不同增温影响小麦冠层反射光谱特性的研究

为了研究不同增温对小麦冠层反射光谱的影响,在南京信息工程大学农业气象试验站以徐麦31为供试品种,设置了2种不同的大田开放式增温处理:夜间增温2℃(T1)和白天温增2℃(T2),及不增温作对照(CK),研究采用Field Spec Pro FR光谱仪测定了小麦不同生育时期的冠层反射光谱,并研究不同的增温处理对小麦光谱反射特性的影响。结果表明,T2处理下小麦冠层反射光谱反射率在拔节期大于CK,孕穗期、开花期、灌浆期小于CK,其中孕穗期差值为0.1。T1处理情况下小麦冠层光谱反射率在拔节期大于CK,在孕穗期、开花期小于CK,孕穗期二者差值达到0.15,在灌浆期二者差异不明显。另外,在拔节期、孕穗期和开花期的冠层光谱反射率均有T2大于T1,灌浆期后T1大于T2。研究结果对于在不同增温处理的背景下,对小麦冠层光谱进行无损监测的可行性提供理论参考,从而有效监测小麦的生长。     

宁夏灌区春小麦LAI与生长性状和产量的关系

利用宁夏永宁农试站1994—2012年2个品种小麦观测资料,对2个小麦品种的生长性状、产量和产量结构进行方差分析,然后选取2个品种间差异不显著的样本,建立小麦不同发育期叶面积指数(LAI)与株高、密度、产量、穗粒数、结实小穗数及千粒重的关系。结果表明,不同发育期的LAI能反映小麦株高、密度和单位面积结实穗数。抽穗至乳熟阶段的LAI可估测株高,三叶至乳熟阶段的LAI均可监测同期密度,以拔节至乳熟阶段最好。抽穗至乳熟阶段的LAI可估测单位面积有效穗数,以抽穗期效果最好。抽穗至乳熟阶段LAI能较好地反映小麦产量的变化,可利用小麦冠层高光谱测定值构建的植被指数或MODIS植被指数反演LAI,利用LAI与产量的关系估产。如果在小麦不同生育阶段用遥感植被指数估测LAI,就可通过LAI与小麦株高、密度的关系监测小麦长势。抽穗至灌浆前期的LAI相对稳定,利用MODIS植被指数反演的LAI可估测小麦密度、产量和产量结构。     

利用不同方法反演冬小麦叶面积指数研究

基于高光谱数据的叶面积指数监测是快速获取冬小麦叶面积指数的重要方法。为了探究回归方法和高光谱数据变换对冬小麦叶面积指数反演精度的影响,采用逐步回归和偏最小二乘回归方法,分别建立基于冬小麦拔节期冠层高光谱数据、一阶导数光谱数据、二阶导数光谱数据和对数光谱数据的叶面积指数多元线性回归模型。结果显示,导数和对数变换能够提高冬小麦LAI反演精度,以蓝紫光、绿光、红光和近红外波段建立的一阶导数光谱数据逐步回归模型最优,建立回归模型的决定系数R2为0.974,交叉验证的RMSE为0.131,可为冬小麦LAI估算的方法选择和数据处理提供依据和参考。     

基于植被指数的马铃薯叶片氮素含量估算模型

作物氮素状况的有效监测是作物精确施肥和管理调控的信息基础。文章利用AISA-Eagle机载高光谱成像系统获取遥感图像,在对图像进行精确的几何、辐射校正基础上,探索由马铃薯冠层光谱数据组成的植被指数与叶片氮素含量之间的相关关系,建立相应的估算模型,并进行全氮含量填图。实验结果表明：植被指数TCARI/OSAVI与叶片氮素含量的相关性最好,决定系数为0.8404,达极显著相关。将最优的估算模型（y=-24.429x+10.08）应用到整个高光谱遥感图像,得到的全氮含量图的值域和分布与实际测量和地面调查结果基本一致。     

