水稻微分光谱和植被指数的作用探讨

通过两年两个不同品种水稻在不同供氮水平下的田间试验，测定了水稻冠层在生长过程中不同时期的高光谱反射率及对应的叶绿素、类胡萝卜素含量，分析了微分光谱对消除水稻冠层光谱的背景影响和植被指数在农学参数测定中的作用。结果表明：由微分光谱所得的红边位置、红边斜率与盖度和供氮水平之间有一定的相关性，与叶面积指数、地上生物量及冠层叶绿素、类胡萝卜素含量有显著相关；水稻多光谱植被指数RVI、NDVI与叶面积指数LAI及其地上部生物量之间有极显著相关性；高光谱植被指数及其变量与植被盖度、供氮水平、叶面积指数、地上生物量及叶绿素、类胡萝卜素含量之间存在相关性。这表明，用微分光谱技术与植被指数方法来监测水稻的色素含量和长势应该是可行的。     

高光谱数据估测稻麦叶面积指数和叶绿素密度

该研究利用高光谱遥感技术分析水稻和小麦两种作物不同生育期的冠层光谱及其叶面积指数和叶绿素密度的变化,比较高光谱植被指数与两种作物的叶面积指数和叶绿素密度之间的关系,最后确定估算两种作物的叶面积指数和叶绿素密度最佳植被指数。结果表明：水稻和小麦两作物的叶面积指数和叶绿素密度在整个生育期内的变化规律基本一致,即先升高后下降的趋势,但两作物叶绿素密度与叶面积指数最大值出现的时期不同;稻麦两作物在整个生育期内的光谱反射率曲线,在可见光区域（400～700 nm）变化无明显规律,在近红外区域（700～1 000 nm）,生育前期反射率由低到高,到生育后期则由高到低,其中最大值分别出现在抽穗期和灌浆期左右;通过14种植被指数与两作物的叶面积指数和叶绿素密度相关性比较分析得知,二次修正土壤调节植被指数（MSAVI2）与水稻农学参数相关性最好,相关系数r＞0.91,而小麦在800 nm处的光谱反射率(R800)与其农学参数相关性最好,相关系数r＞0.92;并利用线性回归的方法,建立了估算两作物叶面积指数和叶绿素密度的模型,决定系数R2＞0.85。这样为不同环境条件下（水作和旱作）农作物的动态监测和科学管理及决策提供了技术支持。     

基于温湿度与遥感植被指数的冬小麦赤霉病估测

为明晰江淮区域大田冬小麦赤霉病的发生特征,建立冬小麦赤霉病遥感估测模型,该文分析了冬小麦赤霉病病情指数与气候因素(不同时间尺度日均气温和日均空气相对湿度)、生长参数(生物量、叶面积指数和叶片叶绿素含量)和光谱信息(NDVI、RVI和DVI)之间的互作关系。结果表明:1)不同时间尺度日均气温之间存在较好相关性,5日均气温与冬小麦赤霉病病情指数间的相关系数最大为0.77。与日均气温相类似,不同时间尺度日均空气相对湿度之间也存在不同程度的相关性,5日均空气相对湿度与赤霉病病情指数间的相关性最大,其相关性高于5日均气温。2)冬小麦生物量、叶面积指数和叶片叶绿素含量与赤霉病病情指数之间均呈线性正相关关系,且均达到显著水平,说明冬小麦群体密度大、郁闭程度高以及长势过旺是赤霉病易发的主要农学诱因。3)遥感植被指数NDVI(normalized difference vegetation index)、RVI(ratio vegetation index)和DVI(difference vegetation index)分别与冬小麦叶面积指数、生物量和叶片叶绿素含量之间有较好相关性,可以利用NDVI、RVI和DVI分别替换叶面积指数、生物量和叶片叶绿素含量参与建模。4)综合5日均气温、5日均空气相对湿度、NDVI、RVI和DVI 5个敏感因子,构建基于温湿度与遥感植被指数的冬小麦赤霉病病情指数估测模型,模型的估测值与实测值较为一致,RMSE为5.3%,相对误差为9.54%。说明本研究所建立的估测模型可以实现对冬小麦始花期赤霉病的有效估测,该研究可为江淮区域冬小麦生产中防病减灾的信息获取提供方法参考。     

基于无人机图像分割的冬小麦叶绿素与叶面积指数反演

叶绿素含量与叶面积指数是反映作物长势的重要理化参数,准确、高效定量估计小麦叶绿素含量与叶面积指数对于产量预测和田间管理决策具有重要意义,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)遥感影像具有高空间分辨率的优势,被广泛应用于作物理化参数反演,但现有叶绿素含量与叶面积指数反演模型受土壤、阴影等背景噪声...     

