基于角果期高光谱的冬油菜产量预测模型研究

以连续3 a田间氮肥水平试验为基础,研究基于高光谱估产的可行性,明确最佳光谱监测方式和有效波段,降低光谱分析维数,提高产量估测时效性。2013—2016年分别于湖北省武穴市和沙洋县进行大田试验,通过测试角果期冠层光谱反射率、产量构成因子(单株角果数、每角粒数和千粒质量)和成熟期产量,利用偏最小二乘回归(PLS)分别对油菜原初光谱(RSR)和一阶微分光谱(FDR)与其产量及构成因子间构建定量分析模型并筛选有效波段。结果表明,基于全波段的FDR-PLS模型预测精度显著优于R-PLS,其最佳监测指标是冬油菜产量和角果数,验证集决定系数(R2)分别为0.90和0.91,均方根误差(RMSE)分别为379 kg/hm2和66个/株,相对分析误差(RPD)分别为3.11和3.12。基于各波段变量重要性投影(VIP)值,确定冬油菜产量有效波段分别为628、753、882、935、1061、1 224 nm;角果数有效波段分别为628、758、935、1 063、1 457、1 600 nm。此后,再次构建基于上述有效波段的冬油菜产量和角果数监测模型,决定系数分别为0.91和0.87,均方根误差分别为504 kg/hm2和82个/株,相对分析误差分别为2.34和2.52,估算精度较为理想。     

施氮与耕作方式对冬小麦产量和氮肥效率的影响

在翻耕与旋耕模式下,研究了4种施氮模式[N0:不施氮肥;N1:一次性施氮210 kg·hm^-2(60%控释尿素+40%普通尿素);N2:普通尿素210 kg·hm^-2(50%基肥+50%拔节肥);N3:普通尿素270 kg·hm^-2(50%基肥+50%拔节肥)]对冬小麦产量、氮素吸收利用及叶片生理特性的影响。结果表明,同一施氮方式下,翻耕较旋耕增产0.60%～8.99%,穗数显著增加3.01%～12.41%,拔节期旗叶SPAD值、养分积累量、氮收获指数和氮肥生理利用率等均表现为翻耕较旋耕效果好,而氮肥利用率间无显著差异。翻耕条件下,施氮冬小麦穗数、穗粒数和千粒质量分别显著增加16.20%～21.51%,6.93%～10.80%和5.98%～12.45%。同一耕作方式下,各施氮处理间产量差异不显著;氮收获指数和氮肥生理利用率均为冬小麦翻耕条件下一次性施氮210 kg·hm^-2(60%控释尿素+40%普通尿素)最高。综合各因素考虑,冬小麦翻耕条件下一次性施氮210 kg·hm^-2(...     

种植密度对菊芋块茎产量、植株光能截获及养分转运特性的影响

【目的】探究种植密度对菊芋块茎产量、植株光能截获及养分吸收转运特性的影响,确定适宜种植密度,为菊芋优化栽培种植及高产稳产提供理论依据。【方法】2019—2020年分别于河南省新乡市和南阳市布置菊芋密度效应田间试验。以“南芋1号”为供试材料,设置5个种植密度,分别为：D1(1.80×10⁴株·hm^-2)、D2(2.25×10⁴株·hm^-2)、D3(2.70×10⁴株·hm^-2)、D4(3.15×10⁴株·hm^-2)和D5(3.60×10⁴株·hm^-2)。于菊芋成熟期(mature period, MP)测试块茎产量,并分别于营养生长中期(medium the vegetative period, MVP)、营养生长末期(late the vegetative period, LVP)和开花期(flowering period, FP)测试地上部植株生物量和氮磷钾养分含量,...     

