结合Sentinel-2影像和特征优选模型提取大豆种植区

准确获取大豆的空间分布对于产量估计、灾害预警和农业政策调整具有重要意义,目前针对种植结构复杂地区所开展的大豆遥感识别研究鲜有报道。该研究以安徽省北部平原的典型大豆产区——龙山、青疃镇为研究区,基于Sentinel-2数据提出一种分层逐级提取策略的大豆识别方法。该方法首先构建决策树筛选规则,剔除研究区内非农田地物,获得田间植被的总体分布;然后生成19个候选特征因子,包括分辨率小于等于20 m的10个波段反射率以及9个植被指数。在典型地物类型样本的支持下,将ReliefF特征权重评估算法与随机森林(RandomForest,RF),BP神经网络(Back-Propagation Neural Network,BPNN)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)相结合,分别构建ReliefF-RF、ReliefF-BPNN、ReliefF-SVM三种组合模型筛选出对于大豆识别最有效的特征,并基于布设在研究区内6个样方(大小为1 km×1 km)的无人机影像提取得到的大豆分布来评估3种模型在大豆制图中的表现。结果表明,ReliefF-RF模型表现最佳,基于该模型筛选出7个优选特征因子,大豆制图的总体精度介于85.92%～91.91%,Kappa系数在0.72～0.81之间,各个样方的提取效果均优于其他两种模型。此外,基于优选特征达到的提取精度明显高于原始波段反射率,虽然略低于全部19个特征的结果,但是数据量降低了63.16%。该研究可以为农田景观破碎、种植结构复杂地区的大豆种植区提取相关研究提供有价值的参考和借鉴。     

受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动规律

山区浅层水流深度极浅且移动缓慢,降雨条件下其泥沙输移现象尚不明确。为探明受到降雨影响下的浅水河流均匀沙起动问题,该研究假设雨滴落入河道后会影响到整个水流区,形成雨滴群与水流混合的流体,从孔隙介质流理论入手,假设当降雨存在时床面泥沙颗粒增加了向上的附加力,进一步分析泥沙颗粒的受力情况,推导出层流水流泥沙颗粒起动关系表达式。从含沙水流流速分布规律得到启发,雨滴落入层流水流的状态类似于含沙水流,当降雨存在时层流水流流速分布仍然满足线性关系。利用无降雨泥沙起动经典试验数据,确定了拖曳力系数以及上举力系数,发现两者都是沙粒雷诺数的函数。利用已有研究的降雨实测数据,求出了8种降雨强度(0.254～152.4mm/h)下的雨滴直径分布概率密度表达式(R~2=0.998),进而求出雨滴的平均直径表达式,并给出受降雨影响的层流水流泥沙颗粒起动切应力计算模型。该研究模型表明降雨的存在使得泥沙起动所需的临界摩阻流速减小。通过与已有研究进行对比分析,该研究建立的受降雨影响的浅水泥沙颗粒起动计算公式具有最高的精度,平均误差仅为14.8%,能够为山区水沙灾害防治提供理论支撑。     

