基于双极化双时相RADARSAT-2的冬小麦估产模型研究

为了给农业部门提供准确的冬小麦产量评估,应用安徽省淮河流域4月底和5月初双极化星载合成孔径雷达(SAR)影像——RADARSAT-2和该区域冬小麦收割前（5月底）试验田产量资料,应用不同拟合方法建立冬小麦产量和2个时相（4月底和5月初）后向散射系数关系的估产模型;选择其余试验田对其检验,优选出最佳的估产模型,实现冬小麦大面积估产。结果表明,经计算得到了超过80%精度的估产模型和冬小麦较准确的估产结果。说明在冬小麦收割前1个月左右应用SAR进行估产,这种思路和方法是行之有效的。     

地面资料稀缺区域的农田土壤水分微波与光学遥感协同反演方法研究

[目的] [方法]大尺度区域范围的地表粗糙度因子难以获取是微波反演土壤水分的难点所在。对此,从协同微波和光学遥感数据在土壤水分监测中的优势以提高土壤水分反演精度的角度出发,进行了地表粗糙度参数稀缺区域的大范围农田土壤水分遥感反演方法研究,即利用高分三号和Landsat8光学遥感数据,通过水云模型消除植被对雷达后向散射系数的影响,获取土壤直接后散射系数,然后结合入射角、PDI、TVDI和NDWI指数共同作为模型输入参数分别建立了HH和HV两种极化方式下的土壤水分反演模型。[结果]采用相关系数(R2)、一致性指数(IA)和均方根误差(RMSE),对两种模型应用于江汉平原农田土壤水分反演的实验结果进行了对比分析,结果显示HH极化方式下的土壤水分反演精度整体上优于HV极化方式(HH极化方式R2=0.6864,IA=0.8895,RMSE=6.979%)。[结论]在空间分布上,温度较高和植被覆盖较低区域,土壤水分含量较低,如钟祥市的北部、江陵县的东北部、荆门市的东部、仙桃市的西部和天门市的西北部;温度较低和植被覆盖较高区域,土壤水分较高,如监利县以及天门市的南部。     

多参数冬小麦估产模型研究及产量影响因素分析

产量估算研究对制定粮食政策和经济计划,科学地进行粮食宏观调控有着重要意义。针对以往线性遥感估产模型中多是基于NDVI和LAI的研究,且参数间存在多重共线性等问题,该研究以河北省南部石家庄、保定、邯郸、邢台、衡水、沧州六市为研究区,选用2000—2008 年的种植区最佳时相NDVI、LAI累加值,并引入与小麦生物量积累密切相关的不同月份地表温度作为原始估产指标,针对参数累加值存在的误差,提出一个修正公式对NDVI、LAI 进行修正,再对选用参数进行主成分分析,将结果与冬小麦产量数据建立出4 个多参数综合作用的冬小麦遥感估产模型。结果表明,利用2009 年数据对模型进行验证,结果表明4 个模型的R2介于0.714~0.818 之间,估产精度均在93.0%以上,其中,综合所有遥感参数的模型拟合效果最好,R2为0.818,估产精度达95%,而且引入温差主成分的模型精度高于仅用NDVI、LAI作参数的模型,另外深入分析各参数对产量估测的影响可知4 月中旬和5 月中旬的地表昼夜温差对冬小麦的后期产量具有较大影响。     

浮山夏闲期降水量对旱地小麦产量的影响及对策研究

为了研究浮山县7—9月夏闲期降水量对翌年冬小麦产量的影响,做出翌年小麦产量的趋势预报,提出相应措施和对策,指导小麦生产趋利避害。通过对山西省浮山县1980—2009年7—9月夏闲期降水量与翌年冬小麦产量的分析,利用SPSS软件,分离趋势产量和气象产量,建立小麦趋势产量回归方程;通过气象产量与夏闲期降水量的分析,建立两者的对数方程,最终建立小麦产量预报模型：Y=2.995T+68.102lnX-254.578。结果表明：浮山县1980—2009年7—9月夏闲期降水量与翌年冬小麦产量拟合率较高,预测精度最高为99%,平均预测精度为80%。通过研究得出：浮山县7—9月降水量与翌年冬小麦产量相关性显著,预测精度较高,但因未考虑到小麦生育期降水量的影响,故如遇较大范围严重自然灾害时,预测精度会大大降低。     

