基于无人机多光谱技术的甜菜冠层叶绿素含量反演

无人机多光谱常用的植被指数包括优化土壤调整植被指数(OSAVI)、归一化差异植被指数(NDVI)、绿色归一化植被指数(GNDVI)、叶片叶绿素指数(LCI)、归一化差异红边指数(NDRE)。为了研究植被指数与甜菜叶绿素含量的相关性,实时监测管理甜菜生长状况和产质量。基于5个不同施氮水平下(0、30、60、90、120 kg/hm²)甜菜多光谱遥感影像和田间实测冠层叶绿素含量数据,采用大疆精灵4多光谱无人机对甜菜叶丛快速生长期和块根糖分增长期进行监测,建立叶绿素含量的反演模型。结果表明：随着施氮水平的增加,叶绿素含量和产量都显著提高;施氮水平30 kg/hm²比0 kg/hm²处理的甜菜含糖率有一定增长趋势(增长0.13个百分点),然后随着施氮水平的增加含糖率显著下降;根据5个植被指数与大田实测叶绿素含量值的拟合效果,拟合值R²均在0.7以上,OSAVI为最佳植被指数模型,拟合效果最好,决定系数R²=0.764,均方根误差RMSE=0.396,标准均方根误差NRMSE=8.63%...     

SPOT-5与HJ遥感影像用于冬小麦氮素监测的效果对比

为探讨HJ遥感影像对冬小麦氮素监测的适用性,利用同期获取的SPOT-5和HJ-1B遥感影像,结合同步地面取样测试,从传感器的光谱响应、监测模型精度以及叶片氮含量空间填图3个方面,对冬小麦氮素的遥感影像监测效果进行了分析与评价.结果表明,两类遥感影像的3个波段反射率及植被指数与小麦叶片氮含量均密切相关,其中,SPOT-5影像的最优模型植被指数为GNDVI(绿色归一化植被指数),HJ-1B影像的最优模型植被指数为NDVI(归一化植被指数),SPOT-5影像在监测精度上优于HJ-1B影像,但差别不大.填图结果表明,除地块较破碎地带外,利用HJ-1B影像反演填图所得的小麦叶片氮含量在空间分布上与SPOT-5影像结果比较一致.说明利用SPOT-5与HJ遥感影像监测小麦氮素营养状况都是可行的,而HJ遥感影像在一定精度要求范围内能够替代SPOT-5等遥感影像的监测效果.     

基于高光谱指数的叶片尺度叶绿素荧光参数反演

在叶片尺度上,基于高光谱植被指数反演实际光合速率(Phi2)、非调节的光能耗散(PhiNO)、非光化学淬灭(PhiNPQ)、相对叶绿素含量(RC)4个叶绿素荧光参数,分析不同氮素处理下叶片光谱反射率和4个叶绿素荧光参数在不同时期的变化特征。结果表明,可见光波段在过量施氮下叶片反射率低于不施氮处理;在近红外波段,叶片光谱反射率随着施氮量的增大而增大。随着玉米的生长,不施氮处理下Phi2逐渐减少,PhiNPQ逐渐增加;过量施氮下Phi2先增加后减少,PhiNO和PhiNPQ先降低后增加。RC在不同施氮条件下均随着生育时期发展先增加后减少。Phi2和PhiNPQ与归一化植被指数(NDVI)的相关性最好,PhiNO与改进型叶绿素吸收比值指数(MCARI)的相关性最好,RC与红边植被指数(CIred edge)的相关性最好。     

基于光谱参数估算滴灌小麦干物质氮肥偏生产力和农学效率

为了解应用遥感技术估测滴灌小麦氮肥利用效率的可行性,以新春17号、新春6号和新春22号为材料,通过大田试验,分析了不同施氮处理下小麦干物质氮肥偏生产力(RDN)和干物质氮肥农学效率(DMA En)与光谱参数的相关关系,并建立小麦RDN和DMAEn的光谱参数估算模型.结果表明,在分蘖、抽穗和开花期RDN与绿度植被指数和比值植被指数呈极显著正相关,在拔节和抽穗期DMAEn与土壤调整比值植被指数和归一化差值植被指数呈显著正相关.光谱参数估算模型的均方根误差为7.64～33.31,说明利用光谱参数可以有效地估算小麦氮肥利用效率.     

