有效积温与不同氮磷钾处理夏玉米株高和叶面积指数定量化关系

【目的】探究基于有效积温的不同氮磷钾处理夏玉米株高和叶面积指数(LAI)的生长动态预测模型及其特征参数,以期为利用有效积温定量模拟夏玉米生长发育动态提供理论依据。【方法】在河北廊坊两年大田试验(2019—2020年)基础上,以郑单958为试验材料,分为氮、磷、钾3个单因素肥效试验,每个因素设4个水平,分别为不施肥、低肥、适量肥和高肥处理。采用Logistic模型拟合不同氮磷钾营养水平下夏玉米株高和叶面积指数基于有效积温的动态方程,并利用增长速率曲线及其特征参数定量分析了夏玉米生长发育特征。【结果】(1)在本试验条件下,与其他处理相比,适量施肥处理(N2、P2和K2)夏玉米株高最大值均为最大。过量施用钾肥对夏玉米最大株高有显著的抑制作用。适量施肥处理夏玉米株高进入平台期所需积温为952.43—958.83℃·d。适量施肥能有效增加夏玉米叶面积指数,养分过量或过少均影响叶面积的形成。适量施肥处理夏玉米叶面积指数进入平台期所需积温为849.18—952.43℃·d。(2)各施肥处理条件下以有效积温为自变量建立的夏玉米株高和叶面积指数方程的拟合度R 2分别为0.9949—0.9970和0.98...     

华北沙质潮土夏玉米“3414”肥效试验

在沙质潮土条件下,采用＂3414＂肥效试验设计,通过不同方法对玉米产量结果与肥料施用量的回归拟合,建立不同施肥因子组合的施肥效应模型。单因子效应分析结果表明,氮、磷、钾肥料的增产效应表现为氮〉磷〉钾;夏玉米对钾肥的忍耐度低于磷和氮,表现为过量施用会引起产量快速降低。3种肥料因子间均存在正向交互作用,但交互作用的大小和程度在不同的模型上特点不同。通过对模型寻优分析,确定沙质潮土夏玉米N、P2O5、K2O最高产量施肥量分别为164 kg/hm2、93 kg/hm2和57 kg/hm2,投入比例为1.0∶0.6∶0.4;最佳经济施肥量分别为96 kg/hm2、78 kg/hm2和38 kg/hm2,投入比例为1.0∶0.8∶0.4。     

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。     

华北小麦-玉米轮作区缓控释肥应用效果分析

田间试验以常规施肥为对照,分析了华北平原北部小麦-玉米轮作区缓控释肥不同配比和用量土壤硝态氮含量和产量性状的变化。结果表明,常规用量分次施肥（100%UD）处理,土壤中NO-3-N含量在小麦生育后期仍然维持较高的水平,并且穗数、千粒重以及产量相对较高; 缓控释肥处理土壤中硝态氮（NO-3-N）含量与100%UD相比处于较低的水平,但产量无显著差异。玉米生长季缓控释肥表现出了明显优势,肥料利用率提高,玉米穗秃尖长度减小; 其中减少20%用量的缓控释肥处理（80%SCR）产量显著高于常规施肥处理,增产达到18.3 %。缓控释肥缓慢释放的特性有利于被作物及时充分吸收,减少了在土壤中因淋失而造成浪费的机会,从而使得肥料利用率提高。从小麦、玉米两季的变化情况来看,还需要进一步优化肥料在不同生长季之间的配置,使缓控释肥料发挥其最大潜力,实现小麦玉米产量双高产和经济效益、环境效益同步提高。     

基于穗层反射光谱的小麦籽粒蛋白质含量监测的研究

本试验对近地面高光谱仪监测小麦的不同测定方法进行了探讨，并比较了各方法对籽粒蛋白质含量（GPC）的预测能力。结果表明，穗全氮含量（ETNC）与穗层光谱反射率（Rel）的相关系数普遍高于与冠层光谱反射率（Rc）的相关系数。同时，基于小麦光谱反射率、穗全氮含量、籽粒蛋白质含量三者之间的相关性，选择了包括植被指数在内的20个穗层光谱特征参量，与ETNC进行相关分析，建立了最佳光谱特征参量预测ETNC以及ETNC预测籽粒蛋白质含量（GPC）的统计相关模型。通过2个模型的链接，建立了利用比值植被指数RVI[890,670]预测GPC的回归模型，可以较好地预测小麦籽粒蛋白质含量。在相同条件下，相对于以往基于冠层光谱的方法，基于穗层光谱的RVI[890,670]对GPC的预测表现出较大的优势，决定系数R2由0.662提高到0.865，总均方根差RMSE由0.851降低到0.734。本研究为实现田间条件下小麦氮素及相关品质指标的便携式监测仪的开发研制提供了初步的依据。     

基于冠层光谱的不同株型冬小麦籽粒蛋白质预测模型

冬小麦冠层光谱因不同株型而异，依不同株型建立模型是提高冬小麦蛋白质预测精度的重要途径之一。该研究利用ASD2500高光谱仪对不同株型冬小麦冠层光谱进行了测定，分析了冬小麦叶片叶绿素含量在冠层垂直方向上的变化及其与籽粒品质指标和冠层光谱特征参量间的相关性。结果表明，冠层叶绿素含量垂直梯度变化因不同生育时期和不同株型而异。同等条件下，其梯度以平展型品种大于直立型品种。并且，当将两种株型品种分别考虑时，第一二叶组之间叶绿素含量的差值(DCC)与小麦籽粒部分品质参数和冠层光谱特征参量具有显著的相关性。通过DCC可以间接地建立籽粒蛋白品质和冠层光谱特征之间的相关模型。通过研究筛选出预测籽粒蛋白质含量(GPC)的最佳时期为灌浆期，最佳光谱特征参量为560 nm的反射峰深度P_Depth560。并且，建立了不同株型品种GPC的预测模型并初步通过验证。     

