基于MODIS-NDVI的春玉米叶面积指数和地上生物量估算

为了构建春玉米叶面积指数和地上生物量的估算模型,基于辽宁省大田条件下9个站点春玉米不同生育期叶面积指数LAI和地上鲜生物量数据,利用MODIS提取的10种植被指数NDVI、RVI、DVI、PVI、EVI、GNDVI、RDVI、SAVI、OSAVI和NLI反演春玉米LAI和地上鲜生物量。结果表明：10种植被指数与春玉米LAI和地上鲜生物量相关性显著,采用植被指数反演春玉米LAI和地上鲜生物量是可行的;分别基于回归分析法和人工神经网络法,利用10种植被指数反演春玉米LAI和地上鲜生物量,利用回归分析法结合OSAVI和NDVI反演春玉米LAI和地上鲜生物量效果较好;利用人工神经网络法进行模拟反演采用RVI、DVI和EVI效果最佳,反演精度高于回归分析法。     

基于全波段高光谱的冬小麦生长参数估算方法比较

利用高光谱数据监测作物生长情况具有无损和高效的特点,是现代农业的发展方向。为了简化高光谱数据处理流程,直接利用原始的高光谱反射率完成从建模到估算作物生长参数的全过程,应用于作物长势的实时监测。本文利用偏最小二乘回归（partial least squares regression,PLSR）、支持向量回归（support vector regression,SVR）和前馈神经网络（feedforward neural network,FNN）3种方法,利用全波段高光谱数据分别对冬小麦多个关键生育期（拔节、孕穗、扬花和乳熟期）生长参数（地上部生物量、叶面积指数、全氮含量和叶绿素浓度）进行了估算。比较3种方法的建模及估测效果,发现对于建模集数据,SVR对上述生长参数4个生育期的估测结果R²均值为0.89~0.98,MAPE为1.70%~7.53%,对于验证集数据,R²均值为0.90~0.94,MAPE为4.04%~7.46%,拟合优度和估测精度均超过PLSR和FNN,是估算方法中利用全波段光谱反射率估测冬小麦生长参数的最佳方案。随着无人机载高光谱技术成熟,SVR方法能够用于处理航拍获取的大范围田间高光谱信息,简便快捷地进行建模与参数反演,实时反映作物生长状态。     

遥感信息应用于水分胁迫条件下的华北冬小麦生长模拟研究

由于初始土壤水分、灌溉量等变量的空间分布不易获得,区域尺度水分胁迫条件下作物生长模拟存在一定难度。本文在WOFOST模型本地化和区域化的基础上,采用调控型方法,重点探讨了利用MODIS数据反演的地表蒸散在大范围内估算土壤水分平衡过程中的参数或变量初始值,以实现水分胁迫条件下作物模型区域模拟的可行性。2002年模拟结果显示,引入遥感信息优化获得初始土壤有效含水量、返青期生物量及抽穗期灌溉量后,土壤水分的模拟效果得到改善;32个农业气象试验站点模拟产量的相对均方根误差（RRMSE）由0.63降至0.20;华北冬小麦模拟产量的空间分布与实际产量分布更加接近,产量低估的情况得到较好改善;河北、河南、山东3省平均产量的模拟误差分别为－4.9%、4.3%和8.6%。初步结果表明,结合卫星遥感信息通过优化方法在大范围内估算作物模型的相关参变量,以实现水分胁迫条件下作物模型的区域应用是行之有效的。     

作物光谱分析技术及在生长监测中的应用

适时准确监测作物生长状态,对于提高水肥等精准管理水平具有重要意义。基于植被光谱特征分析,通过提取光谱敏感波段,运用植被指数、导数光谱、红边位移分析和连续统去除等光谱处理方法,结合运用统计回归方法反演植被（作物）生长及生物理化参数,从而达到监测作物生长状况和预测产量和品质的目的。本文概述了目前利用光谱分析技术估测作物生长状态及其生化组分含量的研究进展,介绍了作物产量预报和品质预测的研究概况,指出作物光谱监测的研究方向。     

