2013-2020年海河流域农田水热碳通量及气象要素观测数据集

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象要素数据组成,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量/蒸散发、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度等。本数据集经过了严格的处理和质量控制,可用于研究水库消涨对周边生态系统碳水等物质和能量的循环带来的影响,也可为相关遥感模型或过程模型等研究提供有力的数据基础。

叶面积测定方法的比较研究

本文在准确性、精确性、仪器设备要求水平、成本高低等方面比较了8种有代表性的叶面积测定方法,分析并指出各种方法的优缺点,为在不同测定条件和实验目的要求下选择不同的叶面积测定方法提供依据。

棉花叶面积指数冠层反射率光谱响应及其反演

【目的】研究棉花冠层光谱对不同叶面积指数(LAI)的响应,建立棉花LAI光谱反演模型。【方法】利用2003～2004年采集的棉花光谱与LAI的246组数据,分析LAI与冠层反射率光谱和反射率一阶微分光谱间的定量关系。【结果】当LAI大于2.5后不同LAI棉花群体光谱反射率在可见光波段趋于饱和;LAI与可见光波段和短波红外波段(水分吸收带除外)光谱反射率呈显著负相关,与近红外波段高光谱反射率呈显著正相关;LAI与棉花反射率一阶微分光谱主要在蓝边(523～531nm)、黄边(570～576nm)、红边(700～755nm)形成3个相关系数高台区,均达极显著水平,其中红边区的相关性最高。棉花红边位置固定,分别在718nm和723nm,且以723nm处对LAI更敏感。在反演棉花LAI的高光谱参数中VI(660、800)、VI(550、800)、VI(500、800)、VI(670、800)、Sdy(570～573nm)、SDr(714～755nm)、D723、Dr估算LAI相对误差低于30%,RSME小于0.6,其中VI(600、800)、VI(550、800)两个参数估算水平最高,相对误差分别为21.7%与21.0%,RMSE分别为0.416与0.419;利用SDr与SDr/SDb分别对LAI大于1.0与小于1.0的棉花群体反演,能显著提高LAI的估算水平。【结论】应用高光谱分析方法能够提取棉花冠层特征光谱信息,构建LAI高光谱反演参数,建立估算模型,并且利用包含不同光谱参数的分段模型可以进一步提高LAI反演精度。

基于多时相棉花长势遥感的棉田质量诊断

【目的】研究多时相遥感信息对棉田质量进行诊断的技术和方法,为棉花生产提供具有针对性的管理方案,促进棉田均衡增产、增效。【方法】研究分析多时相遥感数据对地物信息的动态分析与评判能力,以及棉花长势指标动态变化与棉田质量的关系,对棉花生长盛期多时相的LANDSAT-5多时相遥感数据进行融合,将棉田质量状况划分为健康棉田、有障碍棉田和疑似有障碍棉田三类。【结果】数据分析结果表明,棉花生长盛期(花铃期)单时相的LANDSAT-5反射率数据可以作为棉田生长状况的判断指标,划分健康生长与生长障碍的阈值为0.820;利用多时相遥感数据的棉田质量划分方法,可以将棉田质量分为健康、有障碍和疑似有障碍三类。依据此方法对新疆建设兵团148团约11705.3ha的417块棉田进行分类,得出健康、有障碍和疑似有障碍三类棉田所占比例分别为36.4%、34.1%和29.5%;经过8块条田(426.5ha)的地面同步调查证实了这种方法的准确性,造成该区棉田质量障碍的主要因素为耕地盐渍化、不平整、土壤质地不匀。【结论】研究表明棉田多时相遥感数据进行棉田质量诊断是可行的。利用这种方法,结合不同质量棉田形成机理,能够得到棉田质量状况及影响因素精细分布的信息,为进一步进行的棉田土壤改良与生产管理采取针对性的措施提供数据支撑。

影响近地光谱数据采集质量关键问题的探讨

根据近地高光谱数据采集的实践经验 ,利用光谱测试原理与实验数据分析了影响近地高光谱数据采集质量的几个关键技术问题 ,提出了光谱测试时间、测试高度、测试位置的选择及其标准白板的标定方法在实际操作中需要注意的问题 。