基于卫星遥感的冬小麦拔节期长势监测

为给小麦调优栽培提供信息支持,利用卫星影像信息结合地面试验数据,通过分析小麦拔节期叶面积指数、生物量以及植株氮素含量三个群体质量指标与植被指数之间的关系,建立了基于归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)的小麦群体质量指标监测模型.结果表明,NDVI与叶面积指数和植株氮素含量呈现显著的正相关关系(R2分别为0.8483和0.8238),与地上部生物量间的相关性未达显著水平(R2=0.7746).RVI与叶面积指数和植株氮素含量呈线性正相关(R2=0.7651和R2=0.78),而与地上部生物量呈显著线性正相关(R2=0.8277).利用不同的试验数据对所建模型进行了检验,监测值与实测值较为吻合,根均方差(RMSE)分别为0.19、106.13 kg·ha-1和0.136%,显示模型具有较好的监测性和通用性.因此,在拔节期可以利用NDVI对叶面积指数和植株氮素含量进行监测,对地上部生物量的监测则以利用RVI数据较好.     

多遥感光谱指标结合进行大田冬小麦叶片叶绿素含量估测研究

为解决大田冬小麦叶片叶绿素含量估测模型精度低、通用性弱的问题,在获取冬小麦拔节期和抽穗期冠层红光波段反射率(BR_red)和近红外波段反射率(BR_nir)的基础上,计算归一化差值植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)、比值植被指数(RVI)、土壤调节植被指数(SAVI)、改进型比值植被指数(MSR)、重归一化植被指数(RDVI)、II型增强植被指数(EVI2)和非线性植被指数(NLI)等8个植被指数。经统计分析,选择与叶片叶绿素含量(SPAD值)相关性较好的5个遥感光谱指标(NDVI、MSR、NLI、BR_red和RVI)作为输入变量,建立了冬小麦叶片叶绿素含量的BP神经网络估测模型(WWLCC_BP),并对估测模型进行精度验证。结果表明,WWLCC_BP估测模型在拔节期估测的决定系数(r²)为0.84,均方根误差(RMSE)为5.39,平均相对误差(ARE)为9.87%。抽穗期的估测效果与拔节期较为一致。将WWLCC_BP和高分六号影像...     

基于植被指数时序动态的冬小麦氮素营养诊断方法

为构建冬小麦冠层临界植被指数时序模型,探究实时、无损诊断冬小麦全生育期氮素营养状况的可能性,基于冬小麦不同生育时期氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)与相对产量的关系确定NNI临界值,并利用归一化红边植被指数(normalized difference red edge,NDRE)与NNI的定量关系确定临界NDRE值,进而以累积生长度日为时间驱动因子,利用双Logistic函数构建临界NDRE时序模型并用于诊断,且对诊断结果进行了验证。结果表明,NNI与冬小麦相对产量在不同生育时期均呈现明显的线性加平台关系(R²在0.76以上),在开花—灌浆期表现最好;NNI与NDRE呈显著的幂函数关系(R2在0.76以上),在孕穗—开花期表现最好;临界NDRE时序诊断模型在拔节后期、孕穗期、开花期的诊断精度较高;适期播种时冬小麦在180 kg·hm^-2施氮水平下整个生育期均处于轻微氮亏缺或氮适宜状态,为较优施氮量。适期播种时冬小麦氮素营养状况主要受施氮水平的制约;过晚播时受播期的影响,不同施氮水平下冬小麦全生育期均处于氮亏缺状态。综上,依据氮营养指数与相对产量所构建的临界NDRE时序模型能够较准确地实时诊断冬小麦不同生育时期的氮素营养状况,并为作物氮肥精确管理提供技术方法。     