大豆和玉米影响后茬作物氮素供应的研究进展

  【目的】  为提高轮作系统的生产力和土壤肥力的可持续性,我们从作物根系形态、残留养分有效性和土壤结构等方面,综述了大豆和玉米生产对土壤物理特性和后茬作物氮素供应能力的影响机理及原因。  主要进展  大豆根系呈网状分布,分枝侧根多,生长过程中新老根频繁更替,收获后土壤团聚体由原来的简单形态变为多级复合形态,团聚体内部孔隙增多,利于后茬作物的根系发育。大豆形成的稳定土壤团聚结构也是土壤氮素循环的良好基础,可有效提升土壤有机氮的总矿化和转化量,增强土壤对后茬作物的供氮潜力。玉米生产一般氮肥施用量较高,故收获后残留在土壤中的肥料氮相对较多。残留氮以NO₃–-N和微生物氮形态存在的比例高,由于NO₃–-N在土壤中不稳定、易损失,因此,不易于为后茬利用。大豆秸秆C/N低,翻压还田后易于被土壤微生物利用,加速土壤氮循环,易于后茬作物的吸收利用。加之豆科作物生长过程中死亡的根瘤和根形成的沉积物数量大,根系分泌物含有较高的甘氨酸和丝氨酸,且根际沉积物C/N较低,更易矿化转化为后季作物的重要氮源。因此,大豆较玉米更有利于后茬作物的生长和氮素营养。  展望  为更好地利用轮作优势,需要在以下几方面加强研究:提高大豆残留氮素高效利用的关键驱动因素比例;减少玉米收获后土壤残留氮素损失的氮素管理方法;残留氮素转移转化过程中的根–土–微生物互作机制。由于秸秆腐解会加快土壤有机碳的释放,因此减少大豆秸秆还田带来的轮作周年CO₂等温室气体的排放,提高土壤的碳汇功能也将成为今后研究重点。     

冬油菜叶面积指数高光谱监测最佳波宽与有效波段研究

以冬油菜为研究对象,利用连续3季(2013—2016年)不同氮营养水平下冬油菜关键生育期400~1 350 nm冠层高光谱和LAI数据,研究基于偏最小二乘(Partial least square,PLS)回归分析的冬油菜原初光谱(Raw spectral reflectance,R)及一阶微分光谱(First derivative reflectance,FDR)窄波段光谱变量(1、5、10、20 nm)和宽波段光谱变量(40、80、100 nm)与LAI之间关系,确定可稳定指示油菜LAI时空变化的最佳波宽及其有效波段。在此基础上,进行了基于有效波段最优波宽下冬油菜LAI预测和精度验证。结果表明,冬油菜LAI对氮肥响应具有高度敏感性,可较为充分反映油菜LAI时空变化,其建模集和验证集变异系数分别为65.4%和54.4%;随波宽增加,基于R-PLS和FDR-PLS回归模型的冬油菜LAI预测精度均呈先增加后降低趋势,至窄波段光谱变量和宽波段光谱变量临界处20 nm波宽时达最高,且FDR-PLS预测效果显著优于R-PLS,建模集和验证集相对分析误差(Relative percent deviation,RPD)分别为2.223和2.004。根据FDR-PLS回归模型中各波段变量重要性投影值(Variable importance for the projection,VIP),确定基于该最佳波宽条件下油菜LAI有效波段分别为759、847、921、1 002、1 129 nm。此后,再次构建基于上述有效波段的油菜LAI预测模型,建模集和验证集RPD分别为2.004和1.707,反演效果较为理想。     

施氮量对菊芋块茎产量、品质与植株生理特性的影响

[目的]氮肥不合理施用在导致资源浪费和环境问题的同时,还会影响菊芋正常生长发育和产量形成.研究施氮量对成熟期菊芋块茎产量、品质和生育期生理特性影响,确定关键营养指标,为菊芋高产高效施用氮肥提供理论支撑.[方法]菊芋氮肥梯度田间试验于2019年在河南省新乡市原阳县、2020年在南阳市方城县开展,2019年设N?0、60、...     

油菜叶面积和叶鲜重估计研究

为快速获取大田油菜长势监测信息,针对不同栽种方式和施肥水平对油菜叶片生长的影响,建立单株油菜叶面积和叶鲜重估计模型。分别于2013—2015年的2个油菜种植季,设置不同施肥水平下直播和移栽油菜试验小区。在油菜叶片形态差异最大的六叶期和蕾薹期,测量样株所有叶片的长、宽、面积和鲜重,采用方差分析对比栽种方式和施肥水平对油菜叶片生长的影响,运用麦夸特法+通用全局优化法建立叶面积和叶鲜重的长宽估计模型。在不同施肥水平和栽种方式下,2个生长期的油菜叶面积和叶鲜重与叶宽关系均比叶长更明显;相同条件下蕾薹期油菜叶片变异程度比六叶期要大,2个时期不同施氮水平、栽种方式下油菜叶面积、叶鲜重差异均达到极显著水平,但两者对叶片的交互作用未达到显著水平。叶宽线性模型估算叶面积和叶鲜重的预测R²为0.89、0.84,RMSEP为32.40 cm²、2.54 g,长宽幂函数模型与常规的长宽线性模型相比,叶面积和叶鲜重的预测R²为0.97、0.94,RMSEP为 12.92 cm²、0.86 g。不同生长条件下,叶宽线性模型可用于快速获取油菜单片叶面积和叶鲜重,长宽幂函数模型受施肥水平、栽种方式、叶形、生长期等因素影响较小,适用于精确估计单株油菜叶面积和叶鲜重。     

