春玉米磷素营养的光谱响应及诊断

通过盆栽试验监测不同磷营养水平春玉米典型生育期叶片光谱变化,并对叶片光谱反射率与叶片磷含量做了相关分析。结果表明,春玉米大喇叭口期是磷素营养的光谱响应敏感期,3507～30.nm和14201～800.nm是磷素营养的光谱敏感波段。该生育期构建的单波段高光谱变量、窄波段光谱变量和宽波段光谱变量与叶片磷含量都存在显著或极显著的回归关系;窄波段光谱变量比值指数R6725/6256和R61745/15856与叶片磷含量的回归关系达到了极显著水平,R625/555达到显著水平。可见光波段光谱变量与磷含量的回归关系优于近红外波段光谱变量与磷含量的回归关系,表明可见光波段叶片光谱反射率可能更适合春玉米磷营养状况的评价。不同波段宽度的光谱变量分析表明,在敏感波段范围内,801～00.nm波段平均的叶片宽波段光谱反射率没有降低对叶片磷含量的估算精度。     

基于光谱分析的玉米氮素营养诊断

利用光谱技术实时、快速、无损监测作物氮素营养状况是现代农业的研究热点之一。试验根据玉米氮素营养的生理特点,在关键生育期有针对性地选择第6片完全展开叶和第12片完全展开叶（果穗叶）进行光谱监测。结果表明,被考察的19个光谱特征参量中,红边斜率（Dr）、绿峰最大反射率（Rg）、比值植被指数（RNIR/Red）和归一化差值植被指数（R(NIR-Red)/(NIR+Red)）与叶片氮含量均存在较好的相关关系。考虑到诊断模型的简单实用性,选择RNIR/Red与叶片氮含量建立估测模型。根据RNIR/Red在玉米生育前期和后期与不同叶片氮含量的相关性,确立在玉米生育前期以第6片完全展开叶为诊断对象; 在生育后期以第12片完全展开叶（果穗叶）为诊断对象。经过回归分析和验证,RNIR/Red与叶片氮含量建立的对数模型和指数模型分别在生育前期和生育后期具有较高的可靠性和稳定性,确立玉米生育前期以对数模型,生育后期以指数模型为氮素营养的光谱诊断模型。该结果为研发低成本便携式作物氮素营养光谱诊断仪提供依据。     

数字图像技术在夏玉米氮素营养诊断中的应用

基于6个不同水平的氮肥田间试验,采用数码相机获取夏玉米6叶期和10叶期的冠层图像,分析了不同供氮水平下夏玉米冠层图像色彩参数指标与施氮量、叶片SPAD值、植株硝酸盐浓度、植株全氮含量、0～90cm土壤硝态氮含量之间的关系。结果表明:在6叶期,玉米冠层数字图像色彩参数指标B/(R+G+B)、G/B、R/B、B/L均与施氮量、叶片SPAD值、植株硝酸盐浓度、植株全氮含量、0～90cm土壤硝态氮含量存在极显著的线性相关关系,其中B/(R+G+B)与各营养参数的相关关系最好,其次是B/L。因此,运用数字图像技术进行玉米的氮素营养诊断是可行的。夏玉米6叶期冠层图像色彩参数指标与上述营养参数间的相关性明显高于10叶期,可作为应用数字图像技术进行氮素营养诊断的关键时期,而蓝光标准化值[B/(R+G+B)]是进行夏玉米氮素营养诊断的最佳冠层图像色彩参数指标。     

作物氮素营养诊断方法研究进展

改进氮素管理对农业生产和生态环境保护具有重要的意义。本文综述了几种氮素营养诊断方法的优缺点,重点介绍了主动遥感光谱仪G reenSeeker的特点,及其进行氮素诊断的机理、研究进展和其在国内的应用前景。     

