利用无人机多光谱估算小麦叶面积指数和叶绿素含量

利用无人机遥感的方式进行农作物长势监测是目前精准农业、智慧农业发展的重要方向,为了探究无人机多光谱反演小麦叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和叶绿素含量的模型估算潜力,该研究在3个飞行高度(30、60、120 m)采集多光谱影像,通过使用全波段差值光谱指数(Difference Spectral Index,DSI)、比值光谱指数(Ratio Spectral Index,RSI)、归一化光谱指数(Normalized Spectral Index,NDSI)和经验植被指数与地面实测数据进行相关性分析,获得不同高度下的光谱指数与LAI和叶绿素含量的关系模型及其决定系数,以决定系数为依据分别构建多元逐步回归、偏最小二乘回归和人工神经网络模型,分析不同飞行高度无人机多光谱反演小麦冠层LAI和叶绿素含量SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值的精度。结果表明:1)30 m高度下,绿-红比值光谱指数与小麦LAI的相关性最高,相关系数为0.84;60 m高度下,红-蓝比值光谱指数与小麦叶绿素含量的相关性最高,相关系数为0.68;2)在60 m高度下,经验植被指数与小麦LAI和叶绿素含量的相关性较好,最大相关系数分别为0.77和0.50;3)利用偏最小二乘回归反演小麦LAI的精度最高,决定系数为0.732,均方根误差为0.055;利用人工神经网络模型反演小麦叶绿素含量的精度最高,决定系数为0.804,均方根误差0.135。该研究成果可为基于无人机平台的高通量作物监测提供理论依据,并为筛选无人机多光谱波段实现作物长势参数快速估测提供应用参考。     

根茎类作物单摆铲栅收获装置渐变抛掷特性

单摆铲栅是基于变幅变向振动技术研发的铲栅一体收获装置。为明确单摆铲栅工作特性及抛掷分离作业机理,该研究在运动学及动力学分析基础上建立了铲栅工作面抛掷系数解析方程,铲栅工作面各点抛掷系数随工作长度逐渐增大且具有明显的渐变抛掷特性和较强的抛掷能力,分离区最大抛掷系数达9.98～19.72;建立了单摆铲栅EDEM-MBD耦合仿真模型,以振幅、振动频率、前进速度为因素开展单因素仿真试验,试验结果表明：受工作面抛掷特性及土壤粘塑性影响,牵引阻力、驱动转矩具有明显的强弱周期,在强周期内：单摆铲栅与土壤互作力较大,分离间距最大值发生在该周期切削行程终点时刻分离区中点处;振幅为7～11 mm时,牵引阻力均值约1 580.93～2 019.9 N、最大驱动转矩约224.04～322.11 、最大分离间距约59.58～98.3 mm;振动频率为6.67～10.67 Hz时,牵引阻力均值约1 416.43～1 866.38 N、最大驱动转矩约315.28～364.19 、最大分离间距约78.43～94.67 mm;前进速度为0.2～0.4 m/s时,牵引阻力均值约1 429.43～2 110.48 N、最大驱动转矩约241.27～387.78 、最大分离间距约62.5～102.5 mm。甘草收获试验结果表明：甘草收获机牵引阻力32.17 kN、驱动转矩802.02 、挖掘深度468 mm时,收净率为96.42%,单摆铲栅作业过程流畅有序,渐变抛掷作用明显,根茎土壤分离效果良好。该研究结果可为根茎作物特别是深根茎作物节能高效收获提供参考。     