模拟氮沉降对温带阔叶红松林地氮素净矿化量的影响

采用埋置PVC管的树脂芯方法原位测定了不同氮形态及其剂量作用下长白山阔叶红松林地0～7 cm和0～15 cm土壤氮素净氨化、净硝化和净矿化量的季节和年际变化规律.近3年的观测结果表明,对照处理不同土层氮素年净矿化量中以净氨化占主导地位,约占净矿化量的53％～72％,高剂量NO3-N的输入使该比例减少至37％～66％,而NH4-N的输入却使该比例增至86％～92％.随着模拟氮沉降量增加,土壤氮素年净矿化量也随之增加,尤其外源NH+4-N输入对净矿化量的促进作用更为明显,但随着施肥年限的延长,这种促进作用逐渐减弱.与林地0～15 cm土壤相比,氮沉降量增加对0～7 cm土壤氮素净氨化和净矿化量的促进作用更为明显,尤其是NH4Cl处理的促进作用更大.通过将实验结果与前人报道的野外原位观测整合,逐步回归分析后发现土壤氮素年净矿化量随着氮素年沉降量的增加而增大,氮沉降量对不同区域森林土壤氮素年净矿化量的贡献率约为38％;大气氮沉降量、森林有机层pH及其碳/氮比值可解释不同区域森林表层土壤氮素年净矿化量一半的变化.研究结果将利于有效预测区域林地氮素净矿化量特征及其对环境变化的响应.     

基于归一化高光谱位置变量的干叶片生化组分分析

利用实测干叶片生化组分和高光谱反射率数据，提出了基于面积归一化的高光谱位置变量一阶导数极值法提取生化组分的新思路。结果表明：该方法能较好地提取叶片全氮、纤维素、木质素和淀粉含量，尤其是对纤维素、木质素和淀粉含量的反演精度有了提高。研究还表明：该方法在提取全氮、纤维素、木质素含量时，能有效剔除土壤影响，但是在提取淀粉含量时，效果不够理想。     

夏玉米植被指数与叶面积指数的关系研究

利用ASD便携式地物光谱仪和SunScan冠层分析仪实测了陕西杨凌区和扶风县夏玉米关键生育期冠层光谱反射率及叶面积指数(LAI),对归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)和差值植被指数(DVI)与叶面积指数进行了相关性分析,建立了基于三种植被指数的LAI估算模型,并进行精度检验。结果表明:基于抽穗期和蜡熟期NDVI以及灌浆期RVI的LAI估算模型的均方根差和相对误差较低,模拟效果较好。结果对夏玉米生长状况及病虫害监测、产量预测以及田间管理具有参考价值。     

春玉米生长发育、产量和籽粒品质对减量施氮的响应

针对当前东北地区过量施氮的问题,研究减量施氮对春玉米生长发育、产量及籽粒品质的影响,对优化氮肥的科学管理技术,促进春玉米生产绿色高效发展具有重要意义。本研究以丹玉405为试验材料,通过大田播种的方式,以农民习惯性施氮量为对照,设置11.1%、55.5%和100%三个水平减量施氮试验,分析春玉米生长发育、产量和籽粒品质对减量施氮的响应机制。结果表明：玉米苗期,减氮导致生长发育指标（株高、茎粗、叶面积指数、生物量干、鲜重、叶片比重等）均减少,不利于地上部的生长和干物质向叶片分配,随着减氮量的增加,减少幅度增加。苗期以后,适量减氮促进玉米地上部的生长,株高、茎粗、叶面积指数、生物量和叶片占比等生物学性状有增加趋势。适量减氮导致果穗长、果穗粗、百粒重、理论产量、籽粒含水量和淀粉含量增加,籽粒脂肪含量减少,氨基酸和粗蛋白含量呈先增加后减少。随着减氮量的增加,果穗长、果穗粗、百粒重和理论产量增加幅度均减小,籽粒含水量和淀粉含量增加幅度增大,脂肪含量减少幅度减小。减氮11.1%时,果穗长、果穗粗和理论产量增加幅度最大,分别为1.9%、3.7%和11.5%。当施氮量为240 kg·hm^-2（减氮11.1%）时,玉米产量达到最大,为945.4 g·m^-2,籽粒脂肪含量最少,为2.4 g·100 g^-1;氨基酸含量最大,为83.9 μmol·g^-1;粗蛋白含量最高,为6.8%。研究结果可为当地的玉米生产提供更加完善的施肥管理,指导农户科学施肥。     