硝酸盐反射仪和SPAD法对玉米氮素营养诊断的比较

精准的营养诊断是了解作物氮素营养及推荐施肥的基础。本文在田间滴灌条件下利用SPAD叶绿素仪(SPAD-502 Plus)和硝酸盐反射仪(RQ flex10)两种诊断方法对玉米关键生育时期的氮素营养诊断进行研究,旨在筛选出适宜的诊断方法,并依据诊断值建立滴灌玉米不同生育时期的施肥模型。试验设置0 kg(N)·hm~(-2)(N0)、225 kg(N)·hm~(-2)(N225)、330 kg(N)·hm~(-2)(N330)、435 kg(N)·hm~(-2)(N435)和540 kg(N)·hm~(-2)(N540)5个施氮水平,在不同生育时期测定了玉米叶片SPAD值和叶鞘NO_3~-含量,并分别与施氮量、植株全氮含量、产量进行方程拟合,比较两种诊断方法对玉米氮素营养的响应。研究结果表明:1)玉米叶片SPAD值和叶鞘NO_3~-含量均随施氮量的增加而显著升高,且在拔节期对施氮量的响应最敏感。叶鞘NO_3~-含量对施氮量变化的响应较SPAD值大,其与施氮量及玉米产量的拟合度均高于SPAD值,说明硝酸盐反射仪法对滴灌玉米氮素丰缺的反应更灵敏。2)玉米全氮含量与叶片SPAD值呈显著线性关系,而与叶鞘NO_3~-含量则以线性加平台表示。当叶鞘NO_3~-含量小于186 mg·L~(-1)时,植株全氮与NO_3~-间呈显著线性相关;当叶鞘NO_3~-含量大于186 mg·L~(-1)时,植株全氮随NO_3~-含量增加趋于不变。3)本农作区滴灌玉米最佳经济施氮量为402.5 kg·hm~(-2),对应的玉米产量为17 049 kg·hm~(-2)。玉米拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期的临界叶鞘NO_3~-含量分别为729.3 mg·L~(-1)、536 mg·L~(-1)和81.2 mg·L~(-1)。SPAD叶绿素仪和硝酸盐反射仪均可对滴灌玉米进行氮素营养诊断,但硝酸盐速测值能更敏感地反映氮素丰缺状况,基于硝酸盐反射法进行作物氮素营养诊断及推荐施肥具有较好的准确性与适用性。     

黑龙江春玉米籽粒产量与氮素吸收变化特征

【目的】在高产玉米生产系统中,对氮素需求的过量评估,导致了氮素的过量施用和环境污染。东北春玉米种植区是我国重要的商品粮生产基地,仅黑龙江省玉米总产量就占到了全国的13.8%。在黑龙江省玉米面积迅速增加的情况下,在全省范围内收集整理施肥试验数据,分析品种、缓释氮肥试验数据,对揭示氮素需求与产量之间的关系具有重要意义。本研究的主要目的是量化黑龙江省籽粒产量和氮素需求之间的关系;评估产量增加时每吨籽粒吸氮量的变化;研究不同熟期品种籽粒产量和氮素吸收之间关系;分析缓释尿素产量和氮素吸收之间关系。【方法】采用调查方法,对2003~2012年黑龙江省不同地点的56个春玉米田间施肥试验中439个试验产量和成熟期数据进行了收集和整理,运用幂指数模型对成熟期产量和地上部总氮素吸收量之间的关系进行模拟。采用田间试验方法研究普通尿素和缓释尿素不同施肥方法对产量和农学性状的影响。试验以不施氮肥为对照,尿素100%基施、缓释尿素100% 基施、尿素40%基施60%追施、尿素40%缓释尿素60%基施5个处理,测产并分析计算收获指数、氮素收获指数。【结果】黑龙江玉米收获指数逐年提高,从2000年代的0.43增加到2010年代的0.48。56个试验的玉米平均产量为9.5 t/hm2,这一产量高于全国的平均产量5.3 t/hm2和世界平均产量4.5 t/hm2。每吨籽粒吸氮量平均为16.7 kg。将玉米产量分为6个范围:7、7~8、8~9、 9~10、10~11、11 t/hm2,每吨籽粒吸氮量平均值分别为18.3、18.3、16.8、17.0、16.4和15.3 kg。早熟品种每吨籽粒吸氮量高于晚熟品种。田间试验中尿素40%基施60%追施处理和40%尿素60%缓释尿素基施处理的每吨籽粒吸氮量显著高于尿素100%基施。【结论】黑龙江省玉米产量从2000年代的8.5 t/hm2 增长到2010年代的9.7 t/hm2,收获指数的提高是主要原因之一,收获指数的增加和籽粒中氮浓度的稀释是每吨籽粒吸氮量呈下降趋势的主要原因。在相同籽粒产量下,早熟品种籽粒和秸秆中的氮素浓度高于中、晚熟品种。追施氮肥处理和缓释氮肥与尿素基施处理的玉米籽粒和秸秆中的氮浓度更高。黑龙江省高产玉米生产系统中,产量的提高伴随着收获指数的提高和籽粒氮浓度的下降,而晚熟品种的种植面积扩大是导致这一现象的原因之一。     