基于高分卫星影像的青岛市冬小麦种植信息提取

为了准确获取青岛市主要农作物冬小麦的种植信息,以GF-1/16 m卫星影像为主要数据源,将高程、土地利用和田间调查数据作为辅助数据源,根据冬小麦主要发育期与其他地物在GF-1/16 m卫星影像上的光谱差异,计算得到4月份为青岛市冬小麦遥感面积提取的最佳时相。在最佳时相内,采用决策树分类法,通过分区解译方式,提取出青岛市2017年冬小麦种植面积和分布区域,并利用GF-2融合后 1 m卫星影像、地面调查数据和统计局公布数据对分类结果进行精度验证。结果表明:利用GF-1/16 m卫星影像在幅宽、时间和空间分辨率的优势,将土地利用和高程等引入决策树分类模型,进行区域尺度的冬小麦种植面积遥感估算的方法是可行的。经精度验证,2017年青岛市冬小麦遥感解译总精度为94.3%,Kappa系数为0.857。遥感提取面积略小于统计局公布数据,面积总量提取精度为93.6%。本研究为基于高分卫星影像的区域尺度作物种植面积提取提供参考。     

基于Sentinel多源数据的晋南农田地表土壤水分反演

通过遥感数据反演农田地表土壤水分,对农作物干旱、长势监测及估产有重要指导作用。以山西省闻喜县冬小麦种植区为研究区,利用水云模型去除植被影响,建立土壤直接后向散射系数与土壤含水量的关系,反演闻喜县2018年3月19日冬小麦种植区土壤水分。结果表明：协同Sentinel-1微波和Sentinel-2光学影像数据能够去除植被影响提高土壤水分反演精度,VV极化决定系数R²提高0.0914,均方根误差RMSE减少0.0895%。闻喜县中部河谷平原以及东南和西北部的台地土壤处于轻度干旱状态,西南部丘陵和东部山地土壤处于中度干旱状态。反演的土壤水分空间分布结果与地形起伏、灌溉条件和地力等级有较好的空间一致性,地形起伏低、灌溉条件良好的农田土壤水分含量高。     

小麦新品种(系)抗倒性及产量构成因素评价

为筛选小麦优异抗倒性资源材料,分析倒伏严重年份黄淮南片麦区小麦产量构成,本试验以2016—2017年度国家冬小麦黄淮南片水地组区域试验81个小麦新品系为材料,结合多点试验抗倒性鉴定结果,利用倒伏指数法、相关性及主成分分析,对黄淮南片麦区小麦新品种(系)的抗倒伏能力及产量构成因素进行了初步分析。聚类结果显示,有27个小麦新品种(系)抗倒伏能力处于好或较好水平,占参试品种(系)的33.3%,倒伏指数平均值分别为10.5、28.3;抗倒性较差的品种(系)有17个,占参试品种(系)的21.0%,倒伏指数平均值为89.5,表明本年度抗倒性较好的新品系在黄淮南片麦区占据多数,试验品系抗倒伏能力总体较好。倒伏与株高、最高蘖、有效穗数均呈显著或极显著正相关,株高越高,群体越大,小麦品种倒伏的风险越大。严重倒伏点率和倒伏指数与产量呈极显著或显著负相关,倒伏越严重,产量影响越大。主成分分析结果表明,倒伏是黄淮南片麦区小麦品种产量的主要限制因素之一。在控制倒伏的前提下,适当增加有效穗数和穗重,延长生育期,是黄淮南片麦区小麦增产的有效途径。     