LED红蓝光质对水稻幼苗生长及生理特性的影响

为研究不同LED红蓝光质比对水稻幼苗生长和生理特性的影响,以湘早籼45号为试验材料,通过在白光的基础上添加不同光质比例的红光(主波长662 nm)和蓝光(457 nm),设置T1(白光:蓝光=2:1)、T2(白光:蓝光=1:2)、T3(白光:红光=7:1)、T4(白光:红光=2:1)、T5(白光:红光=3:2)、T6(白光:红光=1:2)共6种不同光质配比,以白光为对照(CK),探究不同光质比对水稻幼苗形态指标和生理特性的影响。结果表明,增加红光比例提高了水稻幼苗株高、倒二叶叶长、叶面积、壮苗指数、地下部鲜重、根总长、根总数、根表面积、叶绿素含量和叶片过氧化氢酶(CAT)活性。增加蓝光比例抑制了水稻幼苗的株高、第一叶叶鞘长,但在蓝光作用下水稻幼苗茎基宽、倒二叶叶宽、叶面积、壮苗指数、幼苗生物量、根总长、根总数、根表面积、根体积、叶绿素含量增加。T2的茎基宽和壮苗指数最大,相比CK分别增加了23.1%和51.6%。T3和T4有利于生物量积累以及叶面积和叶片抗氧化酶活性的提高,相比CK,T3和T4叶面积分别提高46.9%和45.6%。综上,LED红光提高了水稻叶片叶面积和抗氧化酶活性,促进幼苗干物质积累和根系系统的发育,蓝光则提高了茎基宽和壮苗指数,对改善水稻幼苗形态和培育壮苗具有重要意义。本研究为优化水稻工厂化育秧光照参数提供了理论依据。     

外源抗坏血酸对臭氧胁迫下水稻光合及生长参数的影响

为研究臭氧浓度变化对水稻生长的影响及外源抗坏血酸的防护作用,在田间原位条件下,利用开顶式气室(OTCs)研究了外源抗坏血酸对O3胁迫下水稻光合及生长参数的影响.结果表明:在O3胁迫下,叶片的光合色素含量、气体交换参数、净同化率、相对生长速率及粒/叶面积(cm2)均显著下降;喷施外源抗坏血酸后,叶绿素a含量、叶绿素a/叶绿素b以及水稻叶片的光合速率、蒸腾速率显著升高,而叶绿素b含量和气孔导度变化不显著;外源抗坏血酸对O3胁迫下水稻的净同化率、相对生长速率及粒/叶面积(cm2)影响比较显著,特别是粒/叶面积(cm2)的提高有利于水稻源、库协调发展,为提高水稻产量和改进品质奠定了物质基础.     

不同氮营养冬小麦冠层光谱红边特征分析

利用FieldSpec FR2500光谱仪测定了不同氮素处理冬小麦冠层光谱,分析其红边特征变化规律及与农学成分的相关关系。结果表明,波长550 nm、680 nm、980 nm、1100 nm与350～680 nm和750～1100 nm可作为氮素营养诊断的敏感特征点与波段范围。随着施氮量的提高,拔节期、抽穗期以及灌浆期的红边位置（REP）、红谷位置（Lo）与光谱反射率一阶微分极大值（FD_Max）均增大,红边宽度（Lwidth）则有减小的趋势。总体上看,施氮与无氮处理在整个生育期均存在较大差异,施氮处理之间差异较小。冠层反射光谱的红边位置、红谷位置、随生育期向长波方向移动,呈现红移现象;从抽穗期开始逐渐减小,呈现蓝移现象。冬小麦红边参数中红边位置与农学组分之间的相关性优于其他参数,除与地上部生物量正相关显著外,与叶面积指数、叶含水率、叶绿素含量、叶可溶性蛋白含量、叶鲜重、叶含氮量均呈正相关且达到极显著水平。红谷位置则与叶面积指数、叶含水率、叶绿素含量、叶鲜重以及SPAD值呈极显著正相关;与可溶性蛋白呈显著正相关。红边宽度与叶面积指数、叶含水率、叶氮含量、叶绿素含量以及叶鲜重均呈极显著正相关;与可溶性蛋白含量呈显著正相关。反射率一阶导数极大值与叶面积指数、叶含水率、叶鲜重呈极显著正相关,与叶含氮量极显著负相关。通过红边参数与农学组分稳定良好的数学关系,可以对农学组分进行预测估算。     