作物模型中单叶最大光合作用速率的温度响应修订

作物的光合作用对温度变化敏感, 其温度依存性随品种、生长环境的变化而改变。基于光效率模型的作物生长模型, 在应用中很少对光合作用的温度影响参数值进行订正, 且在全生育期使用相同的参数值, 难免会增加干物质模拟的误差。为此, 本文以ORYZA2000模型为例, 提出了一种修订光合作用温度影响参数值的方法。为确定方法的有效性, 结合2012年和2013年水稻品种两优培九的温度梯度控制实验, 首先利用抽穗开花期光合作用观测曲线提取了不同温度水平的光合作用参数值, 然后结合Arrhenius方程和Peaked方程建立了温度敏感性参数的温度影响方程。将这些方程代入机理性光合作用模型, 模拟了单叶最大光合作用速率与温度的曲线关系。最后, 以归一化后的曲线关系修订作物模型参数值, 并利用两年地上部分生物量(WAGT)观测值对其验证。结果显示, 两优培九单叶最大总光合作用速率随温度的变化关系不同于ORYZA2000的默认设置, 修订后的最适温度为38~40°C, 高于默认值。在10~20°C的低温段, 修订后的温度影响系数低于默认值。从WAGT模拟值的相对误差看, 修订后较修订前平均降低约3.3%。本研究为改进干物质模拟精度和分析不同品种光合作用的温度依存性提供了重要参考。     

基于高光谱数据提取作物冠层特征信息的研究进展

高光谱(Hyperspectral)遥感是指光谱分辨率在10-2λ的遥感信息,其特点是光谱分辨率高(5~10nm)、波段连续性强(在0.4~2.5μm范围内有几百个波段)。高光谱遥感器既能对目标成像(有时也称成像光谱遥感)、又能测量目标物的波谱特性,因此,它不仅可以用来提高对农作物和植被类型的识别能力,而且还可以用来监测农作物长势和反演农作物的理化特性。绿色植物具有独特的光谱曲线特征,而作物具有绿色植物典型的光谱特征曲线,基于作物的光谱特征研究与其生理生化特性之间的关系,高光谱遥感数据在提取作物生理生化特征、提取作物冠层信息、估产以及预测病虫害等许多方面都表现出巨大的应用潜力。本文概述了利用高光谱数据提取作物冠层信息的研究现状、展望及其在新疆棉花生产中的应用和前景。     

基于物候特征参数的橡胶树种植信息遥感提取研究?

为了更好地监测橡胶树的生长状态,客观准确地获取橡胶树的种植的地理位置信息,采用非对称高斯函数对海南岛内MODIS EVI时间序列数据进行滤波处理,定义作物物候特征参数并计算海南岛每个像元的特征参数值;统计分析基于MODIS EVI数据的海南岛橡胶树样区作物关键物候特征参数值变化规律;根据橡胶树样区特征参数值变化规律建立海南岛橡胶树种植信息提取算法,提取结果采用不同比例的橡胶树混合像元分类法表示。根据提取算法对海南岛2011年橡胶树种植信息进行提取,用验证数据对该提取算法进行精度检验与实用性评价,检验结果显示该算法的平均分类精度达85.97%,可以用来提取橡胶树种植信息。     

安徽省冬小麦长势遥感监测与评估方法研究

沿淮淮北是安徽省主要的冬小麦种植区,为了对该区域冬小麦长势进行实时、动态地监测,通过采用变化向量分析方法,利用2005-2010年EOS/MODIS数据,在HANTS算法重构无云NDVI时间序列图像以及安徽省冬小麦种植区提取等数据处理基础上,研究基于NDVI变化向量、曲边梯形面积的长势综合监测模型,对研究区的年际与年内长势变化进行时间和空间上的定量分析。结果表明：HANTS处理平滑后的MODIS的10天合成植被指数的年时序曲线有效消除了云和数据缺失的影响,重构后的生长曲线可以更清楚地反应作物生长变化趋势和规律,有利于监测模型的建立;冬小麦种植区提取,大大提高了卫星监测精度,构建的综合监测模型适合单一生长季苗情长势遥感监测,该模型在2011年冬小麦长势评估中取得了良好的监测效果。     