基于LANDSAT-5像元尺度的棉田生长密度遥感监测初步研究

【目的】基于LANDSAT-5像元尺度,分析棉田生长密度监测准确定性的影响因子,并提出改进方法,探索减弱非棉苗背景空间差异的遥感指数,确立棉田生长密度遥感监测的最佳时相,为棉花估产和棉田农作分区管理提供数据支持。【方法】实地调查13块棉田(630hm2),获取了棉田生长密度、经纬度以及播种时间、出苗时间所组成的60个样区数据,每样区3个样点;从播种期到盛花期5个时相的遥感影像提取EVI和DEVI,样本等分为建模数据和模型检验数据;采取分播期和不分播期两种方式分别使用EVI和DEVI建立棉田生长密度估算模型,其决定系数经过显著水平检验后,进行模型估算准确性检验,并将优势模型应用于县域范围的棉田生长密度监测。【结果】分析表明,出苗时间,大、小苗对棉田生长密度的监测影响较大,以中期播种数据为例所建立的分播期估算模型检验结果表明,在6月9日和6月25日每公顷棉田生长密度的估算误差分别为2.05×104株/hm2和2.07×104株/hm2,而采用不分播期估算方式时,两个时相模型的绝对估算误差为2.80×104株/hm2和2.53×104株/hm2。在5月24日,DEVI对土壤等背景的空间差异消除作用得到表现,与使用EVI相比,监测时间从6月9日提前到5月24日;兼顾模型监测的准确性和时相因素,棉花现蕾到开花期是棉田生长密度监测的最佳时段;以新疆建设兵团148团为例,使用优选出的6月9日I式估算方法进行示例监测,区域监测结果可以较好表明不同棉田生长密度的分配比例和空间分布特征。【结论】出苗时间和土壤等背景是影响棉田生长密度监测准确性的主要因素,分播期估算能显著提高监测准确性,DEVI遥感参数可以使监测时间提前,从现蕾期到开花期是棉田生长密度估算的最佳时段,优选模型可以在县级区域应用。

用机器视觉技术获取棉花叶片叶绿素浓度

运用机器视觉技术获取棉花叶片颜色特征，建立棉花叶片叶绿素测定模型。研究表明：（1）RGB颜色系统的B／R、色度坐标b、b／r值及HIS彩色系统中的饱和度S值均与棉叶叶绿素含量显著或极显著相关，可用于测定叶片叶绿素浓度；（2）棉花叶片正、背面RGB、HIS颜色系统的颜色特征值与叶绿素浓度的相关性高度一致，且叶片背面的颜色特征值与叶绿素浓度之间的相关性更高；（3）基于机器视觉技术建立和筛选出了6组棉叶叶绿素含量预测模型，预测误差在7．8％～13．65％之间。为棉花生长的快速监测提供了依据。

郑单958在东北春玉米区生态适应性研究

为研究郑单958在东北地区的生态适应性,确定其适宜的种植区域,充分发挥郑单958的生产潜力,本文以当地主栽品种为对照,在北纬40°～48°、≥10℃活动年积温在2916～4380℃的东北玉米产区开展了郑单958的多点联网试验。结果表明,在东北春玉米区,吐丝至完熟期热量和降水与纬度呈极显著负相关,郑单958的生育进程和产量因各地光热条件不同而表现出较大差异。其中,从播种到完熟/收获的全生育期天数、千粒重、产量均随纬度先增后减,出苗天数和出苗至吐丝天数随纬度北移而延长,吐丝至成熟天数随纬度升高而缩短。各试验点穗粒数与生态条件无显著关系,千粒重随纬度升高先增后减。郑单958高产主要出现在≥10℃活动年积温在3450～3700℃地区,当≥10℃活动年积温约低于3200℃时,不能正常生理成熟,千粒重明显下降。东北春玉米区气候条件差异显著,气象生态条件对郑单958千粒重的影响显著大于对穗粒数的影响,千粒重不同导致其在各地呈现不同的产量表现。在高纬度的低热量地区,造成郑单958减产的主要因素是吐丝至收获期的热量匮乏,依据郑单958对≥10℃活动年积温的响应制定了安全种植北界线,可为其安全推广提供参考。

作物病虫害遥感监测研究进展

近年来,随着信息技术的迅速发展,遥感作为一种快速监测手段已经被运用到作物病虫害监测中。本文阐述了作物病虫害遥感监测的基本原理及特点,重点介绍了国内外在其技术方法上的研究进展,提出了生产应用中的技术流程。进一步分析了当前本领域研究中的难点,展望了其应用前景,以期为棉花病虫害遥感监测研究提供借鉴与参考。

