农田土壤含水量监测方法研究

介绍了土壤含水量2种监测方法的对比试验,结果表明,新型的时域反射仪（TDR）法在监测土壤含水量精度上符合要求,可以替代传统的称重法并进一步推广应用,为实现土壤监测数据信息的实时快捷和准确传输提供了重要的技术支持。     

基于生长度日的冬小麦植株氮浓度监测

光谱饱和现象是作物光谱监测中广泛存在的问题。基于连续3 a田间试验,对拔节期、挑旗期和开花期的植被指数(VI)和当季估计指数(INSEI)分别对植株氮浓度(PNC)进行监测,并利用独立生长季数据对模型验证。结果表明,植被指数在低PNC条件下发生饱和现象,且受作物生长阶段的影响;基于INSEI的光谱监测模型有效降低了作物生长阶段对于PNC监测的影响,其中,INSEINDVI的PNC监测模型精度最佳,建模集R~2和RMSE分别为0.75和0.36%,验证集R~2和RMSE分别为0.72和0.52%。基于生长度日的植株氮浓度监测在一定程度上克服了光谱饱和现象,为冬小麦长势监测提供了理论和技术支持。     

冬小麦土壤含水量与土壤水分胁迫系数关系分析

同一生长时期有限灌水量条件下,土壤水分胁迫系数与根系层有效含水量的关系可用多项式来表达,土壤水分胁迫系数与冬小麦根系层土壤有效含水量有很高的相关性,R2达到0.79以上。根系层土壤含水量变化与土壤水分胁迫系数呈正相关关系,说明利用Aw来判断土壤水分胁迫状况是可行的。     

基于地面光谱的冬小麦田土壤养分遥感监测

以山西省闻喜县冬小麦为研究对象,通过野外实地调查,利用便携式光谱辐射仪测定冠层反射率,提取8种植被指数(RVI,TSAVI,RDVI,NDVI,PVI,RDVI,SAVI,OSAVI),并与冬小麦不同生育时期土壤硝态氮、铵态氮、速效磷及速效钾等养分指标进行相关性分析,建立相应的预报模型,实现对麦田土壤养分的监测。结果表明,冬小麦生育期内,不同的土壤养分含量变化不一,水浇地的土壤硝态氮、速效磷以及速效钾含量均略高于旱地,铵态氮则相反;冬小麦拔节期、灌浆期以及成熟期,旱地土壤耕层养分与植被指数相关性较差;水浇地的硝态氮和速效磷含量与植被指数的相关模拟效果达到显著水平,而铵态氮和速效钾含量与植被指数的模拟程度较差。因此,在冬小麦拔节期、灌浆期与收获期,可通过植被指数来模拟监测土壤硝态氮与速效磷含量的变化。     

不同时序EOS/MODIS-NDVI监测河南省冬小麦面积

[目的]利用不同时序EOS/MODIS-NDVI数据计算河南省冬小麦面积。[方法]对MODIS图像数据进行转换、地理较正和波段组合等处理后,从而获得不同时间序列的归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index,NDVI),然后在地面光谱测量基础上进行监督分类,得出河南省2005年小麦种植面积。[结果]该法所测河南冬小麦像元总数92 208个,种植面积为576万hm2,与统计部门统计数据相比,误差为9.66%。[结论]该研究为冬小麦种植面积监测提供了新途径。     

河南省冬小麦产量遥感监测精度比较研究

【目的】预测冬小麦产量,提高估产精度,为国家粮食生产安全宏观调控提供重要的数据和技术支撑。【方法】以河南省为研究区,利用时间序列MODIS-NDVI数据,结合河南省17个地市的产量数据以及河南省的冬小麦遥感监测面积数据,运用实时NDVI与产量数据建立线性模型、两年差值NDVI与对应的差值产量建立线性模型两种方法对河南省冬小麦产量进行预估,比较分析两种方法的精度。【结果】(1)两年差值归一化植被指数(dNDVI)明显比实时归一化植被指数(NDVI)更好地预估冬小麦产量。(2)实时NDVI预估单产产量相对误差基本可以满足要求,大部分在0.25以下,只有少数几个市(焦作、鹤壁、新乡、安阳)相对误差较高。(3)两年差值归一化植被指数(dNDVI)预估单产的整体误差均可以满足估产的要求,均在0.1以下。【结论】两年差值归一化植被指数(dNDVI)可以有效预测冬小麦产量,有利于提高估产精度。     