基于新遥感数据源的县域冬小麦种植面积提取

Landsat-8卫星的成功发射为农业遥感提供了新的重要数据源。以虞城县为研究区域,探讨基于Landsat-8影像估算县域冬小麦种植面积的可靠性,讨论不同分辨率影像的提取精度。选取冬小麦起身生拔节长期的影像以最大程度的扩大冬小麦与背景地物的波谱差异,根据波谱特征构建提取冬小麦种植面积的决策树模型。结果表明：与统计数据对比,使用30 m空间分辨率影像提取的精度为96.30%,使用15 m空间分辨率影像提的取精度达到99.17%,该方法可为县域冬小麦面积提取提供技术支撑。     

基于GF-1卫星影像的中国冬小麦制图研究

旨在实现冬小麦面积自动化提取,本文提出一种基于冬小麦NDVI加权指数(WNDVI)的分类算法。将影像分割成标准的小区域,从而构建冬小麦分类单元,采用自适应方法确定冬小麦种植区和非种植区WNDVI分割阈值。以2013年10月至2014年5月期间的GF-1卫星WFV影像为例,构建了全国14个省（市、区）的1180个分类单元的WNDVI,实现了2014年全国主产区冬小麦种植区的空间分布图;采用14233个样本对结果进行验证精度,总体精度达到了90.6%。本方法自动化程度高,结果稳定,适合大范围冬小麦面积监测业务化运行。     

基于气候适宜度指数的山东省冬小麦产量动态预报

利用山东省主产区冬小麦产量资料、生育期内的温度、降水量、日照时数资料,结合冬小麦生理特性,分别构建了冬小麦温度、降水及日照适宜度模型,利用气候适宜度与冬小麦产量的关系,建立基于气候适宜度的冬小麦产量动态预报模型。通过对2008～2010年冬小麦产量进行动态预报, 结果表明, 3月31日、4月30日和5月31日预报的小麦产量丰歉趋势的预报平均正确率均为100%,单产预报平均准确率分别为95.1%、95.1%和95.4%,预报准确率较高,能够满足业务服务的需要。     

Contribution of cultivar,fertilizer and weather to yield variation of winter wheat over three decades: A case study in the North China Plain

Long-term field measured yield data provides good opportunity to assess the impacts of climate and management on crop production. This study used the yield results from a long-term field experiment (1979–2012) at Luancheng Experimental Station in the central part of the North China Plain (NCP) to analyze the seasonal yield variation of winter wheat (Triticum aestivum L.) under the condition of sufficient water supply. The yield change of winter wheat over the last 33 growing seasons was divided into three time periods: the 1980s, the 1990s, and the years of 2001–2012. The grain yield of winter wheat during the 1980s was relative stable. During the 1990s, the annual yield of this crop was continuously increased by 193 kg/ha/year (P < 0.01). While for the past 12 years, yield of winter wheat was maintained at relative higher level, but with larger seasonal yield variation than that back in 1980s. CERES-Wheat model was calibrated and was used to verify the effects of management practices on grain yield. Seven scenarios were simulated with and without improvements in management. The simulated results show that the yield of winter wheat was decreased by 5.3% during 1990s and by 9.2% during the recent 12 seasons, compared with that during 1980s, under the scenario that the yield of winter wheat was solely affected by weather. Seasonal yield variation caused by weather factors was around −39% to 20%, indicating the great effects of weather on yearly yield variation. Yield improvement by cultivars was around 24.7% during 1990s and 52.0% during the recent 12 seasons compared with that during 1980s. The yield improvement by the increase in soil fertility and chemical fertilizer input was 7.4% and 6.8% during the two periods, respectively. The initial higher soil fertility and chemical fertilizer input might be the reasons that the responses of crop production to the further increase in chemical fertilizer were small during the simulation period. Correlation analysis of the grain yield from the field measured data with weather factors showed that sunshine hours and diurnal temperature difference (DTR) were positively, and relative humidity was negatively related to grain yield of winter wheat. The climatic change trends in this area showed that the DTR and sunshine hours were declining. This type of climatic change trend might further negatively affect winter wheat production in the future.     

