基于光谱指数的冬小麦变量施肥冠层光谱特征研究及产量分析

 【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥，实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据，选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数（OSAVI，optimization of soil-adjusted vegetation index）和变量施肥模型进行变量施肥管理（变量区），以相邻地块常规非变量（均一）施肥区（对照区）为对照，研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670 nm和760～900 nm处反射率差异明显，而670nm和760～900nm是氮素和冠层的敏感波段，说明进行变量施肥时，利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数；SAVI不同生育时期的变化情况，反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势；与对照区相比变量区提高产量达378.72 kg•ha-1，并降低了各小区产量之间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低，氮肥利用率提高，生态效益较为明显。【结论】该技术通过改善冬小麦群体质量，延缓了植株衰老，促进干物质和氮积累，增加冬小麦产量和氮肥利用率。     

基于冠层光谱数据和作物生长模型结合的冬小麦变量施肥优化算法研究

本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据,选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数OSAVI(Optimization of soil-adjusted vegetation index)与CERES-Wheat模型相结合进行变量施肥管理(变量区),对变量施肥模型进行验证并进行了优化,旨在为变量施肥提供理论依据。     

高光谱对冬小麦倒伏的响应

为了解冬小麦倒伏与冠层光谱的响应关系,以2013年6月的倒伏冬小麦为研究对象,通过测定倒伏角度及其冠层光谱,研究倒伏程度与冬小麦冠层原始光谱的关系,并进一步分析倒伏冬小麦与红边特征参数的响应规律。结果表明,在可见光范围内(400~760 nm),倒伏冬小麦的反射率比正常冬小麦的反射率高,冬小麦的倒伏程度与光谱反射率呈正相关;倒伏冬小麦在倒伏角度为20°~60°范围内,光谱反射率的增长速率大致相同。分析红边参数可知,倒伏冬小麦的红边位置随着倒伏程度的增加会发生红移现象,且红边幅值、红边面积随着倒伏程度的增大而增大。研究表明,冬小麦冠层高光谱能够敏感响应冬小麦倒伏程度,可为采用光谱遥感技术实时、快速、无损监测冬小麦倒伏奠定一定的理论基础。     

基于多角度高光谱遥感的冬小麦叶片含水率估算模型

准确的作物水分监测对于旱情评估具有重要意义。在分析研究区冬小麦多角度光谱特征后,利用不同水分处理下冬小麦实测叶片含水率和实测多角度光谱数据,基于植被光谱指数法,建立不同观测角度下冬小麦光谱植被指数、水分敏感波段光谱指数与叶片含水率之间的数学模型。结果显示,相对方位角与相对天顶角越小时,观测到的光谱指数与叶片含水率的相关关系越优;敏感波段组合构建的光谱指数中,1450nm波段分别与其他波段组合的NDSI、RSI指数与叶片含水率相关性在各观测角度条件下均较好,1 450 nm波段是冬小麦叶片含水率研究的最佳敏感波段;选取常见的4种植被指数(NDVI、EVI、WI和NDII)中WI和NDVI在各观测角度下与叶片含水率的相关性优于其他两种指数,决定系数R2均在0.83以上,P0.01呈极显著相关;综上建立的多角度光谱叶片含水率估算模型,平均相对误差MRE均小于0.154、均方根误差RMSE均小于0.098,拟合效果较好,尤其是光谱指数NDSI1160,1450、NDSI980,1450和植被指数NDVI、WI;基于以上4种指数建立的最优观测角度(0°,30°)模型,其中植被指数WI的估算效果最好,相关系数在各角度均达到5%的相关显著水平,MRE0.03,可作为最优观测角度反演研究的最优植被指数。     

冬小麦不同群体冠层结构的高光谱响应研究

 选择株型差异较大的冬小麦品种，并通过部分品种不同密度试验，分析了冠层结构的两个重要指标叶向值（LOV）与叶面积指数（LAI）与光谱特征参量的关系，同时对20个不同处理进行了聚类分析。结果表明，不同生育阶段株型指标LOV和群体大小指标LAI对光谱的贡献是不同的，前期（以拔节期为主）LOV对光谱的影响要大些，后期主要受LAI的影响；对拔节期包括品种和密度在内的共20个处理进行聚类分析，划分了株型和群体大小的不同组合4个（A-株型直立，群体较小；B-株型直立，群体较大；C-株型披散，群体较小；D-株型披散，群体较大）；拔节期不同类组冠层光谱反射率在400～700 nm范围内反射率由高到低的顺序为A>B>C>D，700～1 150 nm范围内顺序与其相反，并且差异更加显著，此期是利用光谱识别株型的最佳时期；利用近红外波段光谱特征值（拔节期到孕穗期光谱反射率的增量△R890与拔节期反射率R890）做散点图发现，不同类组在散点分布上具有显著差异，通过纵向反射率的差异以及横向两个阶段反射率增量的差异可以对不同群体冠层结构特征进行初步识别。     