冻融交替对河岸缓冲带土壤无机氮和土壤微生物量氮的影响

全球气候变化引起的中高纬度地区积雪覆盖和降雪格局变化,造成该区域土壤冻融交替强度和频次变化,是土壤氮循环的重要影响因素。冻融温差和冻融循环次数影响微生物数量和群落的变化,进而影响土壤氮素生物地球化学循环。以大伙房水库实验林场小流域的河岸缓冲带生态系统为研究对象,通过分析冻融交替对河岸缓冲带土壤无机氮和土壤微生物量氮的影响,阐明冻融交替对土壤无机氮含量变化的影响机制,为评估小流域氮素流失风险提供依据。结果表明：随着冻融循环次数的增加,土壤无机氮含量呈增加趋势;不同温差的冻融循环处理对土壤无机氮影响不同,冻融条件为-5/+5℃和-20/+5℃时土壤无机氮含量在冻融循环10次之后分别为34.9±0.9 mg/kg和37.2±0.8 mg/kg,是处理前的1.21和1.41倍;冻融温差和冻融循环次数对土壤NH₄⁺–N含量有极显著影响(P<0.01),土壤冻融10次后土壤NH₄⁺–N含量是对照处理的4-10倍;冻融循环次数对土壤NO₃^－–N含量有显著影响(P<0.05),冻融温差对NO₃^－–N含量无显著影响(P>0.05);土壤微生物量氮含量对冻融循环的响应显著(P<0.01)。可见,冻融交替显著增加了土壤无机氮含量,由于早春季节植被对无机氮吸收较少,可能增大土壤氮素随冰雪融化的淋溶流失风险。     

不同播期冬小麦叶面积指数高光谱遥感监测模型

叶面积指数(Leaf area index,LAI)与植物的光合能力密切相关,是评价作物长势和预测产量的重要农学参数,利用高光谱遥感能够实现农作物LAI快速无损监测。为了建立不同播期条件下冬小麦LAI反演的最佳高光谱监测模型,提高冬小麦LAI估算模型精度,将地面实测冬小麦LAI数据和冠层高光谱数据相结合,对4个播期及4个播期组合模拟的混合播期数据进行分析,选取8种植被指数,通过相关分析、回归分析等统计方法,构建不同播期冬小麦叶面积指数监测模型。结果表明,在4个播期处理和由一个所有播期组合下(即混合播期)建立的LAI光谱监测模型中,播期1和播期4分别以EVI2和mNDVI拟合效果较好,播期2、播期3及混合播期均与NDGI拟合效果最好。不同播期及混合播期的拟合方程决定系数(R~2)分别为0.803,0.823,0.907,0.819和0.798;通过试验田实测LAI与反演LAI数据进行拟合模型验证,均方根误差分别为0.81,0.78,0.63,0.82,0.91。通过分析可知,不同播期的分期监测模型比混合播期统一监测模型的拟合效果更好,精度更高。因此,播期1、播期2、播期3、播期4分别选用植被指数EVI2、NDGI、NDGI、mNDVI建立冬小麦LAI反演模型。该结果可为实现不同播期下冬小麦长势精确监测提供理论依据和技术支撑。     

干旱和复水对羊草碳氮分配的影响

植物的碳氮营养及其相互关系是最重要的基本生物过程之一,阶段性干旱对植物碳氮分配的影响研究甚少。实验以中国北方草原的典型植物羊草为材料,研究不同干旱持续期复水对羊草碳氮含量、分配及其相互关系的影响。结果表明:短期和中期干旱使植株生物量、氮素水平和单株总氮量增加,但长期干旱使之降低。水分处理对碳含量的影响不显著。干旱后复水降低了各器官特别是绿叶的碳氮比。中度持续干旱的氮素利用率(NUE)最高、短期干旱最低。羊草各器官氮素绝对量占整株的百分比从大到小依次为:绿叶、根茎、根、枯叶和茎鞘,其中叶片的氮素总量占植株的一半以上;随着干旱持续期的增加,氮素对根部的投资亦加大。羊草受到适当干旱驯化后复水引发的超补偿作用可促进羊草植株生长、提高氮素水平,并在一定程度上通过碳氮分配的调节作用来适应于阶段性的干旱胁迫。     

