阶段性缺水对冬小麦耗水特性和叶面积指数的影响

为了缓解华北平原淡水资源的不足,合理调配水资源,在中国科学院南皮生态农业试验站进行了淡水阶段性缺水灌溉试验研究,结果表明,当某生育阶段灌水被取消时,不但使作物在本生育阶段受水分胁迫,而且在后续生育阶段也受到一定程度的水分胁迫。相比阶段性缺水来说,旱作对叶面积指数和产量的影响程度最大。与充分灌溉的叶面积指数相比,缺水阶段的减小并不是最大的,缺水阶段之后的叶面积指数减少更大,从节水和对作物生长的影响2个方面综合考虑,缺灌浆水对叶面积指数和产量的影响程度最小。在淡水资源缺乏的区域采用阶段性缺水灌溉是节约水资源的重要途径。     

基于赤池信息量准则的冬小麦叶面积指数高光谱估测

冬小麦叶面积指数(leaf area index,LAI)是描述冠层结构的重要参数之一,对评价其长势和预测产量具有重要意义。该文利用灰色关联分析(grey relational analysis,GRA)对植被指数进行排序,用偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)选择不同的植被指数个数作为自变量进行回归建模,通过赤池信息量准则(Akaike’s information criterion,AIC)选择AIC值最小的模型作为冬小麦LAI最优估算模型,即GRA、PLS和AIC 3种方法整合建立冬小麦LAI最优估算模型。使用2008-2009年在中国北京通州区和顺义区获取的整个生育期冬小麦LAI和配套的光谱数据进行建模,利用2009-2010相关数据进行验证。研究表明:采用GRA评价标准与冬小麦LAI关联度最大的植被指数是VOG1,关联度最小的植被指数是SR;通过AIC建立的以8个植被指数作为自变量的冬小麦LAI模型效果最优,建模集的决定系数R2和标准误SE分别为0.76和0.009,验证集的R2和相对均方根误差RRMSE分别为0.63和0.004,预测模型和验证模型均具有较高的精度和可靠性。结果表明采用GRA-PLS-AIC方法进行冬小麦LAI反演是可行的,为提高冬小麦LAI遥感预测精度提供了一种有效的方法。     

21000-2300nm波段的小麦冠层光谱特性与叶面积指数和叶片氮含量间的关系及其受叶片水分含量的影响

The effects of leaf water status in a wheat canopy on the accuracy of estimating leaf area index （LAI） and N were determined in this study using extracted spectral characteristics in the 2 000-2 300 nm region of the short wave infrared （SWI） band. A newly defined spectral index, relative adsorptive index in the 2 000-2 300 nm region （RAI2000-2300）, which can be calculated by RAI2000-2300 = （R2224 - R2054） （R2224 ＋ R2054）-1 with R being the reflectance at 2 224 or 2 054 nm, was utilized. This spectral index, RAI2000-2300, was significantly correlated （P 〈 0.01） with green LAI and leaf N concentration and proved to be potentially valuable for monitoring plant green LAI and leaf N at the field canopy scale. Moreover, plant LAI could be monitored more easily and more successfully than plant leaf N. The study also showed that leaf water had a strong masking effect on the 2 000-2 300 nm spectral characteristics and both the coefficient between RAI2000-2300 and green LAI and that between RAI2000-2300 and leaf N content decreased as leaf water content increased.     

Nutrient concentrations of peach‐tree leaves under deficit irrigation

The effect of different deficit‐irrigation treatments on the dynamics of mineral nutrients in leaves of peach trees growing under Mediterranean conditions was studied. Treatments consisted of a control, continuous deficit irrigation, regulated deficit irrigation, and partial root drying. The dynamics of nutrients were unchanged by the water deficits, though the amount absorbed was slightly modified. The advantages of deficit‐irrigation strategies with regard to water‐use efficiency were accompanied by the absence of any harmful effect on leaf mineral nutrition.     

