空间自相关性对冬小麦种植面积空间抽样效率的影响

空间抽样是实现区域农作物面积高效估算的重要手段,农作物分布受自然条件等因素影响普遍存在空间自相关性,但以往针对空间相关性对农作物面积抽样效率的影响研究明显不足。该研究选取安徽省凤台县为研究区,通过2017年4月4景GF-1全色多光谱影像(Panchromatic and Multispectral, PMS)与Google Earth高空间分辨率影像相结合提取研究区冬小麦。设计10种抽样单元尺度、3种抽样外推方法、2种相对允许误差和5种样本布局方式,构建多种冬小麦面积空间抽样方案。利用全局莫兰指数(global Moran’s index)评价不种尺度下抽样单元内冬小麦面积比的空间自相关强度,分析空间自相关性对冬小麦面积抽样效率(抽样误差、样本容量和空间布局)的影响。研究结果表明,抽样单元内冬小麦面积比的空间自相关强度随单元尺度的增大而减小,全局莫兰指数相应地由0.75降至0.50。无论在何种尺度下抽样单元内冬小麦面积比都呈显著的空间正相关性;抽样外推冬小麦面积总体的误差随空间自相关强度的减小呈先减小后明显增大的趋势。在10种抽样单元尺度中,当抽样单元尺度为2000m且抽样比为5%时,无论采用何种抽样方法外推总体的误差均为最小(简单随机抽样、系统和分层抽样外推总体的相对误差分别为17.94%、9.48%和1.82%);当相对允许误差设计为5%时,简单随机抽样外推总体所需样本容量随空间自相关强度的降低从660降至56。而分层抽样的样本容量不受空间自相关性的影响;5种样本布局方式中,采用分层随机抽样方式外推冬小麦面积总体的平均相对误差、平均变异系数和均方根误差最小,分别为1.82%、3.19%和0.11×108 m2。该研究可为有空间自相关存在下的农作物面积空间抽样方案合理设计提供参考依据。     

NDVI时序相似性对冬小麦种植面积总量控制的制图精度影响

遥感技术获取的区域作物面积与作物面积统计数据间常常存在不一致的问题,这在一定程度上影响了作物分布遥感制图信息的应用。为获得与作物面积统计数据一致的高精度作物分布遥感制图信息,该研究以河北省衡水市武邑县为研究区,以时序Sentinel-2遥感影像生成的归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)为研究数据,将冬小麦面积目视解译数据作为遥感提取的区域冬小麦面积总量参考,提出基于复合型混合演化算法(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona, SCE-UA)和区域作物种植面积总量控制的NDVI时序相似性阈值优化冬小麦分布制图方法,并进行精度验证。在此基础上,进一步开展不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取精度对比研究。结果表明,利用全生育期NDVI时序相似性获得的冬小麦分布制图结果总量精度达99.99%以上,总体精度达98.08%,Kappa系数为0.96,可以保证遥感提取的区域冬小麦面积与冬小麦种植面积总量控制参考间的高度一致性且能获得较高的作物遥感识别精度。从不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取结果可知,利用出苗期-分蘖期、返青期-拔节期的NDVI时序可获得高精度冬小麦分布提取结果,而利用抽穗期-成熟期的NDVI时序数据提取冬小麦结果则精度较低,且综合不同生育阶段NDVI时序数据有利于冬小麦制图精度的提高。该研究可为高精度冬小麦分布提取和制图技术及其方案优化提供一定参考依据,也可为遥感数据和作物面积统计数据融合的大范围农作物分布遥感制图及统计数据空间化提供一定技术方法参考和思路借鉴。     

华北平原不同等级干旱对冬小麦产量的影响

华北平原是中国重要的粮食生产基地,其中冬小麦播种面积和产量均居中国首位,在国家粮食安全中具有重要作用,干旱是影响该区域冬小麦产量的最主要农业气象灾害。该研究基于华北平原44个气象站点1981—2017年的逐日气象数据以及作物、土壤和田间管理资料,以作物水分亏缺指数为农业干旱指标,基于调参验证后的农业生产系统模型(Agricultural Production Systems Simulater,APSIM),评估了冬小麦生长发育中后期各生育阶段不同等级干旱对冬小麦单产和总产的影响。结果表明,冬小麦拔节-开花和开花-成熟阶段干旱造成冬小麦减产率空间上均呈北高南低的分布特征,且开花-成熟阶段干旱引起的减产率(26.8%)高于拔节-开花阶段干旱引起的减产率(19.1%),区域间比较均表现为干旱对京津冀地区冬小麦单产影响最大,对河南省冬小麦单产影响最小;随着干旱等级的加重减产率增大,开花-成熟阶段轻旱、中旱和重旱的减产率分别为16.5%、32.8%和44.9%,拔节-开花阶段轻旱、中旱和重旱的减产率分别为10.3%、18.8%和28.6%。结合冬小麦实际播种面积得到各生育阶段干旱对总产的影响,区域间比较均表现为干旱对山东省冬小麦总产影响最大,对河南省冬小麦总产影响最小。     