基于多时相MODIS数据监测水、旱作物种植面积及空间分布

针对农业信息服务中大范围水田、旱田种植面积信息调查业务的现状与需求,以黑龙江省为研究区,通过分析水田、旱田作物发育期特征、MODIS数据植被指数(NDVI、EVI、LSWI)时序特征,引入积温条件分区构建决策规则,提取检测农田与其他、水田与旱田作物种植的空间分布。以实地调查地面验证点对分类结果进行验证,结果表明,分类结果达到了较高的识别精度,分类结果的总体精度为90.68%,Kappa系数为0.81,其中水稻制图精度为81.13%,用户精度为97.73%;旱地制图精度为98.46%,用户精度为87.07%;与不考虑积温条件相比,分类结果总体精度提高了12.77%,水稻制图精度提高了22.57%,旱地制图精度提高了5.94%。本研究通过引入积温条件,提高了大范围水稻、旱地作物提取精度,具有自动化程度高、分类结果稳定的特点。     

黄河三角洲孤岛刺槐林地上生物量的估算——基于无人机机载激光雷达

研究旨在利用无人机机载激光雷达数据来计算黄河三角洲孤岛林场刺槐地上生物量。以黄河三角洲孤岛林场刺槐林为研究对象,利用无人机机载激光雷达数据,采用分水岭分割算法从单木尺度提取孤岛林场刺槐的树高和冠幅;然后利用背包移动雷达数据提取8个样方单株刺槐胸径;再结合异速生长方程,从单木尺度计算8个样方的刺槐地上生物量。为了验证结果,用野外实测树高和胸径验证雷达数据中提取的单木结构参数;最后利用无人机机载激光雷达提取的树高和冠幅及两者的对数与乘积的对数形式,构建估算刺槐地上生物量模型,对模型估算过程中存在不确定性进行讨论,获得孤岛林场生物量分布图,并且结合前人研究的孤岛刺槐健康状况进行分析。结果表明:(1)基于分水岭分割算法能较精确地从无人机机载激光雷达数据中提取刺槐的单木结构参数。(2)树高与冠幅乘积的对数模型估算效果(R2=0.82,RMSE=3.66 kg/株)优于非对数模型(R2=0.58,RMSE=6.73 kg/株),也优于两者对数的模型(R2=0.76,RMSE=4.52 kg/株)。(3)模型构建过程中有一定的不确定性,这种不确定性主要来自单木识别过程。(4)刺槐地上生物量高低与其健康状况有很强的相关性。     

数字图像监测作物生长特征的研究进展

为对作物进行田间数量化管理以及长势监测,从数字图像监测作物长势的基本原理、数字图像获取方法、图像分析处理技术以及数字图像在作物长势监测方面的应用4个方面进行概述,简要归纳了数字图像基本原理、获取及分析方法,总结出可以利用数字图像实现作物覆盖度、叶面积指数、生物量、氮素营养诊断进行监测,认为对于数字图像的获取应明确获取标准,要根据具体情况选取分析方法,同时在今后可以利用专家模型,多角度评判作物长势,以期为实现作物的精确管理提供参考。     

基于作物模型的冬小麦气候适宜度算法研究

为了定量分析气象条件对作物生长的综合影响,利用WOFOST作物生长模型分析冬小麦各生育期的气候适宜度。通过对华北地区3个代表站点2007—2009年生长季的冬小麦进行生长模拟,并选取2007—2008年生长季的模拟结果作为标准,以其他年份同一生育期的生物量与标准的比值作为该生育期的气候适宜度,并与统计方法的结果进行对比。结果表明,用作物模型计算得到的适宜度与产量之间呈现出较好的正相关性,决定系数为0.603,且通过了0.05置信水平检验,可用该方法对冬小麦气候适宜度进行估算。     

免耕条件下提高冬小麦播种质量及其产量的研究

保护性耕作对冬小麦产量的影响在不同区域差异很大,研究与其相适应的配套栽培方式对提高免耕播种质量及其增产效应具有重要意义。本文研究了在半湿润区免耕秸秆覆盖条件下3种机具播种方式（机具+行距）和3个播量水平对冬小麦播种质量及其产量形成的影响,结果表明：免耕秸秆覆盖条件下机具播种方式对冬小麦生长及产量有显著影响,其中小宽窄行机具播种方式播种质量最优,表现为基本苗、群体数量、叶面积指数、干物质重最高,产量比其它两种机具播种方式（大宽窄行和宽行宽带播种方式）分别增产29.6%和25.8%（2010年～2012年）,主要是穗数的提高（30.2%和36.2%）。播量与机具播种方式存在显著交互效应,增加播量是弥补免耕播种出苗率低的重要栽培措施。3年的试验结果表明小宽窄行机具播种方式与增加20%播量组合最优,可作为该区域保护性耕作免耕播种方式。     