气候变暖对土壤化肥用量和肥效影响的实验研究

气候变暖对土壤肥料施用量和肥效有重要影响，通过对土壤分期增施３种水平的尿素实验，测定土壤中速效氮含量的动态变化，研究土壤肥效对温度的反应，结果表明，温度升高，土壤中速效氮释放量增大，释放速度加快，释放周期缩短，在４５０－１１２５ｋｇ／ｈａ施肥水平下，每增温１℃氮释放量平均增加４％，释放周期缩短３．６天，同时，施肥量愈大，速效氮释放也愈大，释放速度愈快，因此，在气候变暖的条件下，需相应增加施肥总量和     

超大穗小麦［84加（9）─3─1］高产栽培技术探讨

通过对超大穗小麦在１９９２—１９９３年进行四因子五水平的二次正交旋转回归组合试验，得出其产量的数学模型，从产量模型可以看出，播种量对产量的影响最大，其次是播种期，施磷、氮量对产量影响相对较小。讨论了产量与播期，播期与播量，播量与施氮量的关系，确定超大穗小麦稳产高产（亩产４２５ｋｇ以上）的农艺措施组合方案：播期１０月６～１２日，播量５．５～７．５ｋｇ／亩，施磷量１１～１５．５ｋｇ／亩，施氮量１４～１９．５ｋｇ／亩。     

基于AOTF成像的马铃薯叶片氮素含量估算研究

利用基于声光可调谐滤波器（Acousto-optic Tunable Filter, AOTF）成像光谱仪获取高光谱数据,探索由马铃薯冠层光谱数据建立的植被指数TCARI/OSAVI与叶片氮素含量之间的相关关系,并建立相应的估算模型。结果表明：植被指数TCARI/OSAVI与马铃薯叶片氮素含量有很强的相关性,决定系数为0.726,达极显著相关。经过实测数据验证,估算模型：y=-8.5937x＋8.8518有较好的可靠性。     

干旱与灌溉处理对冬小麦冠层内光分布的影响

为探讨北方冬麦区节水灌溉的关键时期,借助干旱和灌溉对冬小麦冠层光分布,获取本地化参数,为华北农业干旱预报模型的修正提供依据。采用美国CID公司生产的CI-110型植物冠层分析仪,对干旱和灌溉条件下冬小麦冠层内光分布进行直接测定。结果表明,干旱和灌溉条件下,无论是高氮还是低氮、中氮,平均叶面倾角(MLA)都随生育期的延长呈现出先下降再上升的趋势。高氮和低氮时,随着生育期的延长,干旱处理和灌溉处理的冬小麦散射辐射透过系数(TCDP)都呈现先下降再上升的变化趋势;中氮时,干旱处理和灌溉处理的冬小麦TCDP在开花期和灌浆期都呈现一直上升的趋势。无论高氮还是中氮、低氮,冬小麦直接辐射透过系数(TCRP)的值都随着天顶角角度的增大而减小,冬小麦TCRP的值随着冬小麦生育期的推进,都呈现出先下降、后上升的变化趋势。高、中、低氮3种情况下,干旱和灌溉处理的冬小麦每个生育期均呈现随着天顶角角度的增加,消光系数K也增大;高氮时,多数情况下,冬小麦冠层的消光系数K干旱的大于灌溉的;中氮、低氮时,多数情况下,冬小麦冠层的消光系数K干旱的小于灌溉的。干旱和灌溉对冬小麦冠层光分布的影响:灌溉增加了冬小麦的平均叶面倾角(MLA);干旱和灌溉处理条件下冬小麦的TCDP差异较小,TCDP与MLA变化趋势相似,也都呈现出先下降、再上升的变化规律;干旱和灌溉处理冬小麦TCRP,无论高氮还是中氮、低氮,都随着天顶角角度的增大而减小,在7.5°、22.5°时干旱和灌溉对冬小麦TCRP的影响较大,而在37.5°、52.5°、67.5°时对冬小麦TCRP的值影响很小;每个生育期消光系数K均随着天顶角角度的增加而增大。     

基于MODIS数据的增强型土壤表层水分含量指数模型构造与应用

土壤水分含量对光谱变化的影响和植被冠层的光谱反射率是干旱最重要和最直接的指标.根据水的吸收率光谱变化特征和绿色植物有效光谱响应特征曲线,在前期提出的地表含水量指数(SWCI)的基础上,增加MO-DIS通道1的红光光谱,以增强植被对光谱吸收的变化反应,可应用于大范围且快速的浅层土壤墒情遥感监测.通过与土壤表层水分含量指数(SWCI)对比分析发现,在对浅层(0～30 cm)土壤水分进行监测时,ESWCI比SWCI更为敏感,这将有助于在实时干旱动态监测中更好地提高监测精度.     