Compatibility of root growth and tuber production of potato cultivars with dynamic and static water‐saving irrigation managements

The important root characteristics of root length density (RLD) and root mass density (RMD) generally differ among irrigation managements and potato cultivars. The objective of this study was to investigate the RLD and RMD variations and their functional relationships with gross potato tuber yield for two commercial potato cultivars, Agria and Sante, under different irrigation strategies. Full irrigation and water‐saving irrigation strategies, deficit and partial root drying irrigations, were applied statically (S) and dynamically (D) based on daily crop evapotranspiration. Results showed that SPRD had significantly greater RLD (3.64 cm/cm³) and RMD (132.7 μg/cm³) than other irrigation treatments. Between the potato cultivars, Agria had significantly larger values of RLD (3.50 cm/cm³) and RMD (138.7 μg/cm³) than Sante. The functional relationship between the root growth characteristics and tuber yield showed that under water‐saving irrigations, Agria increased root mass at the expense of gross tuber yield but Sante increased root mass to maintain larger gross tuber yields. However, Agria produced more roots and gross tuber yield than Sante, and it is concluded that Agria is a more drought‐tolerant potato cultivar, which is recommended for tuber production in regions where water might be scarce. It was shown that larger root production in potatoes was associated with improved tolerance to water stress.     

油菜红边特征及其叶面积指数的高光谱估算模型

在2003～2004年油菜生长季,选用6个油菜品种,设置3个氮素水平的小区试验。在不同发育期同步测定油菜冠层的光谱反射率及对应叶片的叶面积指数。利用油菜冠层的光谱反射率数据提取红边参数,分析其变化规律,油菜叶面积指数与红边参数的相关性,估算结果表明：油菜冠层红边一阶导数光谱具有“双峰” 现象,红边位置λ_red位于690～720 nm之间,在油菜生长旺盛期间出现“红边平台”,前期有“红移”,后期有“蓝移”现象;叶面积指数与冠层光谱红边参数λ_red、Dλ_red、S_red之间在开花前存在显著相关,但开花后相关性不显著;利用开花前的红边参数可以估算油菜的叶面积指数,开花后的红边参数不能用于估算油菜的叶面积指数;最后建立了不同时期和开花前油菜叶面积指数的估算模型。     

基于叶片SPAD估算不同水氮处理下温室番茄氮营养指数

为了探讨临界氮稀释曲线模型在西北地区温室番茄不同水分处理下的适用性以及采用SPAD仪快速准确诊断氮营养状况,该研究以"丽娜"番茄为材料,2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行水分和氮素处理试验,水分处理设置4个水平,分别为全生育期充分灌水处理、仅苗期亏水50%、苗期开花期连续亏水50%和全生育期亏水50%;氮素处理设置3个水平,施氮量分别为0、150和300 kg/hm2,通过2013-2015年试验数据对临界氮浓度稀释曲线模型进行率定和验证,并将该模型参数与番茄全生育期平均日耗水量建立相关关系,提高了临界氮浓度稀释模型在不同水分条件下的适用性。结果表明通过番茄全生育期平均日耗水量和临界氮浓度稀释曲线模型估算得到的临界氮浓度估算值和实际计算值有较好的一致性,其绝对误差为0.13~0.34 g/(100 g),标准误差为0.14~0.39 g/(100 g),决定系数为0.94~0.99,因此采用该方法可以对西北地区温室番茄不同水分处理下临界氮浓度稀释进行准确估算。通过2013-2015年试验数据分析番茄不同叶位叶片SPAD值和氮营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)之间相关性,结果表明番茄中位叶片SPAD值与氮营养指数(NNI)有良好的线性相关性(决定系数为0.77~0.98),且该相关系数值与番茄日耗水量呈极显著相关关系,因此通过番茄日耗水量可以估算出NNI与中位叶片SPAD值之间的线性关系,估算出NNI=1时的中位叶片SPAD值,并以此SPAD值进行氮营养诊断。该研究可为西北地区温室番茄实时氮营养诊断和优化氮素管理提供了较好的理论参考。     