基于冠层高光谱植被指数的水稻产量预测模型研究

及时、准确、快速的进行粮食产量预测预报对指导农业生产和国家制定粮食政策有重大意义。以不同水稻品种和施氮水平为试验因素，进行两因素裂区设计试验，在水稻拔节期、孕穗期和抽穗期测定其冠层光谱反射率，通过筛选出与产量相关性最高的最佳波段组合，计算最优波段组合组成的12种植被指数，并建立了基于单植被指数和多植被指数组合的水稻产量预测模型。结果表明，孕穗期，在401～723 nm波段范围内水稻冠层原始光谱反射率与产量呈显著负相关关系；各植被指数与产量的相关性达到极显著水平。基于单植被指数构建的水稻产量预测模型，以孕穗期线性模型精度最高(R²=0.436,RMSE=874.57 kg/hm²)，最佳植被指数为重归一化植被指数(RDVI)，模型表达式为y=7.7E+05×RDVI₍(455,456))+1.1E+04；基于逐步回归构建的多植被指数产量预测模型同样以孕穗期表现最佳(R²=0.443,RMSE=861.81 kg/hm²)，最优植被指数为比值植被指数(RVI)、土壤调节型植被指数(...     

强筋小麦群体结构、光能利用及籽粒产量对种植密度与追氮模式的响应

为探索强筋小麦高产高效的种植密度及追氮模式,以强筋小麦品种师栾02-1为供试材料,采用裂区试验,种植密度为主区(设置180万、240万、300万、360万和420万株·hm^-2五个密度水平),追氮模式为副区(设置拔节期单追、拔节期+开花期分追两种模式),分析了氮密互作对强筋小麦群体大小、光能利用及产量的影响。结果表明,随种植密度的增加,小麦拔节期植被指数和总茎数逐渐提高,花后21 d各层次光合有效辐射透射率则不断降低;在300万～360万株·hm^-2密度基础上增加或降低种植密度对开花期总茎数、花后28 d植被指数、灌浆中后期旗叶净光合速率以及籽粒产量均无显著提升效果。与拔节期+开花期分追相比,拔节期单追氮肥有利于提高小麦拔节期植被指数、开花期总茎数、花后21～28 d的旗叶净光合速率、穗数和籽粒产量。与追氮模式和氮密互作相比,种植密度是调控强筋小麦师栾02-1群体结构、光能利用及籽粒产量的最主要栽培因素。合理密植配合拔节期单追氮肥具有协同提高强筋小麦籽粒产量和光能利用的潜力。本试验条件下,种植密度为300万～360万株·hm^-2     

基于冠层反射光谱的夏玉米叶片色素含量估算模型研究

通过分析不同施氮水平下夏玉米叶片色素含量与冠层光谱反射率及其衍生的比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)、正交植被指数(MTVI2、MCARI2、SAVI、MSAVI)以及叶绿素吸收比值指数(CARI)之间的关系,建立夏玉米叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素a+b(Chl a+b)和类胡萝卜素(Car)含量估算模型。结果表明:NDVI与夏玉米叶片色素含量的相关性最好,RVI、RVI、CARI位居其次。通过逐步回归分析确立的夏玉米叶片Chla、Chlb、Chl a+b及Car含量的估算模型R2分别为0.790 8、0.832 4、0.808 8和0.761 7,说明利用冠层NDVI可以对夏玉米叶片Chla、Chlb、Chl a+b和Car含量进行可靠的监测。     