水稻氮素营养的叶色诊断研究

本文根据均匀颜色空间的L*a*b*空间及色差公式研制了水稻标准叶色卡;研究了水稻氮素营养的叶色诊断。结果表明,水稻叶色与叶片全氮、蛋白氮、非蛋白氮含量,叶绿素、类胡罗卜素含量及光合强度等生理性状都有极显著的相关性,不同生育期的叶色级与产量有密切关系。田间对比试验结果也表明,根据叶色诊断施肥比农民习惯施肥有显著的节氮增产效果,可以作为优化配方施肥的配套技术之一。     

银杏氮素营养诊断技术研究

应用果园调查、土壤植株化验分析与大田氮肥施用量试验相结合的方法 ,对银杏氮素营养诊断技术进行了研究。结果表明 ,土壤氮素的最佳诊断形态为土壤有效氮 ,其诊断指标 (mg/kg)为 :高 115.2 ,中 78.8～ 115.2 ;低78.8。银杏植株氮素营养诊断最佳诊断时期为 7月 ,最佳诊断部位为长枝条 8位叶 ,诊断形态为全氮 ,其诊断指标 (N % )为 :高 2.04、中 1.80～ 2.04、低 1.80。     

旱地不同冬小麦品种氮素营养的叶绿素诊断

通过田间试验研究了叶绿素仪用于西北旱地主栽的10个冬小麦品种氮素营养诊断的效果。结果表明,冬小麦SPAD值与子粒产量、生物学产量有很好的相关性,尤其以拔节期和开花期相关性较高。不同施氮量下的SPAD值有明显的不同,施氮量为180kg/hm2时,SPAD值达到最大。在同一施氮水平下,开花期的SPAD值均最高。拔节期之前冬小麦不同品种间SPAD值的差异较小,拔节期以后差异较大,最大可达9.2个SPAD单位。小偃22在每个时期的SPAD值都最高,并且与陕253、陕229和小偃503之间的差异均达显著水平,而陕253、陕229和小偃503之间的差异不显著。可见,小偃22与其它3个品种对氮素反应分属于不同类型,应根据不同品种类型建立相应的诊断指标。     

作物氮素营养诊断方法的研究现状及进展

根据作物氮素营养诊断方法的发展,总结分析了作物氮素营养诊断中各种方法的优缺点,提出将无损快速诊断技术与传统诊断技术结合将是今后氮素营养诊断的发展趋势。在测土配方施肥中应加强推广植株氮素诊断的方法和技术,提高测土配方施肥的准确性,建立各种不同作物氮素营养诊断的综合指标体系。     