温度及土壤含水量对冬小麦生长习性及返青率的影响

以抗寒性不同的冬小麦品种"东农冬麦1号"和"济麦22"为试验材料,研究土壤含水量及低温交叉逆境下两个材料的生长习性及返青情况。结果表明,生长习性与温度及土壤含水量无关,在不同温度及不同土壤含水量下东农冬麦1号植株均匍匐于地面生长,济麦22均直立于地面生长;返青率与土壤含水量及温度直接相关,含水量在25%左右最适于返青,随着经历低温时间的延长及温度的降低,返青率略有下降,幅度在60%~100%。在一定幅度范围内,温度与返青率呈极显著正相关,含水量与返青率呈负相关。研究结果可为指导大田冬小麦封冻前及春季返青前浇灌提供理论依据。     

基于高光谱的水稻叶片含水量监测研究

【目的】建立快速、无损诊断水稻叶片含水量的估测模型,为水稻水分精确管理提供依据。【方法】基于2年不同土壤水分处理和水稻品种的池栽试验,于水稻主要生育时期同步测定顶部4张叶片的光谱反射率和含水量,系统分析350-2 500 nm波段范围内任意两波段组合而成的比值（RSI）、归一化差值（NDSI）及差值（DSI）光谱指数,并分析其与叶片含水量的量化关系。【结果】不同土壤水分处理和叶位间,叶片反射光谱具有显著的时空变化特征,叶片含水量的敏感光谱波段主要位于近红外及短波红外区域;RSI （R1402, R2272）及NDSI （R1402, R2272）光谱指数与叶片含水量呈现良好的线性相关,线性拟合R2均达到0.80。基于独立试验资料对所建模型进行测试检验也显示,预测值和观察值的拟合R2也均达到0.86。【结论】RSI（R1402, R2272）、NDSI（R1402, R2272）均可用于水稻叶片含水量的定量监测。     

EOS/MODIS卫星资料在监测冬小麦面积中的应用

用遥感影像处理软件从数据读取、转换、影像地理校正、波段组合等几方面对MODIS数据进行了分析，得到了天津市MODIS卫星数字图像。在此基础上，选取典型地物，计算其光谱统计特征，运用最大似然判别准则，对图像进行分类，得到了天津市2002年冬小麦统计面积及其分布图。     

基于高光谱植被指数的冬小麦产量监测

为了研究利用不同生育时期的植被指数监测冬小麦产量,以2 a不同肥料处理的冬小麦为研究对象,分析不同生育时期植被指数与冬小麦产量的关系,构建冬小麦产量的光谱植被指数监测模型。结果表明,植被指数能有效监测冬小麦产量,其中,孕穗期和抽穗期植被指数的监测效果较好,孕穗期的校正均方根误差(RMSEC)和决定系数(R_C~2)分别为1 131.42和0.78,抽穗期的RMSEC和R_C~2分别为1 015.59和0.77,拔节期的监测效果次之,灌浆期和成熟期的监测效果较差;但从作物生产角度考虑,拔节期监测冬小麦产量具有更重要的现实意义。研究表明,利用拔节期植被指数能够实现冬小麦产量的早期估测。     

基于高光谱特征波长的冬小麦水分含量估测模型

【目的】以高光谱技术为核心,结合理化数据,建立快速、无损的冬小麦冠层水分含量估算模型,为利用高光谱技术进行小麦水分含量的无损检测提供参考。【方法】测定两种冬小麦的叶片、植株含水量,采集其光谱数据作SG平滑、一阶导数和二阶导数处理,分析其相关关系,构建冬小麦叶片和植株含水量的多种估算模型,进行精度评价。【结果】不同光谱数据处理中一阶导数变换能够显著增加与小麦含水量的相关性,叶片含水量在456 nm波长处达到了最大负相关,相关系数为0.87,植株含水量在457 nm波长处达到了最大负相关,相关系数为0.890 9;偏最小二乘回归构建的水分含量估测模型拟合精度优于线性和多元回归模型,线性模型采用R₆₅₀、SG₁₉₄₄、R′₄₅₆、R″₆₈₁构建的模型估测叶片含水量较好,估测植株含水量R₆₆₄、SG₆₆₃、R′₄₅₇、R″ ₆₈₁精度较高; 多元线性回归和偏最小二乘回归都是采用一阶导数变换构建的模型拟合精度最高,叶片和植株水分含量估测模型的外部检验R²分别达到0.803 2、0.867 0、0.854 0、0.885 6。【结论】小麦原始光谱一阶导数变换后能够显著提高与水分含量的相关性,利用PLSR方法构建的小麦水分含量估测模型拟合精度最高。     