冬小麦叶片氮含量的时空分布及光谱监测研究

叶片氮素含量与作物生长密切相关,为明确对氮素响应敏感的叶片位置,比较冠层光谱和叶片光谱预测叶片氮含量的精度,研究基于氮素运筹试验,测定叶片氮含量以及冠层、叶位光谱反射率,分析氮含量与反射率的响应关系。结果表明,冬小麦叶片氮含量随施氮量增加而增加,随生育进程而降低,其中,顶3叶变化幅度最大;孕穗期,各施氮处理含氮量大小趋势基本为顶2叶顶1叶顶3叶,其余时期为顶1叶顶2叶顶3叶,顶2叶对氮素响应也较为敏感;叶片光谱预测不同叶位叶片氮含量PLS模型效果均优于冠层光谱,R2最大达0.810,RMSE为0.242。研究以期为冬小麦氮素研究提供一定的理论依据。     

倒伏胁迫下冬小麦冠层光谱及红边特征

倒伏已成为影响小麦减产的主要因素之一,实时监测倒伏胁迫对小麦生长具有重要意义。通过人工模拟不同倒伏级别处理,利用光谱观测数据,分析了倒伏冬小麦光谱和红边参数变化特征。结果表明,倒伏小麦冠层光谱反射率较正常小麦整体增高,近红外波段比可见光波段增加明显,且倒伏级别越大反射率越高,表明冬小麦受倒伏胁迫后,冠层光谱对其响应敏感;倒伏小麦红边位置发生蓝移,红边幅值和红边面积则呈增大趋势。因此,可利用高光谱技术实现对冬小麦倒伏的实时监测。     

滨海盐渍土冬小麦高产配方施肥技术研究

（ｎ＝１２，ｒ０．０１＝０．７０８）；施磷量与小麦产量呈极显著负相关，ｒ＝－０．７５５７＊＊（ｎ＝１２）；氮磷配施与小麦产量之间有正相关趋势，ｒ＝０．５８１（ｎ＝１０，ｒ０．０１＝０．６３２）。表１中１０个氮磷配比有９个表现比单施磷肥处理增产。说明在盐渍土区增施氮肥和氮磷配施可获得显著增产效果。表１氮磷不同用量及配比对小麦产量的影响（１９９１～１９９３年，本所）注：肥料价格均按当年统销价，下同。“土加肥”指土壤中养分与肥料中养分之和，供试品种为鲁麦１４号。（二）最佳氮磷配比１９９２～１９９３年小区试验结果（表２）表明，不同施肥量级，最佳氮磷配比略有不同：在氮加磷１０～１６公斤／亩时，最佳氮磷比均表现为１．５∶１；７公斤／亩时为２∶１；１９公斤／亩时为１∶１。也就是说，随施肥量的加大，最佳氮磷比例逐渐变低。这个结论同时也从侧面印证了盐渍土小麦对氮肥反应的敏感性和氮磷配施的特殊性，即不同于土壤有机质和全氮含量高及偏酸性的内陆土壤的施肥特点。亲２氮磷不同用且及配比对小麦产且的影响（１９９２～１９９３，本所）（三）施肥量、施肥氮磷比例与最佳土壤氮磷比值通过小区试验对空肥区小麦所吸收的养分测算，在试验地土壤肥力条件?     