生物炭提高花生干物质与养分利用的优势研究

【目的】 以秸秆为原料生产生物炭可用于改良土壤和提高养分利用率,其与秸秆直接还田以及传统的制作堆肥后还田相比是否具有优势需要用试验来验证,本研究可为生物炭的高效利用提供理论依据。 【方法】 以传统猪厩肥和秸秆直接还田为对照,连续进行了8年的花生田间微区 (2 m2) 试验。在氮磷钾总投入量相等的条件下,共设4个处理,分别为秸秆还田 (CS)、猪厩肥 (PMC)、生物炭 (BIO) 和基于生物炭的炭基花生专用肥 (BF),每个处理重复3次,随机区组排列。试验于2016年在花生苗期、开花下针期、结荚期和饱果成熟期进行采样,测定植株茎叶、根和荚果的干物质和氮磷钾养分积累量,并计算对应的分配情况,探讨其对花生产量的影响。 【结果】 生物炭处理的花生产量显著高于其它处理,达到7231.7 kg/hm2;生物炭复合肥和猪厩肥处理则相对较低,分别是生物炭处理的82.4%和83.8%,秸秆处理产量最低,为5623.9 kg/hm2。猪厩肥处理的出仁率显著高于其它处理。生育前期各处理的干物质和养分主要在茎叶中积累,从结荚期开始逐渐向荚果中转移。与对照处理相比,复合肥处理的干物质和氮磷钾养分整株积累量在各时期均较高,尤其在结荚期以前保持了良好的荚果干物质和养分分配系数;生物炭处理则至饱果成熟期时呈现出明显优势,干物质积累量达到6295.0 kg/hm2,分别高出专用肥、秸秆和猪厩肥处理43.1%、36.1%和50.8%,茎叶分配比例高达34.5%,氮、磷、钾积累量持续增长至236.4 kg/hm2、 21.7 kg/hm2、77.8 kg/hm2,显著高于其它处理,但此时期荚果的氮、钾分配系数仅有0.83和0.52,低于对照处理(CS、PMC处理) 0.02～0.03和0.15～0.21。 【结论】 在氮磷钾养分投入量相等、不考虑有机碳投入量的前提下,施用生物炭、炭基复合肥和猪厩肥效果均显著好于秸秆直接还田;生物炭可显著提高花生整株的干物质量和氮磷钾积累量,特别是提高生育后期的干物质和养分分配量,促进产量的提高,对花生高产增效有良好的促进作用;炭基复合肥在花生进入结荚期后,对花生干物质及养分积累分配的促进作用减弱,效果与施用猪厩肥相当。因此,在本试验条件下,生物炭直接施用具有维持其养分长期稳定释放,提高花生产量和肥料养分利用率的作用。      

基于HJ-CCD数据的水稻洪涝灾情诊断分析及长势监测

It has great significance to study quick monitoring of rice flood disaster and applying timely remedial measures in the disaster area.LAI is a very important physiological parameter in crop growth characterization index, which can reflect the crop growing information objectively.The existing methods of flood monitoring using remote sensing technology rarely consider the damage and the post disaster growth of rice.The HJ-CCD data take advantage of high temporal resolution and high spatial resolution remote sensing image, which can be used for gathering rice growing information during the critical period.The growth situation after rice flood disaster in Anhui Province was monitored using 3 screens HJ-CCD data as the data source on 16th July, 19th August, 26th August, 2009, respectively.The semi-empirical function model based on Beer-Lambert laws was constructed for this inversion LAI.And LAI were acquired in each stage after flood disaster, the trend of growth diagnosis dynamic change was analyzed and assessed by rice flood disaster evaluation indicator.At the same time, the 40 field investigate data were used to verify the model and the R2=0.4251, RMSE=2.053.The results show that LAI can be well evaluated the degree of rice flood disaster growth based on HJ-CCD data, and it is effective for monitoring and diagnosing rice flood disaster.The results provide a theoretical basis for rice flood disaster research, post disaster rehabilitation and recovery, and provide a theoretical basis for the implementation of targeted remedial measures at the same time.     

化控剂对冬小麦茎秆抗倒性能、植株整齐度及产量的影响

2008/2009、2009/2010年度两个冬小麦生长季分别在田间设置3个化控处理试验,于冬小麦起身期（3月1日前后）进行喷雾处理,处理1喷多效唑（PP333,15%粉剂）、处理2喷矮壮素（CCC,50%水剂）,用量分别为600g·hm-2和1000mL·hm-2,处理3将多效唑和矮壮素浓度减半并复配后进行喷施（P+C）,以喷清水为对照（CK）,于乳熟期对不同处理小麦的株高、重心高度、基部第二节间长度、直径、厚度、充实度和机械强度及小麦基部第二节间的木质素含量、纤维素含量、含氮量和碳氮比（C/N）进行观测,于成熟期调查各小区实际倒伏面积,计算抗倒指数和倒伏率,通过考种分析小麦产量和植株整齐度的关系。结果表明：在控制株高、基部第2节间长度和重心高度以及增加基部第2节间直径、厚度、充实度和机械强度方面,P+C处理最优,其次为PP333和CCC处理。在反映基部第2节间抗倒性能的生化指标如纤维素含量、木质素含量、C/N和含氮量指标方面,也以P+C最优,PP333次之,CCC较差。在抗倒伏方面,P+C处理的抗倒指数最高,田间未出现倒伏现象,其次为PP333处理,田间亦未出现倒伏,CCC抗倒指数最低,2008/2009和2009/2010年度两个小麦生长季田间倒伏率分别达到11.3%和6.7%。在大田长势均匀度方面,P+C处理的作用最强,显著高于CK,其次为PP333,CCC略差。在产量方面看,也表现出同样的规律,而且各处理小麦株高、穗长、每穗小穗数、穗重整齐度与产量间均呈极显著正相关关系。说明多效唑与矮壮素配合施用处理可显著提高大田小麦的长势均匀度并进而提高产量。     