作物生长模型与定量遥感参数结合研究进展与展望

作物生长模型与定量遥感参数的结合,不仅满足前者实现区域应用的需求,也有助于提高后者的反演精度,在生态、农业、资源调查与全球气候变化等研究上意义重大。该文从作物生长模型空间应用拓展的角度,对国内外主流作物生长模型、定量遥感参数以及两者结合的参数与方法进行了概述,分析了典型作物生长模型的主要模拟过程及其驱动、初始化、输出等参数,总结了当前定量遥感正反演结果可为作物生长模型区域应用提供的参数数据;建立了作物生长模型模拟过程与定量遥感参数的对应关系,对比分析了作物生长模型与定量遥感参数的不同结合方式。基于以上内容,对作物生长模型面应用的限制因素及其与定量遥感参数的关系、作物生长模型面应用时参数尺度效应的影响、作物生长模型与定量遥感参数耦合方法的发展3个方面展开了讨论,以期为作物生长模型与定量遥感参数开展更好的结合研究提供参考。

叶片垂直分布对小麦冠层方向光谱响应研究

【目的】对不同株型小麦冠层叶片垂直分布的方向光谱响应进行研究,探索精确描述小麦冠层空间信息的途径,为农田作物快速、无损的光谱监测提供新的理论与技术。【方法】以2个株型不同的小麦品种为材料,采用自下向上分层切片方法,分析冠层不同部位叶片对冠层方向光谱的影响。【结果】去除不同叶位叶片后,小麦冠层光谱在300～700,800～1300,1400～1800nm波段差别明显;不同观测角度中,与传统90°视角获得反射信息比较,30°和60°视角反射光谱包含较多下部叶片信息,下部叶片对冠层光谱反射率贡献较大,0°视角反射光谱包含较多上部叶片信息,上部叶片对冠层光谱反射率贡献较大;小麦冠层的穗层和倒1叶对方向光谱产生很大影响。不同的2个小麦品种,ZY9844上部叶片对反射率的影响比P7弱。【结论】小麦冠层不同部位叶片,对冠层方向光谱影响不同,根据冠层特点,通过改变光谱观测角度,可以提高作物冠层光谱监测的精度。

棉花叶片厚度的高光谱测试方法

植物叶片厚度的变化能够指示植物生长状态的改变,为了实时、活体、无损地获取叶片厚度,该研究以棉花叶片为研究对象,利用DPS、Origin统计分析软件分析84组光谱数据与叶片厚度的相关性。研究表明,光谱反射率与叶片厚度在可见光350～369nm及664～689nm2个较窄区域达到了极显著正相关关系,在红外917～1884、2048～2380nm2个区域呈极显著负相关关系,总体相关程度红外波段高于可见光波段。红边参数与叶片厚度的相关性不高,24个形状参数与厚度达到了极显著相关水平,其中,中心为980nm的吸收谷面积与叶片厚度相关度最高,相关系数为0.848。分别用反射率、植被指数、光谱形状参数建立并测试3个估算模型,相对误差最高为7.4%,均方根差最高为0.051mm。结果表明利用高光谱分析技术,可以实现叶片厚度的快速、活体测量。

成都平原免耕及不同麦秸还田量种植水稻的研究

在成都平原麦收后围绕免耕+麦秸覆盖还田栽种水稻的产量效应进行了研究,结果表明,(1)免耕处理较传统耕作水稻显著增产,主要是显著增加了单位面积有效穗数;(2)免耕+麦秸覆盖还田后,水稻产量增加,秸秆还田量与产量的关系符合多项式y=7238.6+0.0117x+2.12×10-5x2-1.49×10-9x3(R=0.988**),理论上还田麦秸以10 089 kg/hm2时水稻产量最高,此后开始下降;(3)与传统耕作比较,在水稻生长期,免耕明显加重了杂草的发生,但通过秸秆覆盖后可减少杂草发生,且表现出随秸秆还田量增加杂草量明显减少的趋势;在水稻收获后的休闲期,免耕表现出有抑制杂草发生的作用,且这种效果随着秸秆还田的增加而增强。

和田地区主要地表类型风蚀研究

为了解沙尘暴多发区和田地区主要地表类型的土壤风蚀量情况,利用集沙仪进行了中、小尺度条件下的沙尘暴实地测定,结果表明:在中尺度下,主要地表类型沙漠、过渡带和绿洲土壤输沙量、降尘量具有显著性差异,并与覆盖度存在明显的相关性。在小尺度下观测的结果表明,不同地表类型输沙量也存在显著差异,相同高度下平均覆盖度82%的农田输沙量不足沙漠输沙量的10%,沙漠观测点下风口输沙量比上风口增长2.39%,弃耕地下风口输沙量比上风口增长7.90%,而覆盖农田下风口输沙量比上风口减少2.24%,说明提高植被覆盖对减少当地土壤风蚀的重要性。

