棉花冠层高光谱指数与叶片氮积累量的定量关系

利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱植被指数(VI),分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮积累量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮积累量和冠层高光谱反射率均随不同施氮水平显著变化;棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的红谷波段和750~900 nm的近红外波段,叶片氮积累量与光谱指数NVD672有密切的定量关系,且不同品种可以用统一的方程来描述,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供了技术支持。     

以冠层反射光谱监测水稻叶片氮积累量的研究

作物氮素状况是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,对作物氮素精确诊断与管理具有重要意义。本文以不同施氮水平下的4年田间试验为基础,研究了水稻叶片氮积累量与冠层反射光谱的定量关系。结果显示,在冠层单波段反射率中,460 nm、510 nm及760~1 100 nm的光谱反射率与冠层叶片氮积累量的相关性较好;近红外波段(     

《农业信息学》课程建设的实践与思考

《农业信息学》是南京农业大学面向农业生产类本科专业开设的专业选修。高等农业院校在新的教育教学形势下开设《农业信息学》课程,需要规范教学内容、教学方法和考核体系,明确课程建设面临的主要问题和解决方法,为培养我国高素质农业创新型人才作出重要贡献。     

种植制度知识模型系统的设计与实现

以优化利用农业自然资源为出发点，着重运用系统分析原理和数学建模技术来研究种植制度设计的知识表达体系，在系统收集和分析种植制度设计方面的献资料以及专家知识和经验的基础上，通过定量解析种植制度指标与生态环境、品种类型、社会经济条件之间的动态关系，创建了种植制度设计知识模型；充分利用软构件的技术特点，在Visual C 平台上设计并实现了数字化和组件化的种植制度知识模型系统，实现了适宜作物选择、作物搭配、作物布局设计和系统维护等功能。本研究克服了传统种植制度专家系统地域性强和广适性弱的不足，为实现种植制度设计的定量化和数字化奠定了基础。     

小麦叠加叶片的叶绿素含量光谱反演研究

为了给田间冠层水平叶绿素含量高光谱反演研究提供参考,研究了小麦单层及叠加叶片不同波长光谱反射率及几种常用植被指数对叶绿素含量的响应特征。结果表明,可见光波段的绿光到红光波段范围内叶片光谱反射率与叶绿素含量存在良好的相关关系,其中在绿光反射峰550 nm附近和红边区域的705 nm附近反射率都可以用来预测叶绿素含量。红谷吸收表现为随叶绿素含量提高而蓝移的特征。常用植被指数NDVI在本研究中对小麦叶片的叶绿素含量的监测效果并不理想。SR705虽然与单层叶片叶绿素含量相关性较好,但是对叠加多层叶片的叶绿素含量反演效果不好。光谱参数中TCARI对单层叶片和不同叠加层数的叶片均有最好的预测能力,因此可以利用TCARI监测小麦叶绿素含量,进而用于评价其光合特性。     

数学形态学辅助下基于光谱指数的作物冠层组分分类

近地遥感常被用于获取作物冠层组分信息,但在提取叶片反射率时常受到土壤背景、穗和阴影效应的影响。为准确分类并提取作物冠层组分信息,该研究通过分析小麦冠层各组分（光照/阴影叶片、土壤、穗）的光谱及纹理差异,提出了一种光谱指数与数学形态学结合的作物冠层组分分类方法,探讨不同生育时期的最佳冠层组分分类方法,并定量分析不同组分的归一化光谱指数与小麦叶片氮含量的关系。结果表明：光谱指数法能较好地区分小麦抽穗前的不同冠层组分,而抽穗期的分类效果易受麦穗影响;光谱指数与数学形态学结合的分类方法能较好地消除麦穗对光照/阴影叶片提取的干扰（总体分类精度为97.80%,Kappa系数为0.97,运行时间3.87 min）,该方法的分类精度及运行效率均优于传统分类方法（迭代自组织数据分析算法（Iterative Selforganizing Data Analysis Techniques Algorithm, ISODATA）和最大似然估计（Maximum Likelihood Estimation, MLE））;而且,基于光照和阴影叶片的归一化光谱指数对叶片氮含量最敏感。研究结果可为其他作物冠层组分分类和精准农业中农学参数的定量反演提供技术参考。     