不同土壤水分对冬小麦旗叶生理特性的影响

本文采用盆栽法 ,研究了四种不同土壤水分含量条件下小麦旗叶生理特性的变化规律。结果表明 ,土壤水分含量与小麦经济产量间呈极显著正相关 (r=0 9936 ) ,提高土壤水分含量能使灌浆中后期小麦旗叶叶绿素含量、可溶性糖含量和硝酸还原酶活性均得到提高。在土壤水分胁迫条件下 ,旗叶SOD活性显著降低 ,质膜透性明显加大 ,致使植株衰老加速。     

利用卫星遥感进行冬小麦籽粒淀粉含量监测研究

 通过对不同年份、不同区域的遥感影像的植被指数和小麦GPS定点长势数据的综合分析，基于遥感影像信息获取的瞬时性和准确性，结合小麦灌浆期间气候环境条件对籽粒品质形成的影响特点，建立了基于不同生育期（拔节期、抽穗期以及灌浆期）遥感影像归一化植被指数（NDVI）和气候环境因子（气温、日照、氮素营养、土壤水分）的籽粒淀粉含量监测模型，并对模型的可靠性进行了检验。结果表明，模型的监测值与实测值较为一致，利用拔节期、抽穗期、灌浆期遥感影像NDVI和气候环境数据预测籽粒淀粉含量的RMSE值分别为4.57%，4.2%和3.84%。模型监测性能好，且具有解释性，可以用于不同年度、不同区域和不同小麦生长阶段对籽粒淀粉含量的预测。     

不同时序EOS/MODIS-NDVI监测河南省冬小麦面积(英文)

[Objective] Calculation of winter wheat acreage in Henan Province using EOS/MODIS-NDVI data at different time sequences. [Method] After process of EOS/MODIS images, geographical adjustment, wave band combination, normal difference vegetation index (NDVI) was obtained. Based on the wide spectrum measurement, the processed data were supervisedly classified, thus the acreage of winter wheat in Henan Province in 2005 was acquired. [Result] Total 92208 pixels were observed for the winter wheat in Henan Province, and the plantation acreage was 5 760 thousand hm2. Compared with the data from statistical department, the error of this method was about 9.66%. [Conclusion] The method introduced in the present study could be applied in monitoring winter wheat acreage.     

水分影响小麦光合物质生产模拟模型的初步研究

在盆栽试验的基础上,构建了水分影响小麦光合物质生产的模拟模型。模型认为,土壤水分通过影响比叶面积而影响叶面积指数的变化,继而间接影响光合物质生产,经统计分析,不同生育阶段的叶面积指数与土壤水分有着极显著的相关性,进而对小麦群体光合作用的影响也十分明显。通过对该模型模型进行检验,比较其模拟值与实测值的拟合程度,发现模拟结果与实际结果比较一致。     

河西绿洲不同灌溉条件下土壤水分对小麦叶片含水量的影响

[目的]研究河西绿洲不同灌溉条件下,春小麦不同生育时期土壤水分对植株叶片水分状况及叶面积指数的影响。[方法]设5个处理,分别为底墒水1 500 m3/hm2+拔节水1 000 m3/hm2(F1)、底墒水1 500 m3/hm2+拔节水10 00 m3/hm2+抽穗水1 000 m3/hm2(F2)、底墒水1 500 m3/hm2+拔节水1000 m3/hm2+抽穗水1 000 m3/hm2+灌浆水1 000 m3/hm2(F3)、底墒水1 500 m3/hm2+拔节水1 000 m3/hm2+抽穗水500 m3/hm2+灌浆水500 m3/hm2(F4)、底墒水1 500 m3/hm2+拔节水1 000 m3/hm2+抽穗水1 000 m3/hm2+灌浆水500 m3/hm2(F5),灌水总量分别为2 500、3 500、4 500、3 500、4 000 m3/hm2。[结果]抽穗期到开花期,各层土壤含水量与叶片相对含水量均呈正相关关系,其中20～40和60～80 cm土层土壤含水量与叶片含水量达到极显著相关;开花期至灌浆前期,各土层土壤含水量与叶片相对含水量均呈正相关,其中60～80 cm土层土壤含水量与叶片含水量达到显著相关;灌浆前期至灌浆中期,各土层土壤含水量与叶片相对含水量均呈正相关,但整个土层土壤含水量与叶片相对含水量均未达到显著相关。灌浆中期的降雨提高土壤上层含水量,因此0～40 cm耕层土壤含水量与叶片相对含水量呈显著正相关(r=0.87～0.91);而灌浆后期,二者却表现出负相关(r=-0.55～-0.97)。[结论]该研究可为春小麦节水栽培提供可靠依据。     