渭北旱塬不同施肥条件冬小麦降水产量效应

在旱棚控制条件下研究了氮磷水三因素交互效应及耦合模型，根据试验的产量结果建立了冬小麦产量与氮磷水三因素之间的产量函数模型。通过产量函数的主因素分析得出各因素对产量的影响顺序为水〉氮〉磷，并对渭北旱塬不同施肥条件冬小麦降水产量效应进行综合评价。     

旱地冬小麦不同肥料品种的施肥效应研究

2002～2004年,在山西临汾以常规化肥品种为对照,就德国引进的复合肥料进行了肥效研究。结果表明:德肥1号(15 9 15) 德肥2号(16 8 12)的肥效最高,较好地协调了旱地小麦产量三因素之间的关系,水分生产效率最高,较对照增产8.3%,水分生产效率提高18.1%。     

光谱技术在冬小麦氮素营养诊断中的应用研究

 1997～1999年度3个冬小麦田间试验结果表明，氮素营养水平直接影响冬小麦冠层光谱反射特性，红光波段和近红外波段是冬小麦氮素营养诊断的敏感波段，采用红光波段和近红外波段计算的比值植被指数RVI可以较为灵敏地反映冬小麦氮素营养水平。RVI与茎基部硝酸盐含量和叶绿素测定值等常规诊断指标均呈线性正相关关系，适宜作为氮素营养诊断指标。     

不同氮水平枣树冠层光谱特征

利用FieldSpec Pro FR2500光谱仪测定不同氮素处理下的红枣冠层光谱,分析其光谱特征变化规律及其与枣叶全氮质量分数的相关关系,旨在为枣树氮素营养的无损诊断提供理论基础。结果表明:同一氮处理水平下,红枣叶片展叶期的全氮质量分数最高,摘心前期最低。随着施氮量的增加,展叶期和摘心后期枣叶全氮质量分数增加速度较快。不同氮处理的枣树冠层波谱曲线整体变化趋势为在560nm附近和750~1 100nm分别有1个反射峰,反射率值分别达0.1~0.2和0.4以上;而在450、650、1 450、1 950和2 600nm处有5个吸收谷。不同生育期枣叶全氮质量分数与冠层光谱红边参数显著相关,且摘心后期红边位置(REP)和红谷位置(Lo)更快地向短波方向移动,出现"蓝移"现象。     

基于土壤无机氮测试的优化施肥对冬小麦产量和农田氮平衡的影响

应用基于土壤无机氮测试的优化氮肥管理措施对冬小麦进行氮肥管理,比较了优化施氮处理与传统施氮处理在拔节期的作物氮素营养状况、收获期的作物产量效应和对农田氮平衡的影响。结果表明：优化施氮处理的产量（6217kg／hm^2）与传统施氮处理产量（6223kg／hm^2）间差异不大,但较传统施氮处理节省氮肥40％,氮肥利用率从传统施氮的31％提高到优化施氮处理的50．6％。同时收获后优化施氮处理的土壤中的无机氮残留量（90kg／hm^2）远小于传统施氮处理（176kg／hm^2）,氮素表观损失量从传统施氮的82kg／hm^2减少到40kg／hm^2。     

不同施氮水平辣椒地上部全氮含量与冠层光谱反射率的相关性

为了给辣椒精准施肥及其高产、优质、高效生产提供依据,分析了2个辣椒品种在不同施氮水平下地上部分的全氮含量及其与冠层光谱反射率和叶绿素含量（SPAD）之间的相关性。结果表明：植株全氮含量在适量施氮处理下达最大值,随着施氮量的增加,叶片全氮含量与叶片 SPAD 呈极显著相关且相关性减小;冠层光谱反射率在760～1350 nm 能较准确地反映地上部分全氮含量和叶片全氮含量,说明通过光谱测定能及时监测辣椒的氮素状况,这为利用作物全氮含量计算施氮量提供了廉价、快速、实时的作物含氮量信息。     

宽幅带播对冬小麦冠层微环境及水分利用效率的影响

以大面积推广的多穗型品种矮抗58为供试材料,在大田条件下研究宽幅带播（幅宽8 cm）种植模式下不同带间距7 cm(KF7)、12 cm(KF12)和17 cm(KF17)对冬小麦冠层光截获、冠层温度、湿度、水分利用效率以及产量的影响。结果表明,与常规条播相比,宽幅带播群体光截获量、相对湿度和水分利用效率较高,而冠层温度较低,水分利用效率提高2.69%～13.72%,穗数增加13.82%～17.33%,产量提高3.12%～15.39%。宽幅带播下带间距增大,冠层光截获量以及湿度降低,而冠层温度则升高;宽幅带播随带间距增加,成穗数减少。在本试验条件下,KF12处理的小麦冠层结构合理,光能截获充分,冠层微环境适宜,水分利用效率最高,产量因素最为协调。     

