基于红外热图像的棉花花铃期CWSI与光合参数关系的研究

在新疆生态气候条件下,采用膜下滴灌植棉技术,利用Fluke红外热像仪获取新陆早13号和新陆早33号两棉花品种在1 050m3/hm2,2 100 m3/hm2,4 200 m3/hm2,5 300 m3/hm24水平水分处理条件下花铃期冠层红外热图像;应用图像处理技术,提取棉花冠层受光叶片温度,将人工参考湿表面(WARS)的温度运用到Jones(1992)定义的水分胁迫指数(CWSI)的经验公式中,计算CWSI;同时,用LI-6400便携式光合仪测得相应叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),研究花铃期棉花冠层不同程度水分CWSI与Pn、Gs和Tr的相关性。结果表明,水分胁迫下随Pn、Gs和Tr的降低,CWSI升高,CWSI的临界值应在0.37~0.40。水分胁迫与非水分胁迫间,棉花冠层CWSI存在显著性的差异(α=0.05),水分胁迫下CWSI值较高;花铃期CWSI分别与Pn、Gs和Tr显著负相关(RCWSI-Pn=-0.8533**,RCWSI-Gs=-0.7771**,RCWSI-Tr=-0.8063**),花铃期CWSI与Pn、Gs和Tr可同步反映棉花冠层的水分状况。     

棉花冠层对不同灌水量的反应及其产量形成研究

通过探讨新疆北部棉区推广棉种新陆早6号与新陆早8号,在不同灌水量条件下冠层结构特征的差异性,得出新陆早6号对限量滴灌反应不敏感,而新陆早8号对限量滴灌反应较敏感。因此,在限量滴灌条件下,选择新陆早6号种植较适宜。叶面积指数低,叶片平均倾斜角度大,群体散射辐射透过系数和群体直射辐射透过系数增加,光能的截获率降低,由此得出,不同品种对灌水量的反应表现及理想群体冠层结构的合理指标,为增加棉花产量和提高水分利用效率提供了理论依据。     

不同氮肥用量对棉花冠层结构光合作用和产量形成的影响

讨论了北疆棉区推广棉种新陆早10号与新陆早12号在不同氮肥用量条件下冠层结构特征和光合特性的差异。试验结果表明:600～900kg/hm2氮肥用量是较为适宜的施氮水平,氮肥用量过高或过低都不利于形成理想群体冠层和获得高产。两品种相比,新陆早10号较新陆早12号对较高氮肥用量反应敏感。因此在较多氮肥用量条件下选择新陆早10号、中高氮肥用量条件下选择新陆早12号栽培种植较为适宜。叶面积指数升高,叶片平均倾斜角度减小,群体散射辐射透过系数和群体直射辐射透过系数降低,对光能的截获率增加,可以得出不同品种对不同施肥量的反应表现及理想群体冠层结构的合理指标。     

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。     

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。     

北疆主栽棉花抗旱性生育期差异评价及鉴定体系的初步建立

以北疆棉区主栽的棉花为材料,通过模糊隶属函数法对各材料在大田不同生育期及不同水分胁迫强度下的抗旱性差异进行了综合评价,以建立不同生育期的棉花抗旱性快速评价体系.结果表明,不同胁迫强度及不同生育期的棉花抗旱性评价结果并不完全相同:苗期抗旱性强的棉花为新陆早33号,盛蕾期为新陆早35号、晋棉13,花铃期为新陆早33号,吐絮...     

水肥因素对膜下滴灌棉花产量和棉株群体冠层结构的影响研究

以新陆早7号为试材，进行了不同水肥条件下膜下滴灌棉株群体冠层结构测定和产量结果分析。试验表明，合理水肥条件下的棉株群体叶面积指数(LAI)、叶倾角(MLA)和散射光透过率(TD)，在盛花盛铃期分别为3.55～3.95、40°～48°和18.5%～28.1%。在一定水肥范围内，滴灌棉花产量随灌水量和施肥量的增加而增加，但超过一定阈值产量有下降趋势。适宜水肥条件下产量最高。     

