施钾对夏花生产量、品质及光温生理特性的影响

【目的】探究不同施钾水平对夏花生产量、品质及生育期钾素积累动态、光温生理特性和根系形态的影响,为花生合理施钾提供科学依据。【方法】2021—2022年在河南省温县进行钾肥用量田间试验,供试品种为豫花22,设施钾量0(K0)、45 kg·hm^(-2)(K45)、90 kg·hm^(-2)(K90)、135 kg·hm^(-2)(K135)和180 kg·hm^(-2)(K180)5个处理,于成熟期测定夏花生荚果产量和品质,并分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期测定叶片SPAD值、冠层光合有效辐射和冠层温度,分析植株钾积累量和根系形态。【结果】随施钾量增加,两年度花生荚果产量可分别用“线性+平台”和“一元二次方程”拟合,适宜施钾量分别为164和135 kg·hm^(-2),施钾处理平均增产17%。成熟期籽粒粗蛋白、含油量和氨基酸含量均随施钾量增加呈先升高后趋于稳定趋势。与不施钾相比,施钾处理籽粒粗蛋白、含油量和氨基酸含量两年度平均增幅分别为7.85%、3.98%和13.97%,效果显著。运用Logistic方程对夏花生钾素积累量进行非线性回归拟合,得出施钾主要提高了花生钾素最大积累速率(Vmax)和平均积累速率(Vmean),推迟吸收峰值的出现(Tmax),延长快速积累期(Δt)与活跃积累期(Taas),促进夏花生持续快速生长发育。此外,各生育时期冠层最高温、最低温与平均温度均随施钾量的增加显著降低;施钾135 kg·hm^(-2)可显著增加花生叶片SPAD值与冠层光合有效辐射量(APAR)和分量(FPAR),并对根系形态具有积极影响。【结论】合理施钾可显著提高夏花生产量、改善品质、促进钾素积累利用并显著改善生育期光温生理性能。本试验条件下夏花生推荐施钾量为135—160 kg·hm^(-2)。

施氮对夏花生产量、品质及光温生理特性的影响

氮肥不合理施用在导致资源浪费的同时,还会影响花生正常生长发育和产量品质的形成。探究不同施氮量对夏花生产量、品质及氮素积累动态、光温生理特性和根系形态影响效应,可以为花生高效科学施用氮肥提供依据。本研究在2021—2022年于河南省焦作市温县布置氮肥用量田间试验,供试品种为‘豫花22’,设0 kg·hm^(−2)、45 kg·hm^(−2)、90 kg·hm^(−2)、135 kg·hm^(−2)和180 kg·hm^(−2)5个氮肥用量处理,于成熟期测定夏花生荚果产量和品质指标,并分别于苗期、花针期、结荚期、饱果期测定叶片叶绿素相对含量值(SPAD值)、冠层光合有效辐射和冠层温度,采集植株样品分析植株氮积累量和根系形态。结果表明,随施氮量增加,两年花生荚果产量均呈“线性+平台”趋势变化,适宜施氮量分别为150 kg·hm^(−2)和113 kg·hm^(−2),施氮处理两年平均增产18.86%。成熟期籽粒粗蛋白、含油量和总氨基酸含量均随施氮量增加呈“先升高后趋于稳定”的趋势变化。与不施氮相比,施氮处理籽粒粗蛋白、含油量和总氨基酸含量两年平均增幅分别为7.51%、3.10%和10.08%,效果显著。通过Logistic生长曲线回归拟合,得出施氮处理通过提高花生氮素最大积累速率和平均积累速率,加速快速积累期与吸收峰值的出现,进而提高花生氮素最大积累量;适量施氮提高各部位氮素吸收积累量,促进氮素向荚果中分配。各生育期冠层最高温度、最低温度与平均温度均随施氮量的增加呈先降低后增加的趋势;花生叶片SPAD值与冠层吸收性光合有效辐射量和分量在施氮量为135 kg·hm^(−2)时显著增加,施氮后花生各生育期根系总长、总表面积、总体积和根平均直径分别增加41.03%、22.36%、38.71%和12.19%。氮肥利用率在施氮量为135 kg·hm^(−2)时最大,氮肥农学效率和氮肥偏生产力随施氮量的增加逐渐降低。合理施氮可显著提高夏花生产量、改善品质、促进氮素积累利用并显著改善生育期光温生理性能。本试验条件下夏花生推荐施氮量为110~150 kg·hm^(−2)。