保护性耕作农户认知情况调查分析

通过面对面的访谈,对我国东北平原、华北平原、成都平原和西北绿洲区4个典型生态类型区的666户农户进行了保护性耕作技术认知情况调查。表明我国保护性耕作模式比较多,产量效应及推广应用情况存在明显区域差异。其中,华北平原农户保护性耕作技术采用率较高,而西北绿洲区相对较低,与之相对应,各区域农户对保护性耕作技术的认识程度也存在明显差别。

冬小麦冠层叶片氮素营养方向反射光谱的预测

以2个小麦品种,4个氮素水平的裂区实验设计,对垂直垄平面上不同观测角度冬小麦冠层光谱与叶片氮素含量的关系进行研究。结果表明,在选择的10种光谱特征参量中,RVI与冠层叶片氮素含量相关性最高,不同角度RVI中,0°观测角的RVI的相关性最显著。对冠层不同角度RVI及叶片氮素进行多种模型拟合,其中0°的GROWTH模型拟合效果最好,建立的0°模型RMSE为0.3402,预测准确率达到90.3%,比180°模型预测精度高23.7%,比90°高5.5%;对2个小麦品种分别建立0°观测角GROWTH模型,普通蛋白型小麦J411模型RMSE为0.2915,反演准确率达到91.64%,ZY9507模型RMSE比J411高31%,预测准确率低3.3%,说明建立的模型更适合普通蛋白含量小麦品种叶片氮素含量检测。

河西走廊东部潜在尘源及其与2005年7月17日沙尘暴的关系

通过实地取样、试验及遥感影像分析,分析了河西走廊东部主要地表类型颗粒组成,估算了各地表类型表层土壤潜在尘源总量,分析了潜在尘源与2005年7月17日沙尘暴的关系。研究结果表明:绿洲耕作区易起尘颗粒百分含量最高,戈壁、灌丛、退化草原潜在尘源总量最大,农田次之、沙漠最少;该地区西部、西北部的沙尘源为7月17日沙尘暴提供了物质条件;增加上述地区的植被覆盖度可减轻当地沙尘暴危害。

基于机器视觉的棉花群体叶绿素监测

研究了利用机器视觉技术快速获取棉花群体叶绿素信息的方法，以期获得预测性高的颜色特征参数。结果表明，RGB颜色系统的G-R、（G-R）／（G＋R）、r与g的组合值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数呈极显著相关，而且拟合度较高；HIS颜色系统的Hue值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数之间也极显著相关。对筛选出的两组模型进行检验，预测精度在84．07％～93．04％之间，推荐预测精度最高的G-R参数作为获取棉花群体叶绿素信息的最佳颜色指标。G-R预测叶绿素含量和群体绿色指数的模型分别为Y=-1．3008＋0．2125（G-R）-0．0038（G-R）^2（R^2=0.8669^＊＊）和Y=-0．9726＋0．1227（G-R）-0．0016（G-R）^2（R^2=0．7487^＊＊）。

新疆和田地区沙尘天气防治途径研究

通过对当地群众问卷调查与野外观测、采样,分析了新疆和田地区沙尘天气的主要尘源。结果表明:造成和田地区沙尘天气的主要尘源是弃耕地、沙漠与农区过渡带、活动沙丘及乡村道路,而非传统认识的塔克拉玛干大沙漠。并探讨了适合和田地区综合防治沙尘天气的有效措施。

怀来地区蒸渗仪测定玉米田蒸散发分析

利用2012年和2013年怀来遥感综合试验站蒸渗仪、涡动相关仪和自动气象站观测资料,分析了土壤蒸发和玉米农田蒸散的日、季节变化,用多元回归分析法研究了气象因子(净辐射、空气温度、空气湿度、风速)、土壤水分和农田蒸散量的关系,并将蒸渗仪蒸散观测值与涡动相关仪蒸散量观测值进行了比较。结果表明,土壤蒸发和玉米农田蒸散日变化曲线较一致,季节性差异明显;怀来地区日蒸散量与净辐射和土壤水分相关性较好,与其他影响因子相关性不明显;蒸渗仪的农田代表性受其观测范围内的作物长势影响显著,涡动相关仪观测的蒸散量与蒸渗仪观测值相关关系较好,蒸渗仪观测值较涡动相关仪观测值高10.5%,这是由于不能同周围农田进行热交换,蒸渗仪内平均土壤温度较农田高了9.5%,导致蒸渗仪对蒸散量的相对高估。