采用SEPLS_ELM模型估算夏玉米地上部生物量和叶面积指数

利用高光谱数据进行作物生长状况监测具有无损和高效的特点,是现代精准农业发展的必要手段。该研究以连续3 a（2018-2020年）不同水氮供应下夏玉米营养生长期采集的212份植物样品（地上部生物量和叶面积指数）和高光谱实测数据为数据源,分别采用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression,PLS）、极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）、随机森林（Random Forest,RF）和基于PLS叠加策略的叠加极限学习机算法（Stacked Ensemble Extreme Learning Machine based on the PLS,SEPLS_ELM）构建了夏玉米营养生长期地上部生物量和叶面积指数估算模型。结果表明：基于PLS和ELM构建的夏玉米地上部生物量和叶面积指数估算模型的精度均较低,前者验证集R2低于0.85、均方根误差高于550 kg/hm2,后者R2低于0.90、均方根误差高于0.40 cm2/cm2。相比之下,基于RF和SEPLS_ELM构建的夏玉米营养生长期地上部生物量和叶面积指数估算模型均有着较高的估算精度,SEPLS_ELM模型表现尤为突出,其地上部生物量和叶面积指数估算模型验证集的R2分别为0.955和0.969,均方根误差分别为307.3 kg/hm2和0.24 cm2/cm2,表明叠加集成模型能够充分利用高光谱数据并提高作物地上部生物量和叶面积指数估算精度。     

不同土壤水分条件下施磷量对小麦旗叶衰老及产量的影响

在防雨旱棚池栽条件下研究了水分胁迫(W1)和水分适宜(W2)条件下不同施磷量对小麦旗叶衰老及产量的影响.结果表明,小麦开花后,W1水平下,施磷150 kg/hm~2处理的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)下降幅度及丙二醛(MDA)上升幅度较其他处理小;W2水平下,随施磷量的增加,SOD、POD和CAT活性增加、MDA降低,可见水分胁迫下适宜的施磷量以及适宜的水分条件下增加施磷量均可以改善小麦体内的保护酶,增加小麦叶面积指数和旗叶叶绿素含量,提高光合速率,进而延缓衰老,提高产量.本试验条件下,虽然75%土壤田间持水量与施磷量150 kg/hm~2的处理组合达到了最高产量,但与55%土壤田间持水量与施磷量150 kg/hm~2的处理组合的产量差异不显著,综合观之,后者是最佳水肥处理组合.     

机载激光雷达的作物叶面积指数定量反演

为了进一步挖掘激光雷达在植被垂直结构探测上的潜力,通过引入Kuusk的多层均匀冠层方向反射模型的单次散射部分,基于激光雷达发射和回波波形的高斯特征,模拟作物激光雷达回波,建立了作物叶面积体密度和叶面积指数的反演方法。模型输入参数的敏感性分析显示：G函数对反演结果的影响比土壤和叶片反射率大。最后利用“黑河综合遥感联合试验”的数据对反演方法进行了验证：反演的作物叶面积体密度与实测数据基本一致,叶面积指数反演的相对误差为12.5%。结果表明该方法可以有效反演作物叶面积体密度和叶面积指数,为作物结构参数反演提供了新的途径。     

基于机器学习的棉花叶面积指数监测

为实现基于机器学习和无人机高光谱影像进行棉花全生育期叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)监测,该研究基于大田种植滴灌棉花,在不同品种及不同施氮处理的小区试验基础上,对无人机获取的高光谱数据分别采用一阶导(First Derivative,FDR)、二阶导(Second Derivative,SDR)、S...     

作物水分敏感指数累积函数的改进及其验证

为了更好的分析整个作物生育期不同时期水分亏缺对作物产量的影响,该文在分析作物水分生产函数中水分敏感指数及其累积函数特性的基础上,对目前广泛应用的水分敏感指数累积函数进行了改进。改进后的累积函数与原累积函数在作物生长中期差异较小,而在作物生长前期和后期差异相对较大。改进后的累积函数物理概念上更符合实际,能够模拟作物水分敏感指数累积值从生长开始到生育期结束的变化过程。利用山西潇河试验站冬小麦和广西桂林试验站晚稻非充分灌溉试验数据进行了验证,改进后的累积函数模拟的水分敏感指数累积值与通过试验观测产量优化求解值吻合较好,且与原累积函数相比具有较好的模拟效果。     