施钾对夏玉米产量、钾素积累动态及光温生理特性的影响

为给夏玉米科学施钾提供参考依据,2021—2022年在河南省温县开展钾肥用量田间试验,以‘隆玉369’为试验材料,研究0 kg∙hm^(−2)(K0)、40 kg∙hm^(−2)(K40)、80 kg∙hm^(−2)(K80)、120 kg∙hm^(−2)(K120)和160 kg∙hm^(−2)(K160)5个钾(K2O)肥用量对夏玉米株高、叶面积、叶片SPAD值、冠层光合有效辐射、冠层温度和抗氧化酶活性等理化指标及钾素利用效率的影响。结果表明:2021年和2022年施钾处理分别增产4.9%~6.6%和7.4%~9.6%,且产量增幅随钾肥用量增加呈“先升高后趋于稳定”趋势,最佳施钾量分别为80 kg·hm^(−2)和87 kg·hm^(−2)。施钾可提升夏玉米株高、叶面积和叶片SPAD值,促进夏玉米生长发育和干物质积累。Logistic方程拟合表明,钾素吸收总量与最大积累速率以K80、K120最佳,分别较K0提高22.5%、28.3%与29.2%、37.5%,此外,最大速率出现时间缩短3~4 d。进一步研究表明,施钾(K2O)量为80~120 kg·hm^(−2)可有效增强夏玉米群体光合有效辐射分量,降低冠层温度,提升超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性。综上所述,施钾可提高夏玉米产量,促进夏玉米生长发育和钾素吸收利用,增强各生育期光温生理特性和抗氧化酶活性,豫北夏玉米适宜施钾(K2O)量为80~120 kg·hm^(−2)。

镉与聚苯乙烯微塑料复合胁迫对小油菜生长发育、生理特征及冠层温度影响效应研究

为明晰镉(Cd)与聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)复合胁迫对小油菜生长发育、生理特征、冠层温度的影响效应及内在机制,采用室内水培实验,以小油菜(Brassica chinensis)为供试植物,系统研究Cd与2种粒径(100和1000 nm)PS-MPs复合胁迫对小油菜生长发育、光合色素、抗氧化酶活性、营养品质、解剖结构、冠层群体温度以及Cd吸收转运特性的影响。结果表明,单一Cd及PS-MPs胁迫均显著抑制小油菜生长发育和光合生理过程,其表型指标及光合色素等均随Cd与PS-MPs浓度增加而显著降低。Cd与PS-MPs胁迫显著增强了小油菜氧化应激反应能力,降低了小油菜叶片维生素、可溶性糖和可溶性蛋白含量等品质指标,缩小了小油菜叶片厚度、海绵组织厚度和栅栏组织厚度,显著提升了小油菜植株冠层群体温度。Cd与PS-MPs复合胁迫下低浓度PS-MPs(1 mg·L^(-1))可有效缓解其Cd胁迫抑制效应。随PS-MPs浓度升高(20 mg·L^(-1)),其对小油菜植株生理特征的影响则与Cd胁迫呈协同叠加抑制趋势变化。Cd与PS-MPs复合胁迫对小油菜生长发育及生理特征的影响总体上表现为“低促高抑”的变化趋势。研究结果可为农田土壤Cd及PS-MPs污染生态风险评价提供理论支撑与参考。

聚乙烯微塑料对冬小麦生长及土壤酶活性影响

【目的】探究聚乙烯微塑料(polyethylene microplastics,PE-MPs)对冬小麦生长、生理及土壤酶活性影响效应,为揭示冬小麦对PE-MPs污染的生理生态响应机制提供参考。【方法】采用盆栽试验,研究不同粒径(10、500μm)和质量分数(0%、0.1%、0.5%、1.0%和5.0%)PE-MPs对冬小麦(播种后60、90、120 d)生长发育、光合生理、抗氧化酶活性、叶片解剖结构、冠层温度和土壤酶活性的影响。【结果】冬小麦生长发育和光合生理等指标受PE-MPs影响显著。冬小麦株高、叶面积、叶鲜质量和根鲜质量等农艺指标及叶绿素a(Chl-a)、叶绿素b(Chl-b)、叶绿素a+b(Chl-a+b)含量和光合特性整体呈先升高(PE-MPs质量分数0.1%~0.5%)后降低(PE-MPs质量分数1.0%~5.0%)趋势。同时,PE-MPs显著提高了冬小麦抗氧化酶活性,叶片超氧化物歧化酶(super oxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性均在PE-MPs质量分数0.5%时达到最高,而后逐步下降。PE-MPs质量分数0.1%~0.5%时提高了叶片厚度,增加了植株冠层群体温度。此外,土壤脲酶(soil urease,S-URE)、酸性磷酸酶(soilacid phosphatase,S-ACP)和脱氢酶(soil dehydrogenase,S-DHA)活性受PE-MPs影响显著,3种酶活性整体均在PE-MPs质量分数0.5%~1.0%处理下达最大值。【结论】PE-MPs对冬小麦生长发育、理化特性及土壤酶活性影响效应整体呈低促(0.1%~0.5%)高抑(1.0%~5.0%)趋势变化,高质量分数PE-MPs具有明显的抑制作用和毒性损伤。