华北平原潮土区粮田氮淋失阻控措施及效果分析

华北平原潮土区是我国重要的粮食主产区,改革开放40多年来该区农业经历了以高水肥投入为主要特征的集约化进程,相应的氮淋失导致的面源污染自20世纪90年代以来不断加剧。本研究针对华北平原潮土为主要类型的粮田,对过去40多年间主要研究文献进行全面分析,梳理氮肥和水分投入与氮淋失之间的定量关系,比较主要农田管理措施对氮淋失的阻控效果及其机理,以期为我国农业面源污染提供决策支持。研究发现,氮肥和灌溉是影响华北平原潮土区粮田氮淋失的主要因素,其中氮淋失与氮盈余量之间呈指数关系,比与施氮量的指数关系更显著。基于机器学习的随机森林回归模型能够考虑包括施肥、灌溉、土壤条件和气象等多因素对氮淋失的影响,未来在定量预测中有较好前景。同等氮肥投入条件下,由于氮供应与作物吸收契合度高,有机无机配施能显著降低氮淋失。以缓控释肥、尿酶和硝化抑制剂为代表的肥料增效剂可以降低约1/3的氮淋失,值得重点推广应用。秸秆还田可以实现包括提高土壤有机物和微生物氮库、增加无机氮缓冲容量等综合效益,有利于降低氮淋失风险(降低比例达10%),但免耕的阻控效应较低且呈现较大不确定性。调整种植制度、休耕、间作套种和种植填闲作物等措施会影响粮食产量,推广过程中应慎重。氮淋失的阻控效果更多受到社会、经济和政策等因素的影响,今后应采取包括生态补偿等手段发挥农民主动性,从政策和法律法规层面创造实施氮淋失阻控措施的社会环境。     

施用石灰对果园酸性土壤镁吸附-解吸特征的影响

通过研究施用石灰对蜜柚果园酸性土壤镁吸附-解吸特性的影响,明确施用石灰对酸性土壤镁有效性的改良效果,为酸性土壤改良提供科学依据。以土壤培养试验以及田间石灰改良试验所采集土壤样品开展等温吸附试验,并以0.02 mol·L~(-1) Na NO_3进行解吸试验。结果表明,(1)随着石灰用量的增加,土壤p H及交换性盐基离子含量增加,且对果园不同土层土壤影响程度大小依次为0～10 cm(L1)10～20 cm(L2)20～40 cm(L3);(2)用Langmuir方程可以对吸附等温线进行较好拟合,描述土壤对镁的吸附作用(R~2=0.957～0.999),随着平衡液镁浓度的增加,土壤对镁的吸附量增加,吸附分配系数(K_d)下降。随着石灰施用量增加K_d上升,土壤固定镁的能力越强;(3)随着石灰用量的增加,土壤镁的解吸量先增加后下降,其大小依次为C2(1.8 mg·kg~(-1))C3(3.6 mg·kg~(-1))C1(0.9 mg·kg~(-1))C0(0),而解吸率呈现逐步下降的趋势;(4)土壤镁的吸附能力与pH、有机质、交换性Ca~(2+)、交换性Mg~(2+)、盐基饱和度存在显著正相关性(P0.05),与交换性酸、交换性Al~(3+)呈显著负相关(P0.05),解吸能力则反之。综上所述,合理施用石灰可以有效地改善土壤酸度,增加土壤镁的吸附量和解吸量,提高土壤镁的有效性。     

化肥减量条件下水溶性追肥比例对烤烟产质量的影响

为提高烤烟肥料利用率,减少化肥施用,2018 年在安徽皖南进行小区试验,设置不施肥、常规施肥(对照)处理,在氮肥减少13%,磷肥和钾肥各减少30% 条件下水溶性肥料追肥比例分别为50%、60%、70%、80%,共6 个处理,3 次重复,分析其对烤烟氮磷钾的吸收利用、生长发育及产量质量的影响。结果表明:(1)追肥比例为50% ～ 60% 时总干物质积累量显著高于常规对照;随追肥比例的提高,叶部和总干物质积累量呈降低趋势。(2)随追肥比例的提高,氮、钾的吸收量呈降低趋势。(3)追肥比例为50% 时烟株的氮、磷、钾利用率比常规对照分别提高6.3、3.4、25.3 个百分点;随着追肥比例的提高,氮、钾利用率呈降低趋势。(4)水溶性肥料追肥各处理烟叶的产量、产值和感官质量与常规对照相比总体无明显差异。氮肥、磷肥和钾肥适当减量的情况下,采用水溶性肥料追肥,追肥比例为50% 左右时,能够提高肥料利用率,促进根系生长和烟株干物质积累,且烟叶产量和品质不受影响。     