基于叶片分形维数的植物亏水胁迫萎蔫体态测量方法

该文借助基于激光斜射测距原理的3D扫描装置,快速获取西葫芦叶面形态的原始信息,在此基础上通过叶面形态的变化达到研究植株亏水胁迫的目的。定义了叶面分形维数作为刻画叶片萎蔫形态的量化指数——萎蔫指数。根据不同萎蔫程度（10个萎蔫水平）的叶片形态3D测量数据,对分形维数所定义的叶片萎蔫指数分别结合土壤温度与光照强度分析了统计相关性。试验结果表明：在保持田间持水量不变条件下,叶面分形维数满足萎蔫状态的单调变化趋势;激光扫描是获取叶面形态的有效方法;叶片的分形维数（萎蔫指数）与土壤温度、光照强度都成负相关性,并以分形维数为因变量,土壤温度和光照强度为自变量,得出了三者之间多元回归模型。由此可得：以分形维数定义的叶片萎蔫指数可以作为精准节水灌溉的一个控制指标,有效指导节水灌溉。     

黄土丘陵沟壑区不同水保措施条件下土壤水分状况

黄土高原土壤水资源对植物的生长发育意义重大。水土保持措施会影响土壤水分的静态分布和动态过程。该文通过定位监测并引入土壤水分亏缺补偿度指标,旨在明确黄土丘陵沟壑区不同水土保持措施下土壤水分动态特征和雨季前后土壤水分的亏缺与补偿情况。结果表明：不同水土保持措施雨季前后土壤储水均处于亏缺状态,7月份土壤储水亏缺得到缓解;8月份表层土壤储水亏缺加剧;雨季后的10月份土壤储水均得到恢复。降雨对退耕坡地和梯田土壤水分均有正补偿作用。水平阶90 cm处和160 cm以下出现负补偿现象。鱼鳞坑在30 cm处出现负补偿。在0～200 cm土壤剖面上,土壤储水亏缺补偿度依次为退耕坡地＞梯田＞鱼鳞坑＞水平阶。由此可见,不同水土保持措施对土壤水分季节变化和垂直变化,以及降雨对土壤水分的补偿作用均产生不同影响。     

水分对切花百合叶面积影响的预测模型研究

叶面积既是重要的花卉作物外观品质指标,又是作物生长和蒸腾模型中所必需的作物参数。为建立水分对叶面积影响的预测模型,该研究以切花百合品种’索邦’(Lilium’Sorbonne’)为试验材料,于2009年3月至2010年1月在南京市农科所温室内进行了不同定植期和不同水分处理的栽培试验。首先根据试验数据,确定了切花百合正常生长的临界基质水势。然后定量分析了不同定植期和不同水分处理切花百合叶面积的变化规律,以及基质水势对百合最大叶长、最大叶长伸长速率和到达最大叶长累积的光温指数动态的影响。在此基础上,进一步建立基质水势对切花百合叶面积指数影响的动态预测模型,并采用与建模数据相独立的试验数据对模型进行了检验。结果表明,模型对百合展叶数、单叶叶长和叶面积指数预测效果较好,预测值与实测值之间基于1∶1线的决定系数(r2)分别为0.96、0.82、0.97,相对回归估计标准误差(rRMSE)分别为6.32%、8.78%、7.12%。该模型能较好地预测水分对切花百合叶面积的动态影响,可为进一步优化切花百合生产的水分管理提供决策支持。     

缺水和缺铁胁迫对玉米光合作用特性和根生长的影响

研究了缺水胁迫和缺铁胁迫对三叶期玉米(Zea mays)的光合作用特性和根生长的影响。玉米叶部的光合作用均受缺水胁迫和缺铁胁迫影响;短时间(≤2 h)缺水胁迫对光合作用造成的不利影响不能被短时间(24 h)的复水完全消除,而较长时间的缺铁胁迫(168 h)对光合作用造成的抑制作用可以被短时间(24 h)的补铁措施消除。短时间缺水(≤2 h)或短时间(≤72 h)缺铁不影响根系生长。较长时间的缺铁(168 h)严重限制根的生长并导致根生长畸形,短时间(24 h)补铁不能消除较长时间的缺铁对根的生长带来的不利影响。     