夏玉米施磷位置的产量效应及磷素利用效率

【目的】明确夏玉米磷肥正位穴施的产量效应及磷肥利用效率,为夏玉米科学施磷提供依据。【方法】于2020—2021年在河南省原阳县和鹤壁市开展田间试验,供试夏玉米品种为‘浚单1618’,研究了不施磷肥、开沟条施、株间穴施和正位穴施对夏玉米产量、养分吸收利用及磷肥利用效率的影响。【结果】夏玉米不同施磷位置增产8.64%~26.18%。原阳和鹤壁两地均以正位穴施产量最高,平均产量分别为8506和10583 kg·hm^(-2),平均增产21.30%和18.00%;与开沟条施相比,正位穴施夏玉米产量分别平均提高9.27%和7.26%,成熟期地上部生物量平均提高18.08%和8.25%,地上部磷素积累量平均增加9.43%和9.11%;正位穴施磷肥利用率平均为27.20%和26.64%,农学效率平均为24.90和26.90 kg·kg^(-1),较开沟条施分别增加5.78、5.68个百分点和12.03、11.94 kg·kg^(-1)。【结论】正位穴施磷肥能够提高夏玉米植株地上部生物量和籽粒产量,在夏玉米增产、促进植株磷素吸收、提高磷肥利用效率方面优于株间穴施,可作为夏玉米高产高效施磷技术应用。

氮肥和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响

探究施氮量和播种量互作对冬小麦产量、生长发育和生态场特性的影响,利用生态场理论揭示不同小麦群体竞争力差异及其与产量的关系,明确冬小麦适宜的氮肥用量和播种量,为冬小麦高产高效生产提供依据。2020年10月至2022年6月于河南省温县设置冬小麦氮肥用量和播种量双因素交互田间试验,研究了施氮量(0、90、180、270、360 kg N hm^(–2))和播种量(135、180、225、270 kg hm^(–2))对冬小麦籽粒产量、氮积累量等的影响,测定小麦株高、冠幅和单株分蘖等生长发育指标,计算个体生态势和群体生态场并分析其与产量间关系。结果表明,两年取得最高产量的播种量均为225 kg hm^(–2),施氮量分别为270 kg hm^(–2)和180 kg hm^(–2),较其他处理平均增产7.5%和18.1%;施氮后小麦氮积累量提高57.3%,生态势提高72.7%;提高播种量后群体茎蘖数提高34.7%,单株小麦发育水平下降,生态势下降11.4%。施氮量和播种量通过共同影响株高和冠幅影响生态势影响距离,其他处理较135 kg hm^(–2)播种量不施氮处理影响距离提高23.0%。冬小麦群体生态场面积与产量呈一元二次函数关系,施氮和提高播种量,冬小麦群体生态场面积分别提高116.7%和52.5%。本试验条件下,通过氮肥用量和播种量调控冬小麦群体发育质量,控制群体竞争力,构建了理想群体,实现了冬小麦高产与高效生产;冬小麦氮密优化组合施氮量239.8 kg hm^(–2)、播种量228.7 kg hm^(–2),具有适宜的生态场和理想群体,产量较高,可在豫北地区推广应用。