叶绿素仪在夏玉米氮营养诊断中的应用

叶绿素仪(SPAD-502)的出现使通过无损伤的田间速测对作物进行氮营养诊断成为可能。采用简单的试验和研究方法在田间条件下研究了叶绿素仪应用于夏玉米氮营养诊断的可行性。研究结果表明,应用叶绿素仪监测夏玉米氮营养状况的最佳测定部位为最上部完全展开叶的中部,该部位叶绿素仪测定值与作物全氮、施氮量及产量之间均有较好的相关性。由于作物品种对叶绿素测定影响很大,需要通过相对叶绿素仪读数的方法对其进行校正,校正后叶绿素仪对夏玉米追肥推荐中营养状况的预测精度为66.7%。     

利用相关矩阵法优化光谱指数的冬油菜氮素营养诊断

近年来高光谱技术由于无损和高效等优点成为了现代精准农业发展的必要手段方法。为实现冬油菜无损、快速的氮素盈亏诊断,该研究以连续两年(2022—2023年)不同覆盖及施氮处理下冬油菜蕾薹期采集的90份植物样品(地上部生物量和植株氮浓度)和高光谱实测数据为数据源,根据原始光谱和一阶微分(first-order differential,FD)光谱与氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)的相关系数计算了8种(共16个)典型的光谱指数,随后利用相关矩阵法提取最佳光谱组合,并根据与NNI相关系数的计算结果筛选最优光谱指数,最后将最优光谱指数分为3组模型输入变量,分别采用支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)、极限学习机(extreme learning machine,ELM)和反向神经网络(back propagation neural network,BPNN)构建冬油菜蕾薹期NNI估算模型。结果表明一阶微分光谱指数与NNI的相关系数均大于原始光谱指数,3个组合选择的光谱指数与NNI的相关...     

主动遥感光谱仪Greenseeker与SPAD对玉米氮素营养诊断的研究

以手持式主动遥感光谱仪Greenseeker和叶绿素仪SPAD对玉米不同氮素水平下各个生育期的NDVI值及叶片SPAD值进行测试,研究不同氮素对玉米群体和个体营养状况的变化以及田间条件下简便、快速、非接触性的作物氮素营养状况诊断方法。结果表明,在一定的范围内随着氮肥用量的增加NDVI值也增加,氮肥施用量为N 300kg/hm2时NDVI值达到最高,NDVI 与氮肥施用量符合线性加平台的关系;玉米不同生育期间NDVI 值变化明显,苗期NDVI值比较低,大喇叭口期NDVI 值达到最高,以后逐渐下降并在抽雄期后趋于稳定。SPAD值与NDVI 值的变化趋势相一致,SPAD值与叶绿素含量成正相关关系,大喇叭口期完全展叶的SPAD 与产量存在正相关关系。手持式主动遥感光谱仪Greenseeker和叶绿素仪SPAD结合能够对玉米的氮素营养状况作营养诊断。     

ASD Field Spec3野外便携式高光谱仪诊断冬小麦氮营养

氮素营养诊断关键在于氮营养指数(nitrogen nutrient index,NNI)预测。对于冬小麦氮营养指数预测模型而言,如何选取预处理方法和建模方法不一而足,不同预处理和模型选取对预测结果精度的影响程度目前还不清楚。该研究以ASD Field Spec3野外便携式高光谱仪采集乐陵市冬小麦冠层高光谱数据,采用10种光谱预处理方法并结合3种模型(偏最小二乘回归、BP神经网络和随机森林算法)建立多种冬小麦氮营养指数高光谱预测模型。对比模型预测精度表明最佳的高光谱建模方法为随机森林算法结合SG卷积平滑预处理所建模型(预测集R2=0.795,RMSE=0.125,RE=11.7%)精度高、可靠性强,是筛选出最佳的冬小麦氮营养指数高光谱预测模型。该研究结果对冬小麦氮营养指数高光谱预测建模具有科学价值,为筛选最优高光谱预处理方法和预测模型提供技术参考。     