冬小麦不同群体冠层结构的高光谱响应研究

 选择株型差异较大的冬小麦品种，并通过部分品种不同密度试验，分析了冠层结构的两个重要指标叶向值（LOV）与叶面积指数（LAI）与光谱特征参量的关系，同时对20个不同处理进行了聚类分析。结果表明，不同生育阶段株型指标LOV和群体大小指标LAI对光谱的贡献是不同的，前期（以拔节期为主）LOV对光谱的影响要大些，后期主要受LAI的影响；对拔节期包括品种和密度在内的共20个处理进行聚类分析，划分了株型和群体大小的不同组合4个（A-株型直立，群体较小；B-株型直立，群体较大；C-株型披散，群体较小；D-株型披散，群体较大）；拔节期不同类组冠层光谱反射率在400～700 nm范围内反射率由高到低的顺序为A>B>C>D，700～1 150 nm范围内顺序与其相反，并且差异更加显著，此期是利用光谱识别株型的最佳时期；利用近红外波段光谱特征值（拔节期到孕穗期光谱反射率的增量△R890与拔节期反射率R890）做散点图发现，不同类组在散点分布上具有显著差异，通过纵向反射率的差异以及横向两个阶段反射率增量的差异可以对不同群体冠层结构特征进行初步识别。     

基于高光谱的土壤有机质含量预测模型的建立与评价

 【目的】土壤有机质含量是反映土壤肥力的重要特征，利用高光谱技术对有机质（OM）含量进行定量化反演为土壤信息化管理和资源评价提供了重要的依据。【方法】利用ASD2500高光谱仪在室内条件下测定了风干土壤样品的可见—近红外光谱，分析了不同区域范围土壤光谱反射率曲线形状变化和土壤有机质含量的变化特点，并针对东北地区以黑土为主的土样光谱反射率不同变换形式与有机质含量进行了相关性分析。【结果】结果表明，有机质含量较高的黑土的光谱曲线与其它土壤类型的光谱曲线在形状上有很大差异，即在600～900 nm附近，以黑龙江土样为代表的东北黑土表现为直缓上升，而河南和山东的潮土则表现为曲陡上升。相关分析结果表明，土壤有机质含量与原始光谱反射率在545～830 nm呈显著负相关，其中在580～738 nm波段范围内达到极显著负相关。与一阶导数光谱相关性进一步增强，在481～598 nm呈现极显著负相关，而在816～932 nm和1 039～1 415 nm波段范围内具有极显著的正相关性。土壤有机质含量与部分波段处的吸收深度和反射峰高度也表现为不同程度的相关性。【结论】利用570～590 nm波段的一阶导数光谱和1 280 nm处反射峰高度P_Depth1280可以较好地预测东北主要土壤类型有机质含量。在此基础上建立了土壤有机质含量的高光谱反演模型并进行了验证。     

植被覆盖度对冬小麦冠层光谱的影响及定量化估产研究

为避免土壤背景对冠层光谱的干扰,提高冬小麦定量化估产精度,以河北廊坊中低产田条件下的冬小麦为研究对象,利用ASD Field Spec高光谱仪定点获取冬小麦冠层光谱信息,分析了田间植被覆盖度和冠层NDVI在生育期内的变化,并利用植被覆盖度对冠层NDVI进行了校正。结果表明,通过三基色即RGB、色度和亮度可将数字图像中冬小麦和土壤背景进行分割,从而获得单位面积上冬小麦的覆盖百分比。而通过覆盖度校正后的植被指数即CNDVI能够更具针对性地反映植株冠层氮素信息。在本试验条件下利用灌浆中期的CNDVI与产量进行一元回归或利用全生育期的CNDVI与产量进行多元回归均取得了较好的效果,决定系数分别为0.849和0.853。由于多元回归模型考虑了不同时期的CNDVI的变化,因此模型具有更强的可靠性和稳定性,较适合于冬小麦定量化估产。     

糯玉米钾素分配转移特性的基因型差异

在同一供肥水平下研究31个糯玉米品种的钾素分配转移特性,分析糯玉米钾素分配转移规律及其与钾素吸收利用的关系,揭示钾素分配转移的基因型差异及其对产量形成的作用。结果表明,糯玉米生育期间钾素在各器官的分配与氮、磷不同,钾素不随生长中心的转移而转移,在生育期间钾素主要分配在叶片和茎秆中,开花前主要分配在叶片中,开花后钾素分配到茎秆中最多。糯玉米不同品种各器官钾素转移率存在显著差异。相关分析表明,钾素转移率主要影响产量和钾素利用效率的高低,而对钾素吸收总量及钾收获指数影响较小。通径分析表明,鲜穗、鲜子粒及成熟子粒中高产品种叶片的钾素转移率较高,叶鞘的钾素转移率高有利于品种鲜穗、鲜子粒及成熟子粒钾素利用效率的提高。