种植密度对菊芋块茎产量、植株光能截获及养分转运特性的影响

【目的】探究种植密度对菊芋块茎产量、植株光能截获及养分吸收转运特性的影响,确定适宜种植密度,为菊芋优化栽培种植及高产稳产提供理论依据。【方法】2019—2020年分别于河南省新乡市和南阳市布置菊芋密度效应田间试验。以“南芋1号”为供试材料,设置5个种植密度,分别为:D1(1.80×10^(4)株·hm^(-2))、D2(2.25×10^(4)株·hm^(-2))、D3(2.70×10^(4)株·hm^(-2))、D4(3.15×10^(4)株·hm^(-2))和D5(3.60×10^(4)株·hm^(-2))。于菊芋成熟期(mature period,MP)测试块茎产量,并分别于营养生长中期(medium the vegetative period,MVP)、营养生长末期(late the vegetative period,LVP)和开花期(flowering period,FP)测试地上部植株生物量和氮磷钾养分含量,分析计算菊芋植株养分积累与开花期、花后养分转运特性。同时于上述生育期测定菊芋不同叶层叶片SPAD值和冠层光分布。【结果】种植密度可显著影响菊芋块茎产量,2019和2020年两者间关系可分别用“线性+平台”和“一元二次方程”拟合,2 a适宜种植密度分别为3.15×10^(4)和3.24×10^(4)株·hm^(-2)。随种植密度增加,菊芋上层叶片SPAD值无明显差异,但随叶层下移,密度间叶片SPAD值差异性则显著增加,即密度越小,中、下层叶片SPAD值越高。菊芋冠层吸收性光合有效辐射量(APAR)和吸收系数(FPAR)则随密度增加而显著提高。试验点和密度处理双因素交互效应分析表明,试验点对菊芋块茎产量、叶片SPAD值、FPAR和APAR均有显著影响,试验处理对以上指标影响均达到显著效应;两因素交互作用仅对FPAR影响显著,对其他指标均无明显影响。此外,随种植密度增加,菊芋各生育期氮磷钾养分积累量则显著升高;开花期养分转运量逐步增加,转运率则逐步下降;花后养分转运量和养分转运率总体均呈升高趋势。【结论】适度种植可显著提高菊芋块茎产量,增强植株冠层光能截获与利用性能,提高氮磷钾养分吸收、储存与转运能力。本试验条件下,菊芋适宜种植密度为3.15×10^(4)~3.30×10^(4)株·hm^(-2)。

应用数字图像技术进行水稻氮素营养诊断

【目的】研究田间试验条件下水稻不同生育期冠层图像色彩参数(G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B)及植株氮素营养指标(叶片含氮量、植株全氮含量、生物量、氮素累积量和冠层NDVI值)的时空变化特征,并分析两者间的相关性,确立水稻氮素营养诊断的最佳色彩参数和方程模型,为探明数码相机在水稻上的适宜性及精确诊断水稻氮素营养状况提供理论基础。【方法】于2013年5月9月在湖北省武汉市华中农业大学试验基地(30°28'08''N,114°21'36''E)采用不同施氮处理的田间试验,以籼型两系杂交稻"两优6326"为供试作物,设置4个施氮水平:0、75、150和225 kg/hm2(分别以N0、N75、150和N225表示),3次重复,随机区组排列。分别在水稻分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期采用数码相机(Nikon-D700,1200万像素)获取水稻冠层图像,应用Adobe photoshop7.0软件直方图程序提取图像的红光值R、绿光值G和蓝光值B,研究数码相机进行水稻氮素营养诊断色彩参数,确定植株氮素营养指标诊断模型。【结果】较对照(N0)相比,分蘖期、拔节期、孕穗期和灌浆期3个施氮处理水稻地上部生物量、叶片含氮量、植株全氮含量、氮素累积量、冠层NDVI值和成熟期产量增幅分别平均为40.7%98.0%、42.4%72.4%、36.2%85.3%、125.5%209.1%、51.3%60.6%和60.1%117.0%,差异显著。水稻不同生育期各冠层数字化指标G、NRI、NGI、NBI、G/R和G/B与上述氮素营养参数相关性差异较大,且以数字图像红光标准化值NRI表现最佳,建议作为应用数码相机进行水稻氮素营养诊断的最佳冠层图像色彩参数指标。进一步分析表明,可以用统一的线性回归方程来描述不同生育期、不同氮素水平下水稻植株氮素营养指标随冠层色彩参数NRI的变化模式。【结论】数码相机进行水稻氮素营养诊断测试结果稳定,具有快速、便捷、非破坏性等优点,冠层色彩参数NRI与水稻氮素营养指标和产量之间均表现出较好的相关性,满足氮素营养无损诊断的需求,对实时、快速监测水稻长势状况及氮素营养丰缺水平具有较高的可行性,有望发展成为新时期作物氮素营养无损诊断技术的潜力。