冬小麦冠层微气象特征及能量平衡的研究

[目的]研究冬小麦冠层微气象特征及能量平衡。[方法]利用孕穗期、抽穗开花期、灌浆期和成熟期等4个主要生育期内冬小麦冠层微气象观测资料,结合当地气象台站资料,研究了冬小麦群体冠层微气象特征的时空变化规律,并进一步分析了能量平衡的日变化和季节变化规律。[结果]冬小麦冠层温度与空气温度的日变化均呈正弦式;不同高度空气温度不同,4个生育期中抽穗开花期温度最高。湿度日变化也呈正弦式;冠层中部的湿度最大,饱和差最低;抽穗开花期湿度最高。冠层上层风速呈较弱的单峰型日变化。冬小麦田的能量平衡存在明显的日变化和季节变化;净辐射呈单峰型日变化,感热通量灌浆期最高,抽穗开花期最低;潜热通量则在抽穗开花期最高,孕穗期最低。[结论]该研究的结论为指导防灾减灾、提高小麦产量和品质提供科学的依据。     

种植方式与施氮量对冬小麦光合生理特性及光能利用率的影响

以济麦22为供试材料,在相同密度条件下,通过不同的种植方式和三种施氮量组合,探讨种植方式与施氮量对冬小麦光合生理特性及光能利用率的影响。结果表明：冬小麦＂20 cm＋40 cm＂沟播（沟播）能够显著提高小麦旗叶光合速率（Pn）、荧光参数与叶绿素含量指数（CCI）,从而维持较好的叶片光合生理功能。沟播光能利用率平均值显著高于平作大小行与等行距。施氮量增加显著提高冬小麦Pn、荧光参数与CCI等生理指标,光能利用率也随之提高。施氮量对冬小麦光合生理指标及光能利用率的影响超过种植方式。     

肥水调控对冬小麦冠层结构的效应

对6种不同肥水管理措施下冬小麦冠层结构中叶、穗性状的变化进行了研究,结果表明,等量的氮素肥料在不同施肥时期施用,以返青期施入纯氮7kg、孕穗期施入纯氮1.5kg 效果最佳,比其他肥水管理条件下穗粒数增加2.1～6.9粒,千粒重提高1.6～3.1g。其冠层结构的表现为,有效光合叶面积加大。光合强度提高,小花分化数量多,退化数量少,幼穗发育健壮,不孕小穗减少。     

Effects of Nitrogen Application on Photosynthesis Rate and Yield of Winter Wheat

进行了 2个优质小麦不同追肥量和追肥时期的比较试验 ,研究了氮肥运筹对小麦光合速率及产量的影响。结果表明 :拔节期施肥可明显促进开花期的光合速率。烟农 15拔节期施中肥和高肥可保持整个生育期的光合速率处于较高的水平 ;93 5 0 3 1中肥量的 2个处理 (9z1,9z2 )光合速率处于较高的水平。烟农 15拔节期施肥可明显提高单位穗数 ;施肥量对穗粒数影响较大 ,以中肥最好 ;施肥量和追肥时期对千粒重影响不大。 93 5 0 3 1拔节期施肥可明显提高单位穗数和千粒重 ;中肥量有利于提高单位穗数。Yg1、Yz1、9z1、9z2 4个处理光合速率高且平稳 ,产量也高     

基于冠层反射光谱的冬小麦干物质积累量的估测研究

[目的]分析了小麦光谱特征与干物质积累量的相关关系。[方法]通过对冬小麦不同品种的干物质积累量、叶面积等参数和冬小麦冠层光谱反射率、光谱一阶微分和光谱比值植被指数(RVI)的相关分析,确立了冬小麦干物质积累量的敏感波段,并建立了预测模型。[结果]开花期350~700 nm和1 420~1 520 nm冠层光谱反射率和灌浆期350~1 750 nm冠层光谱反射率分别与干物质积累量显著相关;比值植被指数RVI(560,1220)与干物质积累量的相关性较好;确立的冬小麦干物质积累量预测模型为:干物质积累量=-186.94×RVI(560,1220)-2 242.2(R2=0.713 8),说明通过遥感手段监测冬小麦的群体质量是可行的。[结论]该研究为高光谱遥感技术在监测小麦的群体质量的应用提供参考依据。