基于NDVI的滴灌春小麦氮肥分期施用推荐模型

为探讨利用冠层光谱数据实现滴灌春小麦推荐追施氮肥的可行性,利用手持主动遥感光谱仪(Greenseeker)测定了滴灌春小麦各生育时期的冠层NDVI值,分析其与滴灌小麦不同时期追施氮肥效应的关系.结果表明,从拔节期到乳熟期NDVI值与春小麦出苗后天数可用一元二次函数拟合,模型精度较高,R2均大于0.91;拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期的冠层NDVI值与施氮量之间呈极显著线性相关;利用一元二次模型拟合出施氮量与产量之间的关系,得出实现最高产量7 393 kg·hm-2下的施氮量为289kg·hm-2,实现最佳经济产量7 378 kg·hm-2下的施氮量为265 kg·hm-2;拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期的NDVI临界值分别为0.715、0.792、0.887和0.911;根据各生育时期NDVI值与施氮量的关系,建立了氮肥推荐模型,并且根据模型计算出滴灌春小麦各生育时期NDVI值对应的氮肥追施推荐用量表.     

秸秆还田条件下不同有机肥对土壤养分和冬小麦养分积累的影响

为了解秸秆还田条件下不同类型有机肥在麦田的施用效果,采用田间试验,设置T1(6 000kg·hm~(-2)玉米秸秆粉碎深翻还田)、T2(6 000kg·hm~(-2)玉米秸秆粉碎+有机肥A 1 500kg·hm~(-2)深翻还田)、T3(6 000kg·hm~(-2)玉米秸秆粉碎+有机肥B 1 500kg·hm~(-2)深翻还田)3个处理,研究了秸秆还田条件下不同类型有机肥对冬小麦越冬期、孕穗期和成熟期土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)、土壤速效养分含量、冬小麦植株养分积累量以及冬小麦产量和当季经济效益的影响。结果表明,与T1处理相比,T2处理冬小麦各生育时期土壤微生物量碳、氮、土壤矿质态氮和土壤速效钾含量、植株氮和钾的积累量、冬小麦孕穗期和成熟期土壤速效磷含量、植株磷的积累量均显著提高;冬小麦实际产量和当季相对净收益亦均显著增加,分别提高了17.5%和22.0%。T3处理冬小麦越冬期土壤微生物量碳、越冬期和孕穗期土壤微生物量氮、各生育期土壤矿质态氮和越冬期土壤速效钾、各生育期植株氮和钾的积累量、孕穗期和成熟期植株磷的积累量亦均显著提高;冬小麦实际产量提高10.3%,达显著水平,但其当季经济效益并未显著提高。本试验条件下,综合施用两种有机肥对不同指标的影响,以T2处理效果更佳。     

水氮互作对百农207种子发芽特性及贮藏物质转运的影响

为了研究不同水氮处理下收获的百农207种子发芽特性和贮藏物质转运的差异,以百农207为材料,结合当地冬小麦灌溉施肥制度设置水氮两因素裂区试验,水分为主区,氮素为副区,设置W0(返青后不灌水)、W1(返青后灌拔节水)、W2(返青后灌拔节水和开花水)、W3(返青后灌拔节水、开花水和灌浆水)4个灌溉水平以及N0(不施氮)、N1(120kg·hm-2)、N2(180kg·hm-2)、N3(240kg·hm-2)4个施氮水平。在百农207收获后进行标准发芽实验,测定种子的发芽指数、活力指数、生长特性和贮藏物质转运等相关指标。结果表明,灌水和施氮对收获后的百农207种子活力指数、幼苗根冠比、贮藏物质转运率和转化效率的影响呈正向耦合效应。水分是决定收获后小麦种子活力指数、种子贮藏物质转运率和转化效率的主要因子;氮素是决定收获后种子发芽阶段根冠比的主要因子。高水肥处理(N3W3)的种子发芽指数和活力指数最高,水分和养分胁迫(N0W0和N1W0)下发芽阶段的根芽长比值较高。在一定施氮量范围内,增加灌水并不能促进收获种子在发芽阶段幼苗根冠比的增加。在W2和W3水平下,不同施氮处理的百农207种子贮藏物质转运率和贮藏物质转化效率均高于60%。种子发芽阶段幼苗生长相对最优的水氮处理为N2W2。这说明一定水分和氮素营养供应范围内降低氮肥用量,不会降低收获后百农207种子的贮藏物质转运率和转运效率,符合当前的减肥增效原则。     