农作物生物炼制的发展现状与展望

随着世界经济的不断发展,特别是石油资源濒临枯竭和环境污染日益严重,能源和环境等问题日益突出。生物炼制是环境可持续发展和能源经济转变的重要手段。以生物炼制为核心的生物技术第三次浪潮,将解决人类社会目前面临的资源、能源与环境等诸多重要问题。介绍了农作物生物炼制的概念、分类,阐述了农作物生物炼制的产品主要有生物质化学品,生物质材料,生物质能源以及生物可再生原料的修饰等,并展望了农作物生物炼制的发展前景。     

Breaking Uniculm Growth Habit of Spring Cereals at High Latitudes by Crop Management. I. Leaf Area Index and Biomass Accumulation

Spring cereals are commonly sown at high rates in Finland with the result that, under long day conditions, tillering is suppressed. If the apical dominance maintained by the shoot apex can be broken through altered crop management the possibility exists that the increased tillering allows a reduction in seeding rate. The objective of our study was to assess the effects of mechanical and chemical treatments, aimed at breaking the uniculm growth habit, on changes in green leaf area and consequently on biomass accumulation and partitioning in two spring oat, two spring barley, and two spring wheat cultivars. Results indicated that single applications of gibberellic acid (GA₃), chlormequat chloride (CCC), and urea had no overall, persistent, advantageous effect on crop growth, even though occasional, temporary increases in LAI, and accumulation and partitioning of biomass, were recorded. Changes in crop structure, however, did not solely result from the increased contribution of tillers; treatments also accelerated main shoot growth. Following damage to the main shoot caused by mechanical treatments in particular, one of the tillers rapidly replaced the main shoot. Therefore, a low seeding rate associated with treatments aiming at breaking apical dominance cannot substitute for a high seeding rate at high latitudes. This was particularly the case in 1992 when early summer drought—prevalent in southern Finland - resulted in peak values of LAI as low as ≤ 2 for wheat and ≤ 3 for oats and barley.     

Effects of Sugar Beet as a Preceding Crop on Cotton

Cotton ( Gossypium hirsutum L.) is one of the most profitable cash crops in Greece. It is usually grown as a monoculture but it is also found in rotation systems with other plant species including sugar beet ( Beta vulgaris L.). Poor cotton performance following sugar beet was persistently reported by farmers. Glasshouse and field experiments were conducted to determine whether: 1) sugar beet as a preceding crop affected seed germination, seedling growth and yield of cotton; and 2) N fertilization can minimize the effects of sugar beet. Seedling growth was diminished by sugar beet extracts; emergence, seed-cotton, stalks and biomass of cotton in pots were affected by the soil incorporation of sugar beet residues; and emergence, flowers, bolls and seed-cotton production in the field were also affected by the soil incorporation of sugar beet residues. These harmful effects were eliminated by N fertilization.     

作物高光效之管见

光合作用提供了作物产量形成的物质基础。目前作物的叶面积指数和经济系数已难以继续增加,若想进一步提高作物产量就必须提高生物量,提高作物光能利用率成为关键。作物高光效是一个内涵和外延非常广的概念,涉及作物生命活动的全过程,与众多学科相联系,不同学科有着不同的理解。作者根据现有的研究进展,结合从事作物生理、育种和栽培的实践,从光合作用的主要过程及关键调控位点、作物光能利用率、高光效作物的生理基础与形态特征和高光效作物的筛选与鉴定对"作物高光效"进行了概述,以期为今后的作物"高光效"研究提供一点有益的思考与借鉴。     

作物种植模式对土壤微生物和农田有害生物的影响

土壤是联系地上和地下生态系统的纽带,土壤微生物在土壤养分循环和作物吸收中起关键作用,被称为土壤质量的指标。土壤微生物通过分解土壤有机物,促进养分循环利用,并调控植物生长发育,随着现代农业种植结构的变化,特别是种植制度的改变,地上植物种类和生长状况常常影响土壤中微生物的群落结构和多样性,调控着作物生长发育,农田有害生物的发生,而影响农作物生产。综述了现代农业中几种主要种植模式,如轮作、连作和覆盖等对土壤微生物群落结构及与农作物有害生物的影响,强调科学合理选择种植模式的重要性,最后,讨论了这些种植模式有待深入研究的一些关键问题。