基于高光谱的冬小麦不同生育时期地上部生物量监测

为实现冬小麦不同生育时期地上部生物量的高光谱监测,2017-2019年分别在河南省鹤壁市、原阳县和温县布置冬小麦氮肥梯度田闻试验,分别于分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期测定冬小麦地上部生物量及其冠层原位高光谱反射率(400～950 nm),并采用Pearson相关分析明确两者间定量回归关系,再分别利用支持向量机(supp...     

利用功能叶片钾含量作为水稻钾营养诊断指标的可行性研究

【目的】植株组织分析是广泛应用的营养状况评价方法。水稻主茎从上往下的第二功能样品采集方便,对水稻植株损伤较小;叶片以全展开叶的状态存在于整个生育期。本文探讨了利用第二功能叶钾含量作为水稻钾营养诊断指标的可行性,为水稻种植提供一种操作性强且准确性高的钾营养诊断方法及指标。【方法】采用田间试验,设置施钾量(K2O)0、60、120、180、240、300和360 kg/hm27个处理,测定各生育期第二功能叶的钾含量和成熟期收获的稻谷产量,对各处理的产量进行显著性检验及肥效模型的拟合,并根据肥效模型对水稻产量进行分级;结合产量分级指标与钾含量和产量的回归方程,最终计算出水稻不同生育期的钾营养诊断指标值。【结果】施用钾肥显著增加稻谷产量,施钾量和稻谷产量适合用二次加平台模型拟合,满足营养诊断的要求。第二功能叶钾含量随施钾量的增加而显著增加,随生育进程先上升后下降,在拔节期达到最大;从分蘖初期到齐穗期,第二功能叶钾含量变化范围为0.85%~2.72%。各生育期第二功能叶钾含量与稻谷产量和施钾量具有极显著的相关性,可以作为诊断指标来预测稻谷产量及反映钾肥施用水平。按小于最佳产量的85%、85%~90%、90%~95%、95%~100%将产量分为5个等级,和大于100%,根据钾含量与产量回归方程计算出各时期的不同产量等级对应的钾含量分级指标,当临界产量为最佳产量的95%时,各时期对应的第二功能叶钾含量分别为1.34%、1.58%、1.98%、2.09%、1.33%和1.27%。【结论】第二功能叶钾含量与施钾量和水稻产量相关极显著,其关系可用二次加平方程模拟,故可作为水稻不同生育期的钾营养诊断指标;以最佳产量的95%作为产量临界值标准,当第二功能叶钾含量在分蘖初期、分蘖盛期、有效分蘖临界期、拔节期、孕穗期和齐穗期分别低于1.34%,1.58%,1.98%,2.09%,1.33%和1.27%,则水稻植株处于钾素缺乏水平,需要补充钾肥以维持其正常的钾素需求。     

株间穴施对夏玉米产量和养分吸收的影响

为探究合理的夏玉米高产简化施肥技术。以‘浚单29’为材料,采用田间试验方法研究了开沟条施、正位肥料减量30%穴施、株间全量及肥料减量30%穴施等施肥方式对夏玉米产量、果穗及植株表观性状、生物量和氮磷钾养分积累量的影响。结果表明,株间全量穴施较开沟条施植株表观性状均增加,增产3.70%,地上部生物量增加3.56%,氮、磷养分积累显著增加11.24%和19.44%;肥料减量30%可显著降低夏玉米产量、地上部生物量及氮磷养分积累12.88%~16.56%、11.28%~15.12%、20.13%~30.07%和21.66%~38.19%,施肥方式和肥料用量对夏玉米钾素积累无显著影响。株间穴施和正位穴施差异不显著,较开沟条施更有利于地上部氮磷钾养分吸收从而促进产量提高。夏玉米专用肥750 kg/hm ²配合株间穴施显著提高夏玉米产量,而且养分吸收效果较好,是当前试验条件下较好的施肥管理措施。