冬油菜叶片SPAD的时空分布和氮素诊断的叶位选择

在大田试验条件下测定分析不同施氮水平冬油菜关键生育期SPAD值的时空分布特征,并对不同叶位及叶片不同部位SPAD值与叶绿素含量、叶片含氮量、植株全氮含量及籽粒产量之间的相关性进行分析,探求应用SPAD仪诊断油菜氮素营养状况的最佳测试叶位及位点。结果表明,油菜主茎顶部4片完全展开叶SPAD值存在显著空间差异,增加施氮量能显著提高各叶位叶SPAD值,同时减少叶位间的差异;六叶期、蕾薹期以顶4叶(TL4)SPAD值对氮素的敏感性最大,初花期和盛花期则最低。不同部位间,六叶期和初花期以中部SPAD值对施氮量增加的响应最敏感,盛花期则最迟钝,蕾薹期介于顶部和基部之间。综合分析认为,应用SPAD仪监测油菜氮素营养状况的最佳测试叶位和位点为主茎顶4片完全展开叶中部,该部位SPAD值与叶绿素含量、叶片含氮量和植株全氮含量之间的相关性均达到显著或极显著水平,满足氮素营养快速诊断的要求。

基于高光谱的冬油菜植株氮素积累量监测模型

为无损和定量研究高光谱技术在冬油菜植株氮素积累量(PNA,plant nitrogen accumulation)时空变化监测的适宜性及准确性,该文以两年田间氮肥水平试验为基础,采用单变量线性和非线性回归方法,建立基于特征光谱参数的冬油菜P NA高光谱估算模型。结果表明,采用比值光谱的方法可显著提高冬油菜冠层光谱反射率与PNA间的相关性,其最佳的波段组合为1 259 nm与492 nm处光谱反射率比值(R1259/R492),决定系数R2为0.85。高光谱参数间,以比值植被指数(RVI-5)、归一化光谱指数(NDSI)、线性内插法红边位置(REIP)、三角植被指数(TVI)、742 nm处一阶微分光谱值(FD742)和红边面积(SDR)等光谱参数与PNA相关性较好(平均R2和标准误SE分别为0.69和42.70),且以FD742表现最优(R2=0.79,SE=35.66)。精度分析结果显示,以光谱参数R1259/R492和FD742为自变量的指数方程模型作为高光谱监测油菜PNA的最佳模型,各生育期Noise Equivalent(NE)均较低且表现稳定,同时模型估测精度较高,R2分别为0.98和0.98,相对均方根误差RRMSE分别为0.73和0.72,相对误差MRE分别为14.42%和10.31%。该方法为快捷和精确评估冬油菜PNA提供了新的研究思路。

酸化土壤调理剂在油菜上的应用效果

采用土壤盆栽试验,研究酸化土壤施用调理剂对油菜生长发育、产量构成及土壤pH值的影响。结果表明,施用调理剂能明显改善油菜生长发育,增加油菜单株角果数、成角率和每角粒数,进而提高油菜籽粒产量。与对照相比,施用调理剂后油菜苗期、蕾薹期、初花期、角果期株高与叶片SPAD值分别增加19.6%、12.5%、12.2%、11.6%和0.5%、6.3%、9.3%、10.2%;油菜一级分枝数、单株角果数、成角率、每角粒数和籽粒产量分别提高41.7%、42.7%、10.5%、20.9%和25.4%。酸性土壤施用调理剂能明显提高土壤pH值,与对照相比,苗期、花期、角果期和成熟期土壤pH值分别提高了0.13、0.03、0.11和0.38。酸化土壤施用调理剂能明显促进油菜生长发育,提高籽粒产量和土壤pH值。