利用Landsat TM遥感数据监测冬小麦开花期主要长势参数

为精准农业技术体系中的小麦农艺处方管理决策提供详尽的全局性信息,该文以2007－2009年试验实测数据为基础,以Landsat TM影像为遥感数据源,分析了试验样点开花期冬小麦主要长势参数与品质和产量间以及与卫星遥感变量间的相关性,分别建立及评价了TM影像遥感变量监测冬小麦开花期SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量的模型。结果表明：冬小麦开花期,选用作物氮反射指数、近红外波段反射率和归一化植被指数这些遥感变量分别反演冬小麦SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量是可行的;SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量遥感监测模型的精度较高,均方根误差分别为3.12、216.5 kg/hm2、0.269和0.162,以此为基础,制作出具有实际农学意义的冬小麦开花期不同等级SPAD值、生物量、叶面积指数和叶片氮含量遥感监测专题图,实现了主要长势参数空间分布量化表达。基于卫星影像的农田面状信息获取技术克服了点状信息的不足,为农业生产管理决策及时提供信息支持,使该研究技术更利于大面积应用和推广。     

水稻镉污染胁迫遥感诊断方法与试验

农田重金属污染是当今世界面临的重大生态环境问题,是普遍关注的重要课题之一。该文通过研究受镉污染胁迫水稻生理生态参数变化的高光谱响应特征来揭示作物污染胁迫遥感信息机理,从而选择水稻镉污染胁迫诊断光谱指数。采用水稻生长季节多个时相的ASD实测高光谱数据和同步获取的作物参数与农田土壤镉含量数据,分析镉污染胁迫水稻生理生态参数如叶片色素含量、水分含量、细胞结构和叶面积指数等与潜在敏感光谱遥感指数的响应关系,确定MCARI、NDWI、RVSI 和RVI为相应的诊断光谱指数。在此基础上建立多级诊断光谱指数空间,用于表达和判别水稻镉胁迫程度。试验结果表明,该方法能有效地诊断水稻镉污染胁迫,但定量估算精度还有待提高。     

几种镁肥对番茄肥效的比较研究

通过盆栽试验研究了几种镁肥对番茄不同生长时期的叶片叶绿素含量、株高、挂果数量、果实产量及生物量的影响。研究结果表明,施用镁肥可明显提高番茄生长后期的叶绿素含量、株高及挂果数量,而且果实产量和生物量增产效果明显;活化MgO镁肥的处理番茄生长后期叶片的叶绿素含量、株高及挂果数量明显优于仅施MgO镁肥的处理;果实产量和生物量显著增产,甚至优于MgSO4处理。     

稻-鸭-泥鳅耦合对水稻部分株型结构的影响

为探究稻田养殖能否改善水稻的株型结构从而影响产量的形成和品质的改善,通过田间对比试验,研究水稻分蘖期、孕穗期和齐穗期的部分株型结构。结果表明,与水稻直播处理相比,稻-鸭-泥鳅耦合能促进水稻根系生长、增加植株株高和根冠比,减少无效分蘖,保持后期分蘖稳定;减小水稻茎基宽,增加水稻冠层幅度,保持水稻具有一定的松散度;减小倒3叶和倒4叶叶开角和披垂度,增加剑叶和倒2叶叶开角、披垂度、叶长和叶宽,使水稻叶面积和叶绿素含量较多的分布在植株上部,利于地上部干物质的积累;提高水稻基叶高,减少枯黄叶,减缓叶片衰老,延长叶片的功能时期。本研究结果为水稻产量的提高奠定了一定的理论基础。     