长期施肥棕壤有机硫矿化特征及其驱动力

  【目的】  探究长期不同施肥对土壤有机硫矿化量、动力学特征和酶活性的影响,揭示玉米–大豆轮作体系中棕壤有机硫矿化特征及其主要驱动因子。  【方法】  沈阳农业大学长期定位试验于1979年建立,为玉米–玉米–大豆 (一年一熟) 轮作模式。试验设置15个处理,本研究选取了其中7个处理,分别为:CK (不施肥)、N₁ (低量化学氮肥)、N₂ (高量化学氮肥)、N₁P (低量化学氮肥+磷肥)、N₁PK (低量化学氮肥+磷钾肥)、M₁ (低量有机肥) 和M₁N₁PK (低量有机肥配施化学氮磷钾肥)。不同作物有机肥投入量相同,氮磷钾化肥投入量不同。选取2014和2015年的耕层 (0—20 cm) 土壤样品,测定土壤基本理化指标 (pH、有机碳和全氮含量)、有机硫矿化量、土壤中性蛋白酶及土壤芳基硫酸酯酶活性。同时,进行矿化培养试验,分析不同温度下有机硫矿化特征。于玉米、大豆收获后测定产量。  【结果】  长期施肥处理均提高了土壤有机硫的矿化量,7个处理总体表现为M₁N₁PK > M₁ > N₁PK、N₁、N₂ > N₁P > CK。单施化肥条件下,增加氮肥用量对有机硫矿化作用无显著影响;单施有机肥或有机肥与化肥配施均可明显促进土壤有机硫矿化。与CK相比,M₁N₁PK处理有机硫矿化量提升幅度最大,提高了57.30%。利用一级动力学方程进行拟合,长期施肥均提高了有机硫矿化势,无机肥处理 (N₁、N₂、N₁P和N₁PK) 的提升幅度均较低,提升效果最优的是M₁处理,比CK提高了45.27%。环境温度和作物种类均显著影响有机硫矿化量和矿化势,随着环境温度的升高,有机硫的矿化量和矿化势均明显增加;玉米种植季有机硫矿化量和矿化势均高于大豆种植季。土壤中性蛋白酶活性和芳基硫酸酯酶活性均以M₁N₁PK处理最高,与单施化肥相比分别提高了96%～220%、264%～986%。有机硫累积总矿化量在种植玉米的年份与土壤有机碳 (r = 0.7693) 含量和全氮 (r = 0.7554) 含量呈显著正相关 (P < 0.05)。  【结论】  土壤的有机碳和全氮含量是棕壤有机硫矿化的主要驱动力。只施用无机肥对土壤有机硫的矿化没有显著影响,而有机无机肥配合施用可显著提高土壤芳基硫酸酯酶、中性蛋白酶活性,进而提高有机硫矿化势和矿化量。玉米因其较高的生物量也成为有机硫矿化的主要驱动力。     

基于NDVI的石羊河流域植被演变特征及其对沙尘暴的影响分析

利用石羊河流域2000-2016年卫星遥感数据和7个气象站1961-2020年逐日沙尘暴资料,使用一元回归趋势法、线性倾向率、相关系数等方法,分析该流域植被覆盖与沙尘暴频次、持续时间、强度的多尺度变化特征及关系,探讨其对沙尘暴发生发展的影响程度.结果表明:流域植被轻微增大,NDVI以每年0.000 9的速度增大,200...     