施氮模式对玉-麦周年轮作系统产量和氮吸收利用的影响

为明确适宜豫北平原夏玉米-冬小麦一体化种植的高效施氮管理模式,2016-2017年分别在豫北典型高产田区河南省鹤壁市和中产田区河南省原阳县开展了夏玉米-冬小麦周年轮作不同施氮模式对夏玉米与冬小麦产量、氮素吸收和利用效率影响的田间试验。共设5种处理:不施氮肥(T1)、普通尿素按210 kg(N)·hm^2一次性基施(T2)、普通尿素分次施用且总施氮量同T2(T3)、控释尿素与普通尿素配比氮素减量施用(T4)和控释尿素与普通尿素配比氮素足量施用(T5)。分别于夏玉米和冬小麦关键生育期测试叶片SPAD值、植株与籽粒氮含量及生物量等氮营养指标,并于成熟期测定产量和产量构成因子,分析计算植株氮积累量与吸收利用特征。结果表明,处理间,高、中产区夏玉米与冬小麦产量、产量构成因子及氮素营养指标整体变化趋势均为T5>T4>T3>T2>T1。产区间,各处理夏玉米和冬小麦产量性状及氮营养指标均表现为高产区显著优于中产区。综合各处理平均值,高产区夏玉米产量、植株氮含量和氮素积累量相比于中产区分别平均提高58.0%、19.2%和47.1%,冬小麦增幅则分别为34.7%、33.3%和85.9%。氮利用效率方面,高、中产田在氮肥表观利用率、氮肥农学效率和100kg籽粒需氮量变化趋势均表现为T5>T4>T3>T2>T1,处理间差异显著;氮素收获指数则与此相反。豫北平原夏玉米-冬小麦周年轮作制在作物稳产甚至增产条件下,采用尿素与缓释氮肥掺混配施的氮肥优化施用模式不仅可有效减少肥料用量,还能显著提升肥料利用率,降低氮肥损失。

基于角果期高光谱的冬油菜产量预测模型研究

以连续3 a田间氮肥水平试验为基础,研究基于高光谱估产的可行性,明确最佳光谱监测方式和有效波段,降低光谱分析维数,提高产量估测时效性。2013—2016年分别于湖北省武穴市和沙洋县进行大田试验,通过测试角果期冠层光谱反射率、产量构成因子(单株角果数、每角粒数和千粒质量)和成熟期产量,利用偏最小二乘回归(PLS)分别对油菜原初光谱(RSR)和一阶微分光谱(FDR)与其产量及构成因子间构建定量分析模型并筛选有效波段。结果表明,基于全波段的FDR-PLS模型预测精度显著优于R-PLS,其最佳监测指标是冬油菜产量和角果数,验证集决定系数(R2)分别为0.90和0.91,均方根误差(RMSE)分别为379 kg/hm2和66个/株,相对分析误差(RPD)分别为3.11和3.12。基于各波段变量重要性投影(VIP)值,确定冬油菜产量有效波段分别为628、753、882、935、1061、1 224 nm;角果数有效波段分别为628、758、935、1 063、1 457、1 600 nm。此后,再次构建基于上述有效波段的冬油菜产量和角果数监测模型,决定系数分别为0.91和0.87,均方根误差分别为504 kg/hm2和82个/株,相对分析误差分别为2.34和2.52,估算精度较为理想。

冬油菜叶面积指数高光谱监测最佳波宽与有效波段研究

以冬油菜为研究对象,利用连续3季(2013—2016年)不同氮营养水平下冬油菜关键生育期400~1 350 nm冠层高光谱和LAI数据,研究基于偏最小二乘(Partial least square,PLS)回归分析的冬油菜原初光谱(Raw spectral reflectance,R)及一阶微分光谱(First derivative reflectance,FDR)窄波段光谱变量(1、5、10、20 nm)和宽波段光谱变量(40、80、100 nm)与LAI之间关系,确定可稳定指示油菜LAI时空变化的最佳波宽及其有效波段。在此基础上,进行了基于有效波段最优波宽下冬油菜LAI预测和精度验证。结果表明,冬油菜LAI对氮肥响应具有高度敏感性,可较为充分反映油菜LAI时空变化,其建模集和验证集变异系数分别为65.4%和54.4%;随波宽增加,基于R-PLS和FDR-PLS回归模型的冬油菜LAI预测精度均呈先增加后降低趋势,至窄波段光谱变量和宽波段光谱变量临界处20 nm波宽时达最高,且FDR-PLS预测效果显著优于R-PLS,建模集和验证集相对分析误差(Relative percent deviation,RPD)分别为2.223和2.004。根据FDR-PLS回归模型中各波段变量重要性投影值(Variable importance for the projection,VIP),确定基于该最佳波宽条件下油菜LAI有效波段分别为759、847、921、1 002、1 129 nm。此后,再次构建基于上述有效波段的油菜LAI预测模型,建模集和验证集RPD分别为2.004和1.707,反演效果较为理想。