水稻遥感估产模拟模式比较

通过大田小区试验,测定了2个品种、3个供氮水平处理的水稻抽穗后不同时期冠层的光谱反射率、叶面积指数及最后的理论产量和实际产量,模拟MSS、TM、SPOT、资源一号CCD相机、IKONOS、MODI S和高光谱的波段来构建光谱差值植被指数DVI、比值植被指数RVI、差值归一化植被指数NDVI和绿度G,并模拟建立遥感估产模式.结果表明:单变量估产模式以差值植被指数DVI效果最好,蜡熟期估产效果要优于抽穗期和灌浆期;多时期复合估产模式估产效果要优于单一生育期;成熟期各种数据的DVI估产模式具有相近估产精度,达91%以上,其中MSS波段的估产精度最高.     

不同施肥模式对水稻生理特性、产量及其N肥农学利用率的影响

以水稻品种金优207为材料,对不施氮肥(T1)、试验区当地农民习惯氮肥用量(T2:尿素,纯N187.5 kg/hm2)和在农民习惯施氮量基础上减量配施氮肥(T3:氮减少20%,30%农民习惯用化肥+20%习惯用量的有机肥+30%习惯用量的缓释肥,纯N 150kg/hm2)3种施肥模式下水稻不同生育期的生理特性、产量及其...     

大气CO2浓度升高对绿豆生长发育与产量的影响

研究大气CO2浓度升高对绿豆影响,有助于人们了解未来气候变化后绿豆生产的变化,以提前采取必要的应对措施趋利避害.本研究利用FACE(Free Air CO2 Enrichment)系统在大田条件进行了绿豆生长发育及产量受CO2浓度升高影响的试验.结果表明:大气CO,浓度升高后,绿豆叶面积、株高、节数、茎粗增加;倒数第一...     

缓释复合肥条件下覆盖旱作对水稻氮素利用和稻米品质的影响

水稻旱作和施用缓/控释肥料是提高水肥利用率与减少生态环境污染的重要措施。该文采用田间试验和化学分析方法,比较研究了施用无机缓释复合肥料(ISF)条件下,3种表层管理方式—常规淹水(CF)、地膜旱作(DF)、秸秆覆盖旱作(DS)对冷烂型稻田水稻的生长、叶片氮素形态、氮肥利用率和稻米营养品质的影响。结果表明：水稻植株收获期农艺性状(株高、分蘖势、茎秆重、成穗数和粒重)以DF较好,DF产量较CF和DS分别增加39.1%、41.4%;DF和DS水稻分蘖期和孕穗期叶片NO^{-₃-N含量为CF的2倍以上。水稻分蘖期叶片氨基酸、蛋白氮和全氮含量均为DF＞DS＞CF。氮肥表观利用率(ARE)、农业利用率(AE)和生理利用率(PE)均以DF＞CF＞DS。水稻分蘖期叶片的氮素营养状况对稻米氨基酸和蛋白质含量有明显影响,覆膜旱作能提高稻米营养品质。}     

机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响

为探明机械化种植方式对不同品种水稻株型及抗倒伏能力的影响,试验选用籼粳交水稻(甬优2640和甬优1640)、常规粳稻(南粳9108和武运粳27)和杂交籼稻(新两优6380和II优084)共6个水稻品种为材料,系统研究高产栽培模式下钵苗机插、毯苗机插和机械直播方式对水稻叶形、叶姿、穗型、秆型及植株抗倒性能的影响,初步研明不同机械化种植方式下水稻株型特征与抗倒伏能力及差异。结果表明,钵苗机插水稻产量最高,毯苗机插水稻产量其次,机械直播水稻产量最低,差异显著(P0.05)。与毯苗机插和机械直播相比,钵苗机插使水稻上三叶叶长增长,比叶重增大,叶基角和披垂度减小,使水稻群体高效叶叶面积增加,剑叶叶绿素含量和净光合速率协同增加,穗型变大,粒叶比提高,并且使水稻株高增高,秆长增长,穗下节间增长(P0.05)。水稻基部1~3节间于钵苗机插方式下,较毯苗机插和机械直播,长度缩短、茎秆变粗、茎壁增厚、节间干质量增加、充实度变好、抗折力和弯曲力矩增大、倒伏指数降低(P0.05)。因此,长江下游稻麦两熟地区,钵苗机插能改善水稻株型,优化水稻群体结构,提升水稻抗倒性能,是实现水稻丰产、高产且低倒伏风险的较优机械化种植方式。     