利用日光诱导叶绿素荧光监测水稻叶片叶绿素含量

快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要。该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导叶绿素荧光（Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF）指数和植被指数,进一步基于线性回归和辐射传输模型2种方法来建立叶绿素含量监测模型,评估多个叶绿素监测模型的精度及适用性。结果表明,1）在冠层尺度,冠层761 nm处SIF强度（F761）与冠层叶绿素含量相关性最高,决定系数（Determination coefficient,R2）为0.72,略高于表现最好的红边叶绿素指数（Red edge Chlorophyll index,CIred edge）（R2=0.63）;2）在单叶尺度,归一化下行SIF指数（↓FY NDFI）与单叶叶绿素含量相关性最高,R2为0.77,比表现最好的上行荧光产量双峰比值指数（↑FY687/↑FY741）R2高出0.10,与表现最好的植被指数CIred edge效果相当（R2=0.81）;3）基于SCOPE（Soil Canopy Observation, Photochemistry and Energy fluxes ）模型反演水稻冠层叶绿素含量的验证R2为0.57,均方根误差（Root Mean Squared Error,RMSE）为56.54 μg·cm-2,效果差于PROSAIL模型（模型检验的R2为0.91,RMSE为22.59 μg·cm-2）;4）单叶Fluspect-B模型反演水稻单叶叶绿素含量的验证R2为0.55,均方根误差RMSE为19.45 μg·cm-2,效果差于PROCWT模型反演结果（R2为0.72,RMSE为6.42 μg·cm-2）。综上,SIF指数在监测冠层和单叶叶绿素含量时效果较好,基于SIF的辐射传输模型也可以用来反演水稻冠层和单叶的叶绿素含量。研究结果可为SIF监测作物叶绿素含量提供理论依据,并对未来利用SIF进行植物光合作用研究提供理论支持。     

作物精确栽培；栽培方案设计；生长指标诊断；生产力预测Development and Implementation of Crop Precision Cultivation Technology

 随着现代作物栽培学与新兴学科领域的交叉与融合,作物栽培管理正从传统的模式化和规范化,向着定量化和智能化的方向迈进。作物精确栽培技术即是将系统科学和信息技术应用于作物栽培学,并对作物栽培学所涉及的对象和过程进行数字化设计、信息化感知、动态化模拟,从而实现作物栽培管理的定量化与精确化。通过多年的探索和实践,基本构建了具有中国特色的作物精确栽培技术体系,重点在作物栽培方案的定量设计、作物生长指标的光谱监测、作物生产力的模拟预测三个方面取得了显著的研究进展,并在试验示范中实现了基于生产因子的作物栽培管理方案优化设计、基于光谱信息的作物生长指标监测诊断、基于生长过程的作物产量品质预测预报。作物精确栽培技术的未来发展将需要深入推进作物栽培学与模拟技术、传感技术、决策技术等的交叉融合,完善适用于单点到区域不同尺度的作物栽培方案精确设计、作物生长状况精确诊断、作物生产力精确预测等关键技术,加强作物精确栽培技术软件系统和硬件产品的开发应用与示范推广,从而促进现代作物栽培管理不断向着智慧化方向迈进。作物精确栽培技术的进一步完善将有助于提升农业生产的管理水平和综合效益,加快农业信息化与现代化的发展进程。     

北京延庆山区紫苏林下生态种植模式研究

【目的】探明北京山区老龄化村庄中药材林下生态种植模式,助力乡村振兴。【方法】以典型的老龄化村庄—延庆区大庄科乡黄土梁村作为试验地点,中药材紫苏作为试验材料,在板栗林下进行生态种植,设置不同的播种量和有机菌肥用量,收获后统计分析紫苏产量、品质及收益,与大田和四旁地种植的紫苏进行比较。采用水蒸气蒸馏法提取紫苏叶挥发油并测定含量,使用高效液相色谱法测定紫苏梗和紫苏子中迷迭香酸含量。【结果】采用生态种植技术,紫苏药材品质达到且优于《中国药典》2020版标准;不同种植环境的收益达9 585.00～10 350.00元/hm²;郁闭度为0.20板栗林下,播种量22.50 kg/hm²,有机菌施肥量1 800.00 kg/hm²的条件下紫苏药材产量高、品质优、收益好。【结论】紫苏林下生态种植模式充分利用山区农村的自然禀赋,在获得可观收益的同时,大幅度降低了劳动力投入,非常适合在山区老龄化农村进行推广。     

白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟

【目的】明确白粉病胁迫对小麦光合特性的影响规律,构建白粉病胁迫下小麦光合生产的模拟模型。【方法】以小麦为试验材料,分别于拔节期和孕穗期进行不同接种程度的小麦白粉病试验,明确白粉病对小麦光合特性的影响规律;在此基础上构建小麦白粉病严重度预测模型,量化白粉病对小麦的生理影响;基于单叶净光合速率(P_n)和叶面积指数(LAI),实现小麦白粉病严重度预测模型与作物生长模型(WheatGrow)的耦合。【结果】白粉病胁迫下,小麦单叶P_n和LAI均呈现下降趋势,与对照(CK)相比分别平均下降18.81%和23.41%,且与初始接种程度相比,发病时期对小麦P_n和LAI的影响更为严重;小麦白粉病田间病情发展具有明显的平缓期、指数爆发期和稳定期,总的来说各处理下小麦白粉病流行的时间动态变化特征符合Logistic函数,基于白粉病胁迫对小麦影响的拟合结果,构建小麦白粉病病害胁迫因子,用以反映白粉病对小麦生理指标影响的胁迫效应;基于WheatGrow模型的光合生产子模型,结合小麦白粉病病害胁迫因子,提出模拟白粉病对小麦叶片P_n