氮素和小麦条锈病胁迫下小麦高光谱遥感估产模型研究

为了构建不同施氮水平和条锈病发病条件下的小麦估产模型,设置了不同氮素水平及人工接种小麦条锈病,通过采用将多个关键生育期的光谱植被指数、一阶微分参数与小麦条锈病病情指数、叶片含氮量、产量构成因子、产量进行相关分析,植被指数、一阶微分参数与产量进行回归分析的方法,研究与产量相关性高的植被指数、微分参数,结果表明分别利用绿光红光比值植被指数(GR)和绿光波段一阶微分值总和(SDg)、蓝光波段一阶微分值总和(SDb)在灌浆期构建的估产模型预测效果较好,2010年预测准确率分别可以达到99.87%、99.98%,2011年预测准确率分别可以达到97.9%和95%。通过试验研究发现高光谱遥感技术在氮素和小麦条锈病双重胁迫下也可以较好的预测产量,这对研究多重胁迫、多种栽培措施下的小麦估产模型有重要意义。     

豫南雨养区近15年小麦生产能力提升原因分析与技术对策——以西平县为例

为了研究小麦生产能力与气候变化的相关性,实现小麦生产水平年际间的稳定和持续提高,以西平县为例,通过对15年气象因子和小麦生产情况的系统分析,结合多年定位丰产高效栽培试验进行对比分析,研究了近15年来豫南雨养区小麦生产水平不断提高与气象因子变化和栽培技术的关系。结果表明,近15年来豫南雨养区小麦生产能力持续提升的主要因素是品种布局优化和栽培技术水平的提高。半冬性品种比春性品种的产量潜力高399.6 kg/hm2（增幅5.48%）;0~10 cm土壤水分含量覆盖比不覆盖和常规翻耕处理均高2.75个百分点,比旋耕3.2个百分点;通过防治蚜虫、赤霉病、纹枯病和叶枯病措施,产量分别提高7.7%、10.2%、5.2%和6.6%。因此,提出以合理品种布局和优化播期播量为基础,自然降水高效利用和病虫害综合防治为关键技术的豫南雨养区小麦持续丰产高效技术途径。     

不同新型肥料对小麦光合特性、冠层结构及产量的影响

为明确不同新型肥料的使用效果,为生产中合理选择肥料提供依据。以小麦品种烟农19为材料,在安徽省怀远县龙亢农场设置普通化肥、保持肥、活性增效肥、活性炭肥、活性素肥、土壤改良剂+习惯施肥和习惯施肥共7个不同肥料处理,研究对小麦冠层结构、光能截获率、旗叶光合特性和产量及其构成因素的影响。结果表明,新型肥料处理较习惯施肥处理产量提高了4.4%~10.2%,其中活性增效肥处理产量最高。与习惯施肥处理相比,不同新型肥料处理均提高了小麦生育后期旗叶SPAD值、净光合速率、冠层叶面积指数及光能截获率。综上,新型肥料具有增产增效的优势,尤其活性增效肥可作为小麦科学施肥的优选方案。     

基于GreenSeeker的冬小麦NDVI分析与产量估算

以2007-2009年连续2个冬小麦生长季的田间试验数据为基础,利用GreenSeeker获取冠层归一化差值植被指数(NDVI),分别对不同氮营养条件下冬小麦的产量变化、冠层NDVI值随施氮量和生育期的动态变化,以及NDVI与产量的相关性定量分析,建立基于NDVI的冬小麦产量估算模型。结果表明,冬小麦的产量变化随施氮量的增加呈抛物线趋势变化;冠层NDVI在返青期前随施氮量增加基本不变,返青期至灌浆初期随施氮量增加呈显著增加趋势;整个生育期冠层NDVI呈现“低–高–低”变化趋势。冬小麦整个生育期不同施氮水平下的NDVI值与产量的相关性均为正相关关系,且相关性随生育期逐渐增强,在灌浆末期达到最大。利用NDVI建立的冬小麦产量估算模型,以灌浆初期(P=0.005)和灌浆末期(P<0.001)的模型达到极显著水平。经验证,灌浆初期的冬小麦产量预测值与实测值的回归关系达到了显著水平(P=0.0129),灌浆末期则达到极显著水平(P=0.0002)。因此,利用灌浆初期和灌浆末期的NDVI值可以预测冬小麦产量,尤以灌浆末期预测效果更佳。     