氮密互作对淮北砂姜黑土区冬小麦冠层光合特性和产量的影响

为筛选出适合淮北平原砂姜黑土区小麦稳产高产栽培的氮密配置,在大田条件下以安农0711(AN0711)和烟农19(YN19)为试验材料,采用裂区设计,设置150×10~4、210×10~4、270×10~4和330×10~4株·hm~(-2)4个种植密度(分别用D1～D4代表),以及135、180、225和270 kg·hm~(-2)4个施氮水平(分别用N1～N4代表),分析了氮密互作对冬小麦冠层结构、光合特性和籽粒产量的影响。结果表明,氮密互作可改善小麦冠层结构,显著影响冠层光合特性。旗叶净光合速率和叶绿素相对含量随着种植密度的增加而降低,而随着施氮量的增加而增加,但施氮量超过225 kg·hm~(-2)时变化均不显著。随着种植密度和施氮量的增加,叶面积指数和冠层截获光合有效辐射显著提高,且在孕穗期和开花期均以D4N4处理最大,灌浆中期均以D3N3处理最大。氮密对籽粒产量有显著的互作效应。在D3N3处理下AN0711和YN19的冠层光合能力和籽粒产量均最高,其中产量分别达到7 866.67和7 400.00 kg·hm~(-2)。在本试验条件下,适宜的种植密度和施氮量分别为270×10~4株·hm~(-2)和225 kg·hm~(-2)。     

施氮模式对强筋小麦氮素积累和籽粒蛋白质含量的影响

为探索冀东平原强筋小麦适宜的氮肥施用模式,选用2个强筋小麦品种(津农7号和中麦998),在总施氮量为210 kg·hm^-2的前提下设置4种施氮模式(CK:底肥50%+拔节肥50%;N1:底肥30%+起身肥20%+拔节肥50%;N2:底肥50%+拔节肥30%+孕穗肥20%;N3:底肥30%+拔节肥50%+孕穗肥20%),研究了不同施氮模式对强筋小麦氮素积累、转运、籽粒蛋白质及其组分含量的影响。结果表明,与CK相比,N2和N3处理提高了强筋小麦干物质积累量,显著增加植株花前氮素积累量及其转运量。花前氮素对籽粒氮素的贡献率因品种和处理而异,津农7号花前氮素对籽粒氮素的贡献率以CK最高,中麦998花前氮素对籽粒氮素的贡献率以N2处理最高。与CK相比,N2和N3处理显著增加小麦籽粒的蛋白质含量,提高醇溶蛋白和谷蛋白含量;2个强筋小麦品种籽粒产量均以N2处理较高。综上所述,本试验条件下,总施氮量的20%后移至孕穗期可提高强筋小麦植株干物质积累量,促进花前积累氮素向籽粒转移,提高籽粒蛋白质含量;N2处理可使津农7号获得最高的籽粒产量和蛋白质含量;中麦998在N2处理下籽粒产量最...     

不同阶段夜间增温对小麦生长特性及产量的影响

全球变暖表现出夜间增温幅度大于白天的非对称性增温特性,为明确不同阶段夜间增温对小麦生长发育特征及产量的影响,以扬麦18为试验材料,采用被动式增温装置分别对小麦分蘖期至拔节期(NWT-J)、拔节期至孕穗期(NWJ-B)、孕穗期至开花期(NWB-A)三个不同阶段进行夜间增温处理,以不增温为对照(NN),研究不同阶段夜间增温...     