不同矿化度咸水灌溉冬小麦耐盐性鉴定指标研究(英文)

[目的]研究咸水灌溉条件下小麦的耐盐性鉴定指标。[方法]于2009~2010年度和2010~2011年度主要分别采用1(对照)、2、4、6、8 g/L 5个矿化度咸水灌溉,对测定指标进行标准化处理后,对冬小麦生长指标和籽粒产量之间的响应关系进行灌溉研究。[结果]不同矿化度灌溉条件下,拔节期后的相对株高、相对叶面积指数、相对干物质质量、相对单位面积穗数各个处理的差异性显著,与产量的相关性显著,所以都可以作为小麦的耐盐性鉴定指标。[结论]拔节期后的相对株高的数据易于调查测量,盐害指示效果好,建议优先使用其作为冬小麦耐盐性鉴定指标。     

冬小麦水分生理特性对水分胁迫的响应

采用盆栽试验对不同土壤水分条件下冬小麦水分生理生态特性进行了初步研究。结果表明,随干旱胁迫的加剧,不同生长时期冬小麦叶片相对含水率和叶水势均呈减小趋势,叶片水分饱和亏均呈增大趋势。且不同土壤水分条件下冬小麦叶片相对含水率和饱和亏与土壤持水量关系密切。严重干旱处理下冬小麦叶片相对含水率和叶水势始终维持在较低水平,而轻度干旱和正常水分处理尤其是正常水分处理维持在较高水平。冬小麦日蒸腾平均值的大小顺序为正常水分处理(3.375 mmol·cm~(-2)·s~(-1))>轻度干旱处理(3.107 mmol·cm~(-2)·s~(-1))>中度干旱处理(2.332 mmol·cm~(-2)·s~(-1))>严重干旱处理(2.018 mmol·cm~(-2)·s~(-1))。各处理冬小麦蒸腾出现较大差异的时间在12:00和14:00。不同土壤水分条件下除严重干旱外冬小麦蒸腾速率均与光合有效辐射强度显著相关,各处理均与大气相对湿度和叶片温度显著相关,与土壤水分密切相关。土壤水分对冬小麦的生物量和产量具有显著影响,正常水分处理生物量和产量最高,高于其他3个处理,严重干旱处理最低。     

冬小麦叶水势变化规律研究

[目的]准确采用叶水势来反映作物的水分亏缺程度。[方法]采用WESCOR公司生产的PSYPRO水势系统,测定冬小麦生育期内叶水势的值,并分析研究生育期内叶水势的变化规律及有代表性生育期内的日变化规律。[结果]在冬小麦全生育期内的需水曲线出现两个峰值,即冬前分蘖期的小峰和拔节至成熟的大峰;在拔节至成熟期内,叶水势值基本偏低,生育期内叶水势值的整体变化趋势先降低再升高。[结论]该研究为冬小麦节水灌溉提供了生理基础和理论依据。     

不同种植方式下冬小麦土壤水分动态变化研究

[目的]探索华北地区冬小麦不同种植方式下土壤水分的动态变化规律。[方法]以冬小麦济麦20为材料,按平作、平作覆盖秸秆、起垄覆盖地膜3种种植方式,用中子水分仪测定冬小麦田不同土壤深度的水分变化。[结果]结果表明,3种种植方式下0～30cm土壤层田间水分变化均呈现“先降后升再降再升”的W型变化。不同处理的土壤水分含量在灌溉后下降幅度是平作〉垄膜〉秸秆覆盖;冬小麦拔节期～灌浆期,土壤水分含量高低顺序是秸秆覆盖〉垄覆膜〉平作。在冬小麦的全生育期,30～60cm土壤水分含量均是秸秆覆盖〉平作〉起垄覆膜,60～90cm土壤水分动态变化呈下降趋势。[结论]秸秆、塑料薄膜覆盖均有良好的保持土壤表层水分作用,30～60cm的土壤水分变化幅度较大。降水及灌溉对土层中层土壤水分影响较大,而降水及灌溉水不易影响下层土壤水分（60～90cm）。为华北地区的农业干旱监测调控提供了理论依据。