根据红光和近红外光谱区的反射率估算马铃薯的光截获量和生物量

1986年马铃薯(Solanum tuberosum L.)的近红外(NIR)和红光(R)波长的辐射率测定值与地表覆盖、光截获量和破坏生长的测定值有关。NIR/R之比和作物地表覆盖之间的关系取决于作物氮(N)的状况,因为施肥可以提高叶片中的叶绿素含量。假定光截获量和地表覆盖之间的关系为1:1,光截获累加值的计算说明与∑NIR/R为曲线关系,施用氮肥则提高曲线的斜率。∑NIR/R值与作物的总干重有关,对施氮肥或不施氮肥的作物分别给出一个二次方程。为了检验这些关系式,回溯预测了1985年几种不同施氮水平的作物生物量。在冠层扩展期间,辐射测量资料过高估计了作物的生长。在冠层封垅后,当使用施氮肥作物的二次方程时,作物干重的测定值和估算值之间的平均差异是非常不显著的(P>0.1),接近于零。本文还讨论了作物生长模拟中使用辐射资料的意义。     

平衡施肥对棉麦套作中小麦生长发育的影响

根据田间区试结果,分析了有机肥与氮磷钾化肥配施对棉麦套作中小麦生物产量和经济产量的构成因素、养分含量及吸收量的影响,结果表明:有机肥与化肥配施能显著提高小麦的生物产量和经济产量,且以中肥最为适宜;增施氮磷钾肥能提高小麦各生育期养分含量和吸收积累量,并且还能增加旗叶的叶面积和叶绿素含量.小麦营养生殖并重时期(拔节至孕穗期),对养分的需求量大,此时土壤中足够的养分,可为小麦高产优质奠定营养基础,此期也是小麦平衡施肥的关键时期.     

双叶模型在冬小麦田冠层CO2通量多层模拟中的应用

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和能量交换的多层模式,在模式中运用双叶模型,同时考虑叶片氮素水平垂直差异,对2008年4—5月华北平原冬小麦生长旺季农田生态系统中冠层CO2通量进行了模拟研究,并利用涡度相关观测的通量数据对模型的有效性加以验证,结果表明:在冠层多层空间,小麦拔节至孕穗期和开花至乳熟期叶片氮含量随冠层高度的衰减系数分别为0.793(R2=0.698)和1.374(R2=0.728),冠层内叶片氮含量的空间分布可以用以相对累积叶面积指数为自变量的函数来描述;模型分别计算各层阴、阳叶的光截取、气孔传导、光合作用等,最终计算冠层上方CO2通量,冬小麦农田净生态系统生产力模拟值与实测值相关显著(R2=0.78),模拟的CO2通量日变化特征晴天昼间比阴雨天和夜间的效果好;在考虑丛聚影响的叶片非随机分布的密集农田中,阴叶对总初始生产力的贡献率在35.7%左右,对生产力贡献很重要。分层统计显示,作物最终产量的形成主要...     

作物蒸散的研究:无水分亏缺条件下大豆田间蒸发与蒸腾的分别计算

分别用茎杆热量平衡和鲍思比法来估算无水分亏缺时的大豆田间的蒸腾(T)和蒸散(ET)。从ET中减去T就直接得到了大豆冠层下土壤蒸发的估算值。T/ET比值的日变化可用一条午间值最低、早晨和傍晚值较高的拋物线来表征。这种变化是由冠层吸收太阳直接辐射的日变程而决定的。结果表明,在土壤水分充足的条件下,大豆生育早期冠层稀疏时的田间蒸发,几乎与生育后期冠层稠密时田间的蒸散量相等。冠层下面的土壤日蒸发量随叶面积指数(LAI)增加而非线性下降。将估算蒸散的Makkink太阳辐射模式和冠层太阳总辐射的传输函数结合起来,形成一个估算冠层蒸腾的简单模式。由此模式估算的蒸腾量随叶面积指数的增加而非线性地增大,这种关系可由叶面积指数的负指数函数很好地逼近。