控释尿素、稳定性尿素和配施菌剂尿素提高双季稻产量和氮素利用率的效应比较

【目的】中国是最大的水稻生产和消费国,氮肥是保证水稻高产的关键,水稻种植中氮素利用率偏低一直是亟待解决的问题,包膜、添加硝化抑制剂和菌剂等为其提供了可行的解决手段。本文以新型尿素为研究对象,进行四季水稻的连续试验,从作物生长、产量构成和氮素利用方面做出综合评价,为其在水稻种植上的推广提供科学依据。【方法】2012和2013年在湖北荆州(江汉平原代表站点),进行两年大田试验设置了五种氮肥处理:常规尿素(CK)、树脂包膜控释尿素(CRU)、碧晶尿素(NU)(含氯甲基吡啶)、硝化抑制剂DMPP(3,4-二甲基吡唑磷酸盐)(DMPP)、有效微生物菌剂(EM),跟踪观测不同尿素对双季稻生长性状(株高、茎蘖数、穗数、叶绿素)、产量要素(穗粒数、结实率、千粒重、秸秆产量、籽粒产量)以及氮素利用率(吸收利用率、农学利用率、生理利用率)的影响,分析新型氮肥的增产效益及氮素利用率。【结果】新型氮肥能促进水稻植株的增高、叶绿素含量的提升,增加茎蘖数、成穗数和穗粒数,并提高结实率和千粒重,最终促进秸秆和籽粒产量的增长。CRU处理增产最为明显和稳定,早晚稻相比CK处理平均增产达18%(P0.05),而DMPP、NU和EM处理早稻增产不明显,晚稻增产14%(P0.05),晚稻增产效益优于早稻。新型氮肥能有效提高氮素吸收利用率,以CRU最高,两年平均氮素利用率为53%,NU次之(为47%),CK最低(仅为35%);随着菌剂不断施入,EM处理氮素利用率逐季增高,在2013年晚稻为55%,与CK达到极显著差异(P0.01)。新型氮肥处理的农学利用率不同程度高于CK,其中CRU处理最高,在2013年达到差异极显著(P0.01)。新型氮肥处理的生理利用率2012年均低于CK,2013年仅DMPP处理高于CK,但差异不显著。【结论】与普通尿素相比,控释尿素、稳定尿素和配施微生物菌剂均能促进植株生长、提高氮素利用率,其效果以包膜控释尿素最好也最稳定,添加硝化抑制剂的稳定肥料次之,与菌剂配施作用需进一步验证。     

用低场核磁共振检测水稻浸种过程中种子水分的相态及分布特征

为研究水稻浸种过程中种子的水分相态及其分布特征,利用低场核磁共振快速、无损、准确的检测技术,通过硬脉冲回波序列CPMG(carr-purcell-meiboom-gill sequence)测量水稻种子横向弛豫时间T2,根据横向弛豫时间T2的差异区分种子内部的水分相态及其变化规律。试验结果表明:通过T2反演谱横向弛豫时间T2长短的差异,发现水稻浸种过程中种子内部水分存在结合水、自由水2种水分状态,同时可区分出内层水、中层水、外层水3种水分分层;二者均能通过回归方程合理的估测水稻在浸种过程中种子的吸水率情况;通过T2反演谱信号幅值大小的差异,发现水稻浸种过程中的种子总水含量不断上升,但由于判定依据及划分方式的不同,二者在水分的流动方式上略显差异。低场核磁共振技术对水稻浸种过程中种子内部的水分变化进行了直观的揭示,提供了一种高效的种子水分检测方法。     