工程堆积体坡面不同植被格局的控蚀效果研究

为探明不同植被格局对工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀的影响,采用10,20,30 L/min 3种放水流量,对黄土区不同格局（裸坡、坡顶、坡中、坡底、条带）下的高陡边坡（32°,20 m×1 m）进行模拟放水试验,选取径流率、产沙率、减流效益、减沙效益等因子对堆积体坡面植被的控蚀效果进行分析。结果表明：3种放水流量下,条带、坡顶、坡中、坡底的平均径流率较裸坡分别减小57.33%,61.17%,41.62%,24.78%,平均产沙率较裸坡分别减小74.99%,61.10%,55.01%,46.43%,且径流率与产沙率的线性关系（R²=0.57~0.80,p<0.01）整体上弱于裸坡（R²=0.71,p<0.01）。不同植被格局中,条带及坡顶格局的减流效益分别是65.97%,60.52%,减沙效益分别为71.44%,57.22%,二者的控蚀效果远高于其他格局。产沙率与径流功率的线性相关性（R²=0.61~0.83,p<0.01）高于径流剪切力（R²=0.29~0.76,p<0.01）,径流功率能更好地反映堆积体坡面土壤侵蚀机制。     

减氮和机械侧深施肥对机插杂交稻产量及氮素吸收利用的影响

为探究侧深减量施缓释肥对水稻生长、氮素利用及土壤肥力等的影响,本研究以两系杂交稻品种晶两优534和三系杂交稻品种宜香优2115为供试材料,通过设置R₁₅₀(一次性机械侧深施缓释肥150 kg·hm^-2)、R₁₂₀(一次性机械侧深减氮20%施缓释肥120 kg·hm^-2)、R₉₆N₂₄ (基肥侧深施缓释肥96 kg·hm^-2, 穗肥撒施尿素24 kg·hm^-2)、N₁₅₀(基肥人工撒施尿素90 kg·hm^-2,穗肥撒施尿素60 kg·hm^-2)、N₀(不施氮肥)5种不同的氮肥施用处理,分析机械侧深减氮施肥对机插稻产量形成和氮素吸收利用效率的影响。结果表明,与常规施肥相比,侧深施用缓释肥显著提高了机插稻分蘖数、氮素积累量、氮肥利用率和土壤肥力,对机插稻产量和氮素利用存在显著影响。侧深施缓释肥显著提高了机插稻的有效穗数和每穗粒数,两品种均以一次性机械侧深施用常规施氮量缓释肥处理(R₁₅₀)的产量最高,比2次人工撒施常规尿素处理(N₁₅₀)平均增产13.05%。采用机械侧深施肥,减氮20%的“基缓追速”处理(R₉₆N₂₄)产量均高于与人工撒施常规施氮量处理(N₁₅₀)。R₉₆N₂₄的氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率和产量均高于N₁₅₀。综上所述,与人工撒施常规尿素相比,采用机械侧深施基肥能保证水稻整个生育期对氮素的需求,显著提高机插稻氮素利用率;缓释肥减量20%侧深施可保持土壤肥力和产量不减,达到减氮稳产的目的。本研究结果为机插稻优质绿色高效生产提供了理论依据和实践指导。     

延怀盆地不同土地利用类型土壤风蚀物特征

研究延怀盆地典型土地利用类型地表土壤风蚀物分布特征,可为了解该区域风蚀过程、改善生态环境提供数据支撑。以怀来县为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,分析了葡萄、果桑、欧李、玉米免耕、玉米翻耕5种土地利用类型在冬季休耕期(上年11月—次年2月)和春季备耕期(3—5月)风蚀物质量、粒径及碳氮含量随高度的变化特征。结果表明:(1)欧李与玉米翻耕地土壤风蚀物质量分数垂向分布遵循幂函数递减规律; 果桑、葡萄与玉米免耕地土壤风蚀物质量分数在监测高度范围内随高度增加无规律性变化。(2)春季备耕期5种土地利用类型输沙通量均高于冬季休耕期。(3)冬季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在500～2 μm; 春季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在250～2 μm。(4)5种土地利用类型冬季休耕期风蚀物碳氮含量高于春季备耕期。风蚀物质量、碳氮含量及粒径的垂直分布受土地利用类型和人为活动的影响,其中人为活动对输沙通量影响较大,因此在该区域土壤风蚀防治过程中可以采用构建防风草篱、合理调整土地利用布局的方式,达到降低近地表风速、拦截风沙的作用。