喷灌均匀性和灌水量对冬小麦冠层下水量分配的影响

为研究冬小麦冠层对喷灌水量的再分配规律,探讨不同灌水量下喷灌均匀性对土壤含水率空间分布、冬小麦生长状况及产量的影响,于2020-2021年在常州市金坛区开展了冬小麦田间喷灌试验。该试验依据作物需水量设置3个灌水量（充分灌溉、2/3需水量、1/3需水量）处理和2个喷灌均匀性（高：75%、低：55%）处理,通过冠层上、下雨量筒和自制的茎流收集器测量喷灌水量分布,并对喷灌后的土壤含水率（Soil Water Content,SWC）、冬小麦生长状况及产量的空间分布进行了监测。结果表明,冠层上喷灌均匀性比冠层下高约1.5%。喷灌水经冬小麦冠层再分配后所形成的棵间穿透流量、茎秆流量以及冠下喷灌损失分别占冠层上部水量的56.0%～73.9%、25.0%～37.0%和2.5%～12.7%。冠下穿透流率和茎秆流率与冬小麦的冠层特征（叶面积指数、株高）极显著相关（P<0.01）,而受喷灌均匀性和灌水量的影响较小。茎秆流率变异系数高于穿透流率变异系数。喷灌后24 h,0～20 cm深度土壤水分的变化与冬小麦产量及产量变异系数显著相关（P<0.05）。低喷灌均匀性会导致区域性缺水（SWC<65%田间持水量）,引发小范围减产,产量变异系数增大,减少灌水量则会加剧这一现象,冬小麦显著减产,灌水量对产量的影响占主导作用。该研究可为冬小麦的喷灌设计提供理论依据。     

安徽沿江地区油麦后直播棉的品种选用策略

在目前安徽沿江地区不能实现棉花机采的情况下,提出了"植株高度既适于机采也适于人工采收,含絮力适中(不易落花便于集中采收),生育期适中(播种到采收为180天左右),纤维品质及产量性状较优(纤维长度30.0 mm以上,断裂比强度30.0 cN/tex以上,马克隆值5.0以下,籽棉产量3750 kg/hm2以上,衣分在40％...     

基于RapidSCAN CS-45的新疆滴灌冬小麦氮肥推荐研究

为给滴灌小麦氮营养状况实时评估和氮肥合理施用提供参考,通过2年田间定位试验,以当地主栽品种新冬22号为试验材料,设置5个施氮水平(0、120、240、360、480 kg· hm-2),利用主动式光谱仪RapidScan CS-45获取各生育时期冠层归一化植被指数(NDVI)和归一化红边植被指数(NDRE),分析其与滴...     

土壤干旱对两品种小麦根际土壤微生物群落组成和酶活性的影响

采用双因素随机试验,在小麦孕穗期、灌浆期和成熟期研究了土壤干旱对两品种小麦根际土壤微生物丰度、多样性及4种酶活性(蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶和脱氢酶)的影响。试验设4个处理,即分别在土壤干旱和正常水分下种植小麦"矮抗58"(P1)和"泛麦8号"(P2)。结果表明:与正常水分处理(种植P1和P2)相比,孕穗期,土壤干旱处理下小麦P1和P2根际土中普通细菌、革兰氏阴性细菌的丰度显著降低了11.3%和6.9%、8.4%和8.2%;灌浆期,干旱处理下小麦P1和P2根际土中丛枝菌根真菌的丰度明显下降了34.3%和21.8%;成熟期,干旱处理下小麦P1和P2根际土中革兰氏阳性细菌、真菌的丰度显著降低30.9%和8.6%、34.1%和17.3%。土壤干旱对微生物多样性无显著影响,却显著降低了孕穗期和灌浆期的碱性磷酸酶、脱氢酶活性和灌浆期的蔗糖酶活性,提高了成熟期的蔗糖酶活性。"矮抗58"比"泛麦8号"根际微生物多样性更高,但孕穗期其蔗糖酶活性更低。干旱与品种的交互作用对微生物各类群的丰度、多样性和4种酶活性的影响均不显著。综上,土壤干旱主要抑制微生物丰度,而品种间根际微生物多样性差异明显,干旱和品种均...     

麦季农田流失养分植物拦截技术体系研究

本研究在农田排水沟渠末端增设农田生态塘,对麦季农田流失水体进行贮留,并通过在生态塘配置养分拦截植物进行养分富集研究,旨在为减轻我国农业面源污染提供技术支撑。小麦季农田设置农民习惯施肥（NN）和优化施肥（EN） 2个施肥水平;生态塘种植水芹菜和黑麦草2种拦截植物。结果表明：试验年度麦季农田共发生8次地表径流,麦季农田总地表径流水量为1 119.0 m³·hm^-2。NN处理农田地表径流水体总N、总P、总K流失量分别为4.5、0.5、4.0 kg·hm^-2,采用优化施肥能够减少农田地表径流养分流失量,EN处理总N、总P、总K流失量分别为3.9、0.4、3.8 kg·hm^-2。本研究灌排单元农田面积为5.2 hm²,小麦季其农田地表径流水体总N、总P、总K流失量分别为23.3、2.4、20.8 kg,生态塘中水芹菜和黑麦草拦截农田N、P、K流失量分别为18.0、1.9、22.0 kg,植物养分拦截量占本灌排单元农田地表径流水体养分流失的77.3%、79.2%、105.8%。经折算,生态塘与农田的面积比例以1∶43~50为宜。研究表明,在太湖地区小麦田排水沟渠末端设置生态塘,并配置水芹菜和黑麦草2种养分富集植物,可拦截麦田地表径流氮磷养分超75%,有效减轻农业面源污染。     

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。     

Phenotypic variations of wheat cultivars from the North China Plain in response to cadmium stress and associated single nucleotide polymorphisms identified by a genome-wide association study

Understanding the genetic mechanisms for cadmium(Cd) uptake and translocation in common wheat(Triticum aestivum) is of significance in food Cd contamination control. In this study, a diverse panel of 132 wheat cultivars was collected from the North China Plain. The cultivars were evaluated in terms of their phenotypic variations in response to Cd stress and subjected to a genome-wide association study(GWAS) to identify single nucleotide polymorphisms(SNPs) associated with the phenotypic variatio...