沙棘2种药用植物的内生真菌发酵产物(RD和SD)对辽星一号水稻品种氮肥利用率的影响。在水稻插秧前,分别用250 ng/ml RD、250 ng/ml SD、250 ng/ml水进行15 min浸根处理,于拔节期、抽穗期、成熟期各取有代表性的植株测定其全氮含量,并分别计算水稻的氮素累积量、氮素吸收总量、氮素阶段累积量、氮素阶段吸收速率、氮肥农学利用率、氮素生理利用率。研究结果表明:RD、SD处理后水稻氮素累积量、氮素吸收总量、氮素阶段累积量、氮素阶段吸收速率、氮肥农学利用率、氮素生理利用率均显著高于对照。表明2种药用植物的内生真菌发酵产物(RD和SD)能够有效地促进水稻对氮肥的吸收。     

籼稻品种间氮素吸收利用的差异及其对产量的影响

2001~2002年,在群体水培条件下,以不同年代育成的籼稻代表品种国内88个和国外122个为材料,成熟期测定植株的干物重(包括根系)、全氮含量及产量,分析籼稻品种间成熟期氮素累积量、氮素干物质生产效率和氮素籽粒生产效率的差异及其对产量的影响。结果表明:成熟期氮素累积量、氮素籽粒生产效率和氮素干物质生产效率,品种间差异很大,均达到极显著水平,其中,氮素累积量的差异明显大于氮素籽粒生产效率,氮素籽粒生产效率的差异又明显大于氮素干物质生产效率。相关分析表明,成熟期氮素累积量、氮素籽粒生产效率与籼稻品种的产量水平关系密切,氮素干物质生产效率与籼稻品种的产量水平关系不密切。逐步多元回归分析表明,成熟期氮素累积量和氮素籽粒生产效率对籼稻品种的产量水平均有显著影响(R2=0.957~0.974),提高成熟期氮素累积量和氮素籽粒生产效率均可提高籼稻品种的产量水平。通径分析显示,籼稻成熟期氮素累积量对产量的直接影响比氮素籽粒生产效率大40%~70%。作者认为,籼稻品种的选育应在保持较高氮素累积量的基础上,重点改良提高氮素籽粒生产效率,有利于实现籼稻品种高产与高效的有机统一。     

氮肥对乌拉尔甘草生长及有效成分的影响

2002年作者在盆栽条件下研究了氮素营养对1、2年生乌拉尔甘草产量和质量的影响．结果表明,在氮素梯度试验中，当施氮量到达0.15 g/L之前，氮的增施对甘草主要生长、生理、产量和药效等指标均有良好的促进作用，以0.10～0.15 g/L为最佳，而超过0.15 g/L时，甘草开始受到抑制，各指标均有不同程度的下降．甘草净光合速率与生物量、产量呈显著线性正相关．提高施氮水平对甘草酸含量有不同程度的促进作用．      

施氮方式对川中丘陵区玉米产量和氮肥利用的影响

主要探讨适合川中丘陵区地膜移栽玉米的高产高效施肥方式,采用田间试验,以不施氮处理为对照,在当地习惯施氮量(300kg N/hm2)的条件下,设置了4种不同施氮方式(SF:复合肥+普通尿素+碳铵一次性底施;DF:复合肥+普通尿素+碳铵分底追肥两次施用;BN:包膜尿素缓释氮肥一次性底施;PN:包膜尿素+普通尿素一次性底施)。结果显示增施氮肥相比不施氮处理有显著的增产效应(14.57%),平均氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别为15.35%、2.75kg/kg N和21.65kg/kg N。普通氮肥分底追两次施用(DF)处理的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均明显高于氮肥一次性底施的处理(PN、BN、SF)。而在氮肥一次性底施处理中,氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均表现为PN处理BN处理SF处理。DF处理的植株干重和氮素积累量(TNAA)明显高于氮肥一次性底施处理(SF、BN、PN),但在干物质与氮素转移方面的差异并不显著。相同施氮量条件下,普通氮肥分底追两次施用(DF)方式可获得高产;从节约劳动力和简化施肥角度看,则宜采用包膜尿素与普通尿素配合(PN)的氮肥一次性底施方式。