基于地形校正的植被净初级生产力遥感模拟及分析

植被净初级生产力（NPP）模拟研究对碳平衡监测及深入理解碳循环具有重要意义。高空间分辨率、短重访周期的遥感数据和地形校正成为精准模拟山区植被NPP研究的必然选择。在利用DEM数据对太阳总辐射和气温进行地形校正的基础上,估算了研究区植被吸收光合有效辐射因子、温度胁迫因子、水分胁迫因子和典型植被类型的最大光能利用率,构建了改进的CASABTC估算模型,利用HJ-1CCD数据模拟了2009年大别山区植被的NPP,并探讨了其时空变化特征。结果表明：1）由该文模拟值与MOD17A3的精度验证结果分析,基于地形校正的CASABTC模型和HJ-1数据适合精确模拟山区植被的NPP;研究区NPP在冬季比在春、秋、夏季受地形起伏的影响大。2）该文模拟的年NPP平均值为413.7 g/(m2·a)比MOD17A3平均值偏小4.9%,在空间分布上前者更加详细,地表特征更明显。3）研究区2009年NPP模拟值范围为0～1143.6 g/(m2·a),研究区总面积66.1％的NPP值在200～600 g/(m2·a)之间;年总NPP为9.891×106t,约占全国年总NPP的3.2‰,整体上呈现高、低值区交错分布的不规则特点。4）月NPP值随季节而变化,所有植被类型的NPP季节变化曲线都呈典型的单峰分布,且不同植被类型NPP的季节变化幅度有差别。月NPP值的季节变化与气温、太阳总辐射及NDVI的季节变化基本吻合,而降水量年内分配不均与NPP无相关性特点。5）各植被类型的月NPP和总NPP随海拔高度上升而逐渐变大,对于后者当海拔高度上升至1100 m时达到最大值,继续上升,其保持在600 g/m2左右不变。该研究可为后续基于HJ-1数据的山区植被NPP模拟提供参考。     

秸秆促腐还田对土壤养分及活性有机碳的影响

通过2年的小麦-玉米轮作田间定位试验,设置5个处理：不施肥（CK）、单施化肥（F）、化肥 秸秆（FS）、化肥 秸秆 腐秆剂（FSD）、磷钾肥减施20%（按P2O5和K2O计,与F比较） 秸秆 腐秆剂（F4/5SD）,通过分析作物收获后土壤耕层养分、活性有机碳和微生物生物量碳含量,计算土壤不同形态碳素有效率和碳库管理指数等,探讨秸秆促腐还田对沿淮砂姜黑土土壤养分和活性有机碳的影响。结果表明：1）与单施化肥处理相比,常规秸秆还田处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加了13.0%、4.6%和10.7%,土壤活性有机碳有效率增加12.0%和11.1%,土壤碳库管理指数提高了30.6%;2）秸秆促腐还田处理土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别增加了17.4%、40.5%和12.4%,土壤活性有机碳、活性有机碳有效率和可溶性有机碳分别增加了12.0%、9.5%和51.3%,土壤碳库管理指数提高了102.3%;3）土壤碳库管理指数与土壤养分含量、土壤碳素有效率等的相关性较土壤总有机碳含量有显著提高。可见,秸秆促腐还田较常规秸秆还田更利于提高沿淮砂姜黑土土壤养分含量、有机碳中活性组分含量及其有效率和土壤碳库管理指数;即使减施磷、钾肥20%,该措施的增肥和培土效果也不会明显下降。     

灌水量和时期对不同品种冬小麦产量和耗水特性的影响

为明确品种更替过程中冬小麦的耗水特性、产量和水分利用效率(WUE)的变化规律,以及对水分胁迫的响应,于2010-2012两个生长季选取河南中北部建国以来不同年代的7个主栽品种为试验材料,在田间设置三个水分处理下(W0,返青后不灌水;W1,拔节期灌水;W2,拔节和灌浆期分别灌水),研究了冬小麦的耗水特性、产量构成因素、收获指数和水分利用效率的变化过程。研究结果表明:在冬小麦更替过程中,冬小麦总耗水和土壤贮水消耗与年代差异不显著,而受降雨和灌溉影响较大。从20世纪50年代至现在,90年代及以后的冬小麦品种千粒重在41g以上,明显高于早期品种。两年生长季冬小麦籽粒产量增加58.4%和41.8%,平均每次更替增加396和362kg/hm2;收获指数增加37.0%和18.0%,平均每次更替增加0.2和0.1;WUE增加55.3%和40.8%,平均每次更替增加0.11和0.10kg/m3。现代品种源、库关系得到改善,千粒重大幅度增加和收获指数增加是籽粒产量提高的主要原因。籽粒产量和WUE由品种和水分互作效应决定,在拔节期和灌浆期灌水可明显提高籽粒产量水平,并在一定程度上提高了水分利用效率。