甘肃河西棉花全生育期不同灌溉量对生长发育的影响及抗旱性评价

以陇棉1号、陇棉2号、陇棉3号、酒棉11号、酒棉15号、酒棉17号、新陆早39、新陆早48、硕丰2号、耕野6号、金垦108号等11个适宜甘肃河西走廊棉区种植的棉花品种为材料,在大田条件下研究了全生育期4 800(I1)、3 600(I2)、2 400(I3)、1 200 m3·hm-2(I4)不同灌溉水平对棉花生长发育的影响,分析了在不同灌溉条件下的棉花产量及灌溉水生产力,并用抗旱性综合评价D值法及抗旱指数法对参试棉花品种(系)进行了抗旱性评价。结果表明:大部分棉花品种的株高、果枝数、单株铃数、铃重、绒长、单株干重及籽棉产量在轻度的水分胁迫下增加,但在重度的水分胁迫下显著降低;所有棉花品种在I3灌溉水平下其灌溉水生产力最高,硕丰2号、新陆早48、酒棉11号、陇棉1号、陇棉3号、陇棉2号的最佳灌溉条件为I3,其产量与灌溉水生产力均达到最高,酒棉15号、新陆早39最佳灌溉条件为I2,耕野6号、金垦108号、酒棉17号在充足灌水条件下籽棉产量最高,但灌溉水生产力低;酒棉17号、陇棉3号为高抗旱品种,硕丰2号、耕野6号为中抗旱品种,新陆早48、陇棉1号、陇棉2号、金垦108号为弱抗旱品种,新陆早39、酒棉11、酒棉15号对干旱较为敏感。     

花铃期减量滴灌对北疆棉花光合特性及产量的影响

针对近年来新疆北部(北疆)棉花花铃期降雨量增加的现象,为明确花铃期减量滴灌是否可行及其对棉花产量形成过程的影响,以新陆早50号和新陆早73号为材料,设2个花铃期减量滴灌处理(W1:2050 m3·hm-2,W2:1650 m3·hm-2),同时以最适滴灌量作为对照(CK:2450 m3·hm-2),系统分析了棉田0～6...     

光谱数据与冬小麦叶绿素密度的相关性研究

分析2006年栾城试验站不同氮素水平下冬小麦的多时相的群体光谱测量数据和相应叶片叶绿素密度的测量数据，发现：冬小麦的群体光谱的导数光谱数据、红边光谱数据，归一化植被指数NDVI和比值植被指数RVI与叶绿素密度具有很好的相关关系，并且选取样本建立了相应的回归方程。以回归方程作为叶绿素高光谱估算模型，并利用检验样本对估算模型进行检验，结果表明，以745nm处一阶导数光谱值、733nm处二阶导数光谱值和红边振幅为变量的模型可以较好的估算叶绿素密度。     

亚洲玉米螟为害后玉米冠层光谱变化和产量损失研究

2006年在河北农林科学院植保所农场夏播高感亚洲玉米螟的玉米品种郑单958上,于大喇叭口期人工接种2龄玉米螟幼虫以造成不同梯度为害,利用便携式遥感光谱仪(ASD FieldSpec UV/VNIR)在玉米不同生育期收集冠层光谱信息,调查食叶级别,并在收获时统计蛀孔率和产量。结果表明:(1)各生育期食叶级别和对应生育期内的冠层光谱反射率值呈显著负相关,且各个级别之间方差分析差异显著;(2)各波段冠层光谱反射率值和每株虫孔数量的相关性分析得到相关性曲线,750～900nm相关系数较高,可作为监测的敏感波段;(3)乳熟期光谱数据、平均每株虫孔数量和产量及产量损失率之间均可建立极显著回归方程。用光谱仪所测数据估测产量损失率的精确度比用传统查虫数据估测产量损失率的精确度高,且省时省工。     

麦蚜对小麦冠层光谱特性的影响研究

通过对田间不同程度麦蚜危害的小麦冠层反射光谱测量,研究了各波段反射光谱的变异特征,并对光谱反射曲线进行微分分析。结果表明:在麦蚜危害的初期,近红外反射率明显降低,即陡坡效应受到明显的削弱,随着麦蚜危害程度加重,小麦冠层的反射率在不同波段有明显下降,尤其在近红外区下降更为显著。利用光谱微分技术,对受麦蚜不同程度危害的小麦冠层反射率求一阶导数,得到红边斜率。结果表明,麦蚜危害后小麦冠层的红边斜率在近红外波段发生剧烈的变化,且随着危害程度的加重其值逐步下降。将归一化植被指数(NDVI)分别和百株蚜量进行相关及回归分析,并对监测蚜虫敏感波段的选择做了初步的探讨。     