利用功能叶片钾含量作为水稻钾营养诊断指标的可行性研究

【目的】植株组织分析是广泛应用的营养状况评价方法。水稻主茎从上往下的第二功能样品采集方便,对水稻植株损伤较小;叶片以全展开叶的状态存在于整个生育期。本文探讨了利用第二功能叶钾含量作为水稻钾营养诊断指标的可行性,为水稻种植提供一种操作性强且准确性高的钾营养诊断方法及指标。【方法】采用田间试验,设置施钾量(K2O)0、60、120、180、240、300和360 kg/hm27个处理,测定各生育期第二功能叶的钾含量和成熟期收获的稻谷产量,对各处理的产量进行显著性检验及肥效模型的拟合,并根据肥效模型对水稻产量进行分级;结合产量分级指标与钾含量和产量的回归方程,最终计算出水稻不同生育期的钾营养诊断指标值。【结果】施用钾肥显著增加稻谷产量,施钾量和稻谷产量适合用二次加平台模型拟合,满足营养诊断的要求。第二功能叶钾含量随施钾量的增加而显著增加,随生育进程先上升后下降,在拔节期达到最大;从分蘖初期到齐穗期,第二功能叶钾含量变化范围为0.85%~2.72%。各生育期第二功能叶钾含量与稻谷产量和施钾量具有极显著的相关性,可以作为诊断指标来预测稻谷产量及反映钾肥施用水平。按小于最佳产量的85%、85%~90%、90%~95%、95%~100%将产量分为5个等级,和大于100%,根据钾含量与产量回归方程计算出各时期的不同产量等级对应的钾含量分级指标,当临界产量为最佳产量的95%时,各时期对应的第二功能叶钾含量分别为1.34%、1.58%、1.98%、2.09%、1.33%和1.27%。【结论】第二功能叶钾含量与施钾量和水稻产量相关极显著,其关系可用二次加平方程模拟,故可作为水稻不同生育期的钾营养诊断指标;以最佳产量的95%作为产量临界值标准,当第二功能叶钾含量在分蘖初期、分蘖盛期、有效分蘖临界期、拔节期、孕穗期和齐穗期分别低于1.34%,1.58%,1.98%,2.09%,1.33%和1.27%,则水稻植株处于钾素缺乏水平,需要补充钾肥以维持其正常的钾素需求。

基于高光谱的冬油菜叶片磷含量诊断模型

为快捷、无损和精准表征冬油菜磷素营养与冠层光谱间的定量关系,该文以连续3a田间试验为基础,探究叶片磷含量的敏感波段范围及光谱变换方式,明确基于高光谱快速诊断的叶片磷含量有效波段,降低光谱分析维度,提高磷素诊断时效性。以2013-2016年田间试验为基础,测定不同生育期油菜叶片磷含量和冠层光谱反射率。此后,对原初光谱（raw hyperspectral reflectance,R）分别进行倒数之对数（inverse-log reflectance,log（1/R））、连续统去除（continuum removal,CR）和一阶微分（first derivative reflectance,FDR）光谱变换,采用Pearson相关分析确定叶片磷含量的敏感波段区域。在此基础上,利用偏最小二乘回归（partial least square,PLS）构建最优预测模型并筛选有效波段。结果表明,油菜叶片磷含量的敏感波段范围为730-1300 nm的近红外区域;基于敏感波段的FDR-PLS模型预测效果显著优于其他光谱变换方式,建模集和验证集决定系数（coefficient of determination,R2）分别为0.822和0.769,均方根误差（root mean square error,RMSE）分别为0.039%和0.048%,相对分析误差（relative percent deviation,RPD）为2.091。根据各波段变量重要性投影（variable importance in projection,VIP）值大小,确定油菜叶片磷含量有效波段分别为753、826、878、995、1 187和1 272 nm。此后,再次构建基于有效波段的油菜叶片磷含量估算模型,R2和RMSE分别为0.678和0.064%,预测精度较为理想。研究结果为无损和精确评估冬油菜磷素营养提供了新的研究思路。