稻鸭共作对水稻部分株型结构指标的影响

水稻株型结构能够影响水稻的产量和品质。稻鸭共作能否对水稻株型结构产生影响,目前这方面的定量研究还很少。本研究通过田间对比试验,探讨了稻鸭共作与常规稻作两种处理对水稻分蘖期和齐穗期的部分株型结构指标的影响。结果表明,与常规稻作方式相比,稻鸭共作使水稻基部宽度呈减小趋势、冠层幅度呈增大趋势,最终使植株松散度显著增加,分蘖期和齐穗期增幅分别为12.2%和42.3%。稻鸭共作使水稻倒3叶和倒4叶的叶长、叶开角和披垂度减少,使剑叶和倒2叶的叶长、叶开角和披垂度增大,从而使水稻呈上披下挺的株型结构,并使叶面积主要分布于上部叶片。稻鸭共作使水稻植株的基叶高呈增加趋势,在齐穗期与常规处理达到显著性差异。稻鸭共作有利于水稻生育前期和中期的茎蘖合理发展,而且在后期可促进水稻上部功能叶片的生长,这在一定程度上有利于水稻高产的形成。     

不同施氮量下缺钾对水稻叶片营养及生理性状的影响

【目的】氮和钾是作物生长所必需的大量元素,在水稻生长发育、产量形成等过程中发挥着至关重要的作用。南方稻田缺钾以及氮钾肥不合理施用已成为限制水稻高产的重要影响因子。本研究在田间条件下,探讨了不同施氮量下缺钾对水稻生长发育与叶片生理特性的影响,进而阐明缺钾导致营养生长期水稻叶色暗绿的营养及生理机制。【方法】采用两因素完全随机设计田间试验,因素A为不同施氮水平,包括不施氮、低氮（N 90 kg/hm2）和正常施氮（N 180 kg/hm2）;因素B为不同施钾水平,包括不施钾和正常施钾（K₂O 120 kg/hm2）。测定水稻分蘖期和幼穗分化期地上部干物质,叶面积指数,叶片氮、钾、镁和叶绿素含量（叶色值）,叶片含水率、叶片可溶性糖含量、比叶重以及叶片SPAD值。【结果】1）在不施氮条件下缺钾对水稻分蘖期和幼穗分化期干物质、叶面积指数均无显著影响,而在施氮条件下显著降低水稻分蘖期和幼穗分化期干物质、叶面积指数;随施氮量的增加,缺钾对干物质及叶面积指数的影响加剧,其中N₁₈₀K₀处理的降幅最为明显;氮钾交互作用对水稻各生育期的干物质和叶面积指数均有显著或极显著影响。2）在不施氮条件下缺钾对分蘖期和幼穗分化期叶片氮含量和叶绿素含量、叶片可溶性糖含量、比叶重以及叶片SPAD值均无显著影响,而在施氮条件下以上各指标显著增加,其中N₉₀K₀处理的叶片氮含量和叶绿素含量均可以达到N₁₈₀K₁₂₀处理水平;无论施氮与否,缺钾均显著降低分蘖期和幼穗分化期叶片钾含量,而显著增加叶片镁含量。3）回归分析结果表明,比叶重与叶片可溶性糖含量呈极显著正相关关系（P < 0.01）。【结论】水稻干物质、叶面积指数、叶片营养及生理状况、叶色表现等对缺钾的响应明显受到施氮量的影响。在施氮条件下缺钾造成叶片中可溶性糖大量积累,进而导致比叶重增加;结合田间试验观察及叶片营养及生理性状可知,水稻叶色（叶绿素含量）在不施氮条件下不受缺钾的影响;而在施氮条件下,缺钾造成水稻叶片单位质量及单位叶面积氮含量和叶绿素含量显著增加,这是田间条件下水稻叶色呈现暗绿的主要原因,从而也影响生育期植株氮素营养诊断。