移栽玉米的氮素诊断及追肥推荐研究

本文通过对不同施氮量与移栽玉米产量的两种模型比较 ,得出线性加平台能较好的模拟产量与施氮量的关系 ,由此得到了最佳施氮量和最佳产量 ,同时确定了玉米植株硝酸盐 ,土壤0～ 30 cm硝酸盐的推荐施氮临界值指标。     

玉米氮营养指数的高光谱计算模型

快速、准确、动态地诊断大面积玉米氮营养状态对于评价玉米长势、预测产量和指导农业生产均具有重要的意义。该研究利用北京昌平、长春市西北市郊的四间房村2个试验区的玉米冠层高光谱数据演变得到的多种光谱参数,采用逐步回归分析方法,建立了玉米氮营养指数与高光谱参数的定量关系,提出了玉米氮营养指数的敏感光谱参数及预测方程。研究结果显示,红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数、红边敏感点参数与玉米氮营养指数高度相关,是诊断玉米氮营养指数的敏感光谱参数。通径分析得到红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数与玉米氮营养指数的通径系数分别为-0.14942和-0.35218,表明玉米氮营养指数对红边/绿边比值参数、红边/近红外比值参数有间接影响,红边敏感点参数与玉米氮营养指数的通径系数为1.41549,表明红边敏感点参数对玉米的氮营养指数高度敏感。基于敏感光谱参数的玉米氮营养指数多元回归预测模型的相关系数R为0.95507,观测值与拟合值的拟合误差小于0.1,均方根误差为0.06016,F值达到了167.727,显著水平P为0.0045。由此可以得出利用敏感光谱参数定量分析玉米氮营养指数是可行的。     

Nitrogen nutrition and changes in the chemical attributes of the soil for cultivars of Brachiaria brizantha intercropped with Stylosanthes in different forage systems

ABSTRACT

Nitrogen in the soil-plant system is extremely complex, and any change in soil management or cultivated species can modify its dynamics. To minimize environmental problems and sustainably optimize agricultural production, it is necessary to understand the dynamics of nitrogen in the soil-plant system. Thus, the objective of this study was to evaluate plant nitrogen nutrition and changes in the chemical attributes of the soil for cultivars of Brachiaria brizantha intercropped with Stylosanthes in different forage systems. The experimental design consisted of randomized block experimental design was used, with three replicates. The treatments consisted of forage systems: Piata palisadegrass, Paiaguas palisadegrass, Stylosanthes cv. Campo Grande, row intercropping of Piata palisadegrass with Stylosanthes, mixed intercropping of Piata palisadegrass and Stylosanthes, row intercropping of Paiaguas palisadegrass and Stylosanthes, and mixed intercropping of Paiaguas palisadegrass and Stylosanthes. Evaluations were performed in winter, spring, summer, and autumn in the same plots and over a 2-year period. The intercropping of grasses and legumes positively influences the chemical characteristics of the soil and the nutritional status of the forage by improving the concentration of nutrients. Overall the row seeding method provided better nutrient concentrations. The second year provided higher nitrogen absorption but resulted in greater soil acidification.     

基于叶片光谱透过特性的植物氮素测定

该文通过不同施氮水平下营养液栽培的水稻和黄瓜叶片在300～1100 nm的分光光谱透过率,与其叶绿素含量和含氮量的相关性分析,确定了560、650和720 nm作为特征波长,940 nm作为参比波长可用于植物营养的快速无损诊断。以上述波长的光谱透过率构建的21组光谱特征参数中,(T940-T560)/(T940+T560)、log(T940/T560)和log(T940/T650)与水稻和黄瓜叶片的叶绿素含量和含氮量的相关性较好,且经回归估测检验的相对误差均小于8%。因此,上述光谱特征参数可作为植物氮素营养指标用于植物叶片的叶绿素含量和含氮量的快速无损估测,从而为植物营养无损诊断提供技术支持。