不同氮水平下冬小麦农学参数与光谱植被指数的相关性

利用光谱仪通过大田试验测量不同氮素水平及不同生育期冬小麦冠层的光谱反射率,测算叶面积指数(LAI)、叶绿素含量(CHL)、叶绿素密度(CHL.D)、地上鲜生物量和地上干生物量等农学参数;在此基础上分析了不同氮素水平冬小麦生育期内的光谱植被指数的变化,并分析了农学参数与植被指数之间的相关性。结果表明:小麦叶面积指数、叶绿素密度与比值植被指数(RVI)和归一化差值植被指数(NDVI)在各生育期呈显著相关,小麦叶片的叶绿素含量与RVI、NDVI在抽穗期呈极显著相关,而地上鲜生物量、地上干生物量与RVI和NDVI从起身到孕穗期呈显著相关。     

利用光谱特征参数估算病害胁迫下杉木叶绿素含量

为了探索建立炭疽病胁迫下杉木叶绿素含量的高光谱估算模型,促进遥感技术在森林病虫害监测中的应用,通过获取不同发病程度的杉木冠层光谱及相应的叶绿素含量,将冠层光谱数据、一阶微分数据与相应的叶绿素含量分别进行了相关分析。采用逐步回归、主成分回归及偏最小二乘回归方法构建叶绿素含量的估算模型。叶绿素含量与原始光谱在可见光(614～698nm)和近红外区(724nm之后)达到极显著相关,且在近红外区基本趋于稳定;与一阶微分光谱在424～486nm、514～532nm、552～682nm、698～755nm和762～772nm波段全部达到极显著相关;3种建模方法均消除了参数间多重共线性的影响,模型的决定系数全部达到极显著水平,其中逐步回归模型精度最高,相对误差和均方根误差分别为10.71%和0.194。研究表明受到不同程度炭疽病胁迫的杉木冠层光谱反射差异较大,可利用高光谱信息定量估算病害胁迫下的杉木叶绿素含量,且估算精度较高。     

新疆北部不同类型土壤光谱特征及对有机质含量的预测

对北疆地区淡栗钙土、冷钙土、石灰性黑钙土、石膏灰棕漠土等4种土壤类型的反射光谱进行分析,研究土壤有机质含量与光谱反射率之间的关系。结果表明,石灰性黑钙土的反射率明显低于其它土壤类型。有机质含量高于14 g·kg^-1时光谱反射率与有机质含量呈负相关,有机质含量很低（<8 g·kg^-1）时,土壤的光谱反射率与有机质含量之间呈正相关。分别采用593.6 nm波段的原始光谱反射率、661 nm波段的反射率去除包络线和547.4 nm波段反射率的一阶微分与土壤有机质含量建立回归模型,经检验三种模型均能较好地预测有机质的含量,其中光谱的一阶微分预测精度相对较高,可较好地预测北疆主要类型土壤的有机质含量。     

棉花叶片中叶绿素、蜡质含量和叶片厚度与抗绿盲蝽的关系

为明确不同棉花品种(系)对绿盲蝽的抗性及其机制,通过网室内抗性鉴定和室内生化物质测定分析,系统研究了不同棉花品种(系)对绿盲蝽的抗性水平及棉花叶片中叶绿素和蜡质含量及叶片厚度与抗绿盲蝽的关系。结果表明,不同棉花品种对绿盲蝽抗性水平存在明显差异,其中石亚系1号综合抗性指数为179.49,达高抗水平。不同棉花品种(系)不同时期叶片中叶绿素和蜡质含量及叶片厚度均存在显著差异;苗期和蕾期棉花叶片中叶绿素含量和蕾期叶片中蜡质含量与其对绿盲蝽的抗性呈显著正相关;花铃期棉花叶片中叶绿素含量、苗期和花铃期叶片中蜡质含量及不同时期叶片厚度与其对绿盲蝽的抗性无明显相关性。