控失尿素减施及不同配比对夏玉米产量及氮肥效率的影响

添加纳米矿物类控失剂的控失尿素可通过吸附作用,减少施入土壤后的氮素损失,明确该控失尿素施用量、与常规尿素合理配比在夏玉米上的效应,可为夏玉米一次性施肥、氮肥减施增效提供依据。在不同产量水平(高、中、低产田)土壤上,通过田间试验研究常规尿素(纯氮210 kg hm^(-2))、控失尿素常量及减施(减量10%,即纯氮189 kg hm^(-2);减量20%,即纯氮168 kg hm^(-2))、控失尿素与常规尿素配施(配比分别为7∶3、5∶5和3∶7)对夏玉米产量、地上部生物量、养分积累量、光合特性及氮肥利用效率的影响。结果表明,氮肥施用可显著提高夏玉米产量,常量控失尿素施用下夏玉米增产率达22.96%~27.55%,在高、中产田上产量较常规尿素有显著提升。与常量控失尿素相比,控失尿素减施10%和20%通过提升穗粒数使得高、中产田夏玉米产量不降低,控失尿素减施20%处理下高产田氮肥利用率高达41.60%。控失尿素与常规尿素7∶3配施下的氮素积累量与常量控失尿素处理无显著差异,高产田和中产田夏玉米产量、秸秆干物重均未显著降低,同时可显著提高低产田夏玉米产量、秸秆干物重。综上,控失尿素(纯氮210 kg hm^(-2))一次性施用可显著提高夏玉米产量和氮肥利用效率,控失尿素减量20%处理下高、中产田夏玉米产量未显著减产,氮肥利用率显著提升,是高、中产田适宜的氮肥用量;控失尿素常量施用或与常规尿素7∶3配合施用更适宜低产田夏玉米生长。

基于高光谱的油菜叶面积指数估计

以冬油菜为研究对象,2014-2015年度设计了不同施氮水平直播油菜小区试验,在不同生育时期测量冠层光谱、土壤背景光谱以及叶面积指数(leaf area index,LAI),通过相关分析选取了12个光谱特征参数和11个植被指数,建立6叶期至角果期LAI的5种线性和非线性定量反演模型。结果表明:二次多项式反演模型比较适合估算油菜LAI苗期时以红边参数为代表的光谱特征参数,可准确估算出LAI;6叶期时红边幅值预测模型R^2为0.81,RMSEP为0.39,RPD为1.62;8叶期时红蓝边面积比归一化预测模型R^2为0.79,RMSEP为0.60,RPD为2.30;10叶期时红边幅值预测模型R^2为0.92,RMSEP为0.47,RPD为2.36;盛花期时蓝边面积预测模型R^2为0.87,RMSEP为0.34,RPD为2.57;角果期时以RDVI为代表的植被指数也可准确估算出LAI,预测模型R^2为0.74,RMSEP为0.57,RPD为1.36。油菜全生育期采用相同光谱特征参数、植被指数建模估计LAI精度明显降低,预测R^2远小于0.75,RMSEP大于0.65,RPD值均小于1.40,表明难以采用统一参数建模准确估计油菜全生育期LAI,不同生长时期需选择合适的光谱参数、植被指数分段建模估计LAI。

油菜叶面积和叶鲜重估计研究

为快速获取大田油菜长势监测信息,针对不同栽种方式和施肥水平对油菜叶片生长的影响,建立单株油菜叶面积和叶鲜重估计模型。分别于2013—2015年的2个油菜种植季,设置不同施肥水平下直播和移栽油菜试验小区。在油菜叶片形态差异最大的六叶期和蕾薹期,测量样株所有叶片的长、宽、面积和鲜重,采用方差分析对比栽种方式和施肥水平对油菜叶片生长的影响,运用麦夸特法+通用全局优化法建立叶面积和叶鲜重的长宽估计模型。在不同施肥水平和栽种方式下,2个生长期的油菜叶面积和叶鲜重与叶宽关系均比叶长更明显;相同条件下蕾薹期油菜叶片变异程度比六叶期要大,2个时期不同施氮水平、栽种方式下油菜叶面积、叶鲜重差异均达到极显著水平,但两者对叶片的交互作用未达到显著水平。叶宽线性模型估算叶面积和叶鲜重的预测R2为0.89、0.84,RMSEP为32.40 cm2、2.54 g,长宽幂函数模型与常规的长宽线性模型相比,叶面积和叶鲜重的预测R2为0.97、0.94,RMSEP为12.92 cm2、0.86 g。不同生长条件下,叶宽线性模型可用于快速获取油菜单片叶面积和叶鲜重,长宽幂函数模型受施肥水平、栽种方式、叶形、生长期等因素影响较小,适用于精确估计单株油菜叶面积和叶鲜重。