Effect of region on the uncertainty in crop variety trial programs with a reduced number of trials

Results from crop variety trials may vary between geographical regions because of differences in climate and soil types. Results are usually presented at regional level. To evaluate the importance of the regions used in the Swedish variety trial programs, we examined which regions produced similar levels of yield and similar ratios in yield between cultivars; the amount by which variance could be reduced by division into regions or clusters of regions; and the amount of trials per region and year, replicates per trial, and trials per year required in order to fulfill specifications on the precision of results. Yield data from spring barley and winter wheat trials performed during 1997–2006 were studied using cluster analysis and variance component estimation. The objectives were (1) to discuss the effects of regions on precision when the number of trials has decreased; (2) to demonstrate the method; and (3) to report the results obtained. In spring barley, clusters of regions produced different levels of yield, but similar yield ratios between cultivars. In winter wheat, clusters of regions giving different yield ratios were identified. When the option of a single analysis was compared with that of region-wise analysis, the reduction in variance with the former, due to the larger number of trials, outweighed the reduction in variance with the latter due to decreased random interaction between trials and cultivars.     

北方冬麦区小麦产量潜力及增产技术研究进展

为了合理、准确地分析北方冬麦区的小麦产量潜力,找到限制因素,探寻相应的调控技术,提高小麦生产力。归纳了本地区模型模拟的冬小麦产量和高产记录,比较分析了模型模拟和高产纪录产量水平的差异,总结了限制小麦产量差缩小的主要原因与可能的调控技术。得出当前模型模拟结果低于高产记录是因为数据采集年份和数据量的影响;产量性能理论是定量化分析产量差异原因的有效方法;指出北方冬麦区限制小麦产量差缩小的主要原因和调控技术。认为小麦产量提升应从产量差确定、产量性能分析、集成技术等3个方面依次开展。     

Indentification of strong and weak yield determining components of winter oilseed rape compared with winter wheat

Yield formation of winter oilseed rape was compared with that of winter wheat in terms of absorption of PAR, radiation use efficiency and harvest index by means of crop growth simulation. Cumulative incoming PAR from April 15 until maturity, cumulative absorption of PAR, radiation use efficiency and harvest index were lower for winter oilseed rape compared with winter wheat. To improve potential seed yield of winter oilseed rape, a crop type with increased cumulative absorption of PAR, radiation use efficiency and harvest index is desirable.     

不同栽培模式对油菜产量和倒伏相关性状的影响

为建立与油菜相匹配的高产高效栽培管理方式,设置3种栽培模式即常规栽培(FP)、超高产栽培(SP)和高产高效栽培(HH),于2013—2014年在湖北枝江单季稻区用中熟油菜品种华双5号,武穴双季稻区用早熟品种华早291选择不同肥力田块(高肥力、低肥力)进行试验,测定3种栽培模式下油菜生物量和生育期间的光能资源利用率、产量、田间倒伏等指标。结果表明,与FP相比,在高、低肥力下,SH和HH均提高了各时期的光能截获率和光能利用效率,HH模式薹肥施用比例高,在后期光能截获率下降速率最低,仍保持较高的光合面积,有利于干物质的积累。SH模式和HH模式下,收获指数和产量均显著高于FP模式,且以SH模式最高。株高、根冠比和抗折力均表现为SHHHFP;倒伏指数与倒伏角度的变化趋势较为一致,在不同地力条件下均表现为SHFPHH。综上,HH模式的籽粒产量虽略低于SH模式,但不显著,而后期倒伏显著降低。与SH模式相比,HH模式通过增加种植密度,减少氮肥投入和施肥次数,起到了"以密抗倒、以密省肥"的效果,机械收获效率显著提高,可实现高产高效栽培。