水稻叶面积指数和产量的空间变异性及关系研究

该文运用地质统计学方法分析了水稻叶面积指数与产量的空间分布及关系,结果表明：叶面积指数和产量均近似正态分布;在所研究的条件下,产量和大部分生育阶段(除拔节期)的叶面积指数都具有空间结构;孕穗期、抽穗期和乳熟期叶面积指数与产量在一定范围内具有显著空间相关关系。借鉴指示克立格的思想,提出了指示值分布法,分析了以上3个生育阶段的综合叶面积指数分布与产量的关系,该方法不仅对于水稻的遥感估产和精确农业的实施具有借鉴意义,且对于其它领域研究某一变量与某几个变量的空间分布关系,或某一变量随时间的动态变化与另一个变量的关系具有一定的参考价值。     

交替隔沟灌溉制度对制种玉米耗水规律和产量的影响

该文研究交替隔沟灌溉下不同灌溉制度对制种玉米耗水规律和产量的影响。以制种玉米"金西北22号"为供试材料,2014年在大田条件下采用垄植沟灌技术,设置7种灌溉制度:全生育期充分供水(CK)、仅苗期中度亏水(T1)、仅苗期重度亏水(T2)、仅穗期中度亏水(T3)、仅穗期重度亏水(T4)、仅花粒期中度亏水(T5)和仅花粒期重度亏水(T6),分析灌溉制度对玉米耗水强度、作物系数、籽粒产量和水分利用效率(wateruseefficiency,WUE)的影响。结果表明:CK下制种玉米生长期内的耗水量、平均作物系数和籽粒产量均最大,分别是494mm、0.86和6478kg/hm~2。与CK相比,任一亏水处理均降低制种玉米全生育期的平均耗水强度,且T6处理下全生育期的平均耗水强度较T5处理的相应值明显减少(P0.05);任一生育期亏水均降低该生育阶段的作物系数。T2、T3、T4、T5和T6处理的籽粒产量较CK明显降低,降幅分别是13.29%、15.48%、28.13%、14.06%和19.87%(P0.05);而T1处理的籽粒产量较CK差异不显著(P0.05),与此同时,T1处理下玉米的耗水量较CK下降20.44%,使其WUE最大(1.55 kg/m~3)、灌溉水WUE最大(2.54kg/m~3)。可见,交替隔沟灌溉下采用苗期中度亏水、其他生育期内充分供水的灌溉制度可明显提高制种玉米的水分利用效率,同时不显著降低产量。该研究结果对河西走廊地区制种玉米灌溉管理具有重要指导意义。     

Effect of soil water management and different sowing dates on maize yield and water use efficiency under drip irrigation system

A 2-year field experiment (2012–2013) was conducted to evaluate the yield and water use efficiency (WUE) response of maize (Zea mays L.) to different soil water managements at different sowing dates. The experiment included three sowing dates (22 June, 6 July and 21 July) and four irrigation regimes based on maximum allowable depletion (MAD) of the total available soil water (TAW). The irrigation treatments were marked by I₁ to I₃ as 40%, 60% and 80% MAD of TAW, respectively, and with no irrigation. The results showed that grain yield reduced when planting was delayed in both years, ranging from 6105 to 4577 kg ha^?1 in 2012 and from 7079 to 5380 kg ha^?1 in 2013. However, WUE increased when planting was delayed from 22 June until 21 July. Also the highest grain yield was observed in the first irrigation treatment (MAD = 40%) in both years, and the highest WUE was obtained in the second irrigation treatment (MAD = 60%) with 1.64 and 1.61 (kg m^?3) in 2012 and 2013, respectively. These findings suggest that delay in planting date and the use of MAD = 60% treatment in Mediterranean-type region such as Golestan, Iran, can be useful in saving water that is highly important in such regions.