灌水量和追氮方式对春小麦生态化学计量特征的影响

为探索陇中黄土高原丘陵沟壑区春小麦适宜水氮管理模式,在甘肃省定西市安定区李家堡乡开展大田试验,测定分析不同灌水量（W1:50 mm,W2:100 mm,W3:150 mm）和不同时期追氮（N1:孕穗初期追氮40 kg·hm^-2,N2:灌浆初期追氮40 kg·hm^-2,N3:孕穗期初期和灌浆初期各追氮20 kg·hm^-2）下春小麦各生育时期根、茎、叶的碳（C）、氮（N）、磷（P）元素含量、化学计量特征及其与产量之间的关系。结果表明,随着春小麦生长发育,根系C含量呈逐渐升高趋势,茎和叶C含量呈先升后降趋势,各器官P含量均呈逐渐降低趋势。灌水量和追氮对春小麦根茎叶的C、P含量影响均不显著;同一追氮方式下,春小麦N含量、N/P值随着灌水量的增加而增大,C/N值随着灌水量的增加而降低。C/P值不随外界环境因子的变化而变化,表现出强烈的内稳性。在同一灌水量下,孕穗期和灌浆期分两次追施氮肥处理的N含量、N/P值最大,春小麦单株生物量和籽粒产量与N含量、N/P值呈正相关。因此,在陇中黄土高原丘陵区小麦地,在灌水150 mm时,孕穗期和灌浆期各追施氮肥20 kg·hm^-2,更有利于提高小麦的产量和保持化学元素的平衡。     

测墒补灌条件下施氮量对小麦干物质积累转运和产量的影响

为筛选测墒补灌节水条件下实现小麦高产和氮素高效利用的最优施氮量,以小麦品种烟农1212为材料,在拔节期和开花期将0~40 cm土层土壤相对含水量补灌至70%条件下,设置0、120、180和240 kg·hm^-2施氮量处理（分别用N0、N1、N2和N3代表）,分析施氮量对测墒补灌小麦旗叶光合特性、干物质积累与转运和氮素利用率的影响。结果表明,N2处理下小麦花后7~28 d旗叶光合性能显著高于N0和N1处理,但施氮量增至N3时光合性能无显著变化。N2处理的营养器官花前贮藏干物质在花后向籽粒的转运量显著高于其他处理;花后光合同化物积累量显著高于N0和N1处理,但与N3处理无显著差异。成熟期N2处理干物质在籽粒中的分配比例较N0和N1处理分别高5.00和2.86个百分点。N2处理的籽粒灌浆持续时间和活跃灌浆期长,最大灌浆速率下粒重高,籽粒产量较N0和N1处理分别高41.01%和22.44%,且氮肥农学效率最高,氮肥偏生产力较高。综合考虑,180 kg·hm^-2施氮量为测墒补灌节水条件下最佳施氮量。     

施氮量对新疆滴灌冬小麦根系生长及产量的影响

为探明滴灌冬小麦高产需氮肥规律,利用大田试验研究了N_0(0 kg·hm~(-2))、N_1(90kg·h~(-2))、N_2(180kg·h~(-2))、N_3(270kg·h~(-2))、N_4(360kg·h~(-2))施氮量对新冬18号0~60cm土层根系生长的影响及其与产量和氮肥利用率的关系。结果表明,随着施氮量的增加,拔节至成熟期间0~60cm土层根系干重、根长和根系活力均增加,N_3处理孕穗期小麦0~60cm土层根干重、根长分别较N_0处理增加11.93%、29.0%,增幅基本表现为0~20cm20~40cm40~60cm土层;N_3处理较N_0处理小麦产量增加30.35%,氮肥农学利用效率为6.90kg·kg-1。拔节期前后施适量氮肥可促进0~60cm土层根系生长和活力增强,是氮肥增产的重要原因。本试验条件下最适宜施氮量为180~270kg·h~(-2),可获得产量7 591.49~8 004.85kg·h~(-2),氮肥农学利用效率为6.90~8.06。