基于无人机多光谱遥感估算西北半湿润区葡萄基础作物系数研究

为提高西北半湿润区葡萄园蒸散量的估算精度,以波文比系统实测蒸散量ET_(c)为基础,基于彭曼公式法计算参考作物蒸散量ET_(o),得到葡萄作物系数K_(c)后,采用FAO-56双作物系数法计算土壤蒸发系数K_(e)与水分胁迫系数K_(s),获得基础作物系数K_(cb);同时利用无人机多光谱遥感影像获取葡萄光谱数据,提取多个波段反射率计算4种植被指数(归一化植被指数NDVI、土壤调节植被指数SAVI、比值植被指数RVI、差值植被指数DVI),建立葡萄K_(cb)与植被指数的关系模型(一元线性回归、多项式回归、多元线性回归),从而计算葡萄园实际蒸散量用以验证无人机多光谱遥感估算葡萄K_(cb)的精度。结果表明:(1)相同建模方法下,植被指数与K_(cb)的模型拟合精度受到其种类与葡萄生长时期的影响。在生育前期,利用一元线性回归建模得到的K_(cb)-VI s模型拟合精度表现为NDVI>RVI>SAVI>DVI;在生育后期,拟合精度表现为RVI>DVI>SAVI>NDVI;在全生育阶段,拟合精度则表现为SAVI>NDVI>DVI>RVI。不同建模方法对K_(cb)的拟合精度不同,多元线性回归模型拟合效果最佳。(2)生育阶段、植被指数种类及建模方法是影响蒸散量估算精度的3个重要因素。在生育前期,利用DVI与K_(cb)建立的多项式回归模型的验证精度最高(EF=0.79);在生育后期,多元线性回归模型验证精度最高(EF=0.80);在全生育阶段,利用DVI与K_(cb)建立的一元线性回归模型的验证精度最高(EF=0.73)。(3)分生育阶段建立K_(cb)与植被指数的关系模型,反演得到的K_(cb)值较FAO-56双作物系数法推荐的K_(cb)值(EF=0.58)对蒸散量的估算精度提高了6%以上。

花后高温干旱胁迫下氮素对冬小麦氮积累与代谢酶、蛋白质含量及水氮利用效率的影响

【目的】本研究基于气候室模拟温度日变化特征,旨在探讨氮素对高温、干旱及复合胁迫下冬小麦地上干物质重、氮积累与分配、氮代谢相关酶活性、蛋白质含量、产量及水氮利用效率的影响。【方法】基于人工气候室开展冬小麦盆栽试验,以小偃22号为试验材料,采用裂-裂区随机完全区组设计,以2个温度处理(高温:H;适宜温度:S)为主区,以2个水分水平(干旱:D;充分供水:F)为裂区,3个施氮水平(低氮:N_(1);中氮:N_(2);高氮:N_(3))为裂-裂区,研究冬小麦生长生理特性、产量及水氮利用效率对高温干旱胁迫及各施氮量的响应特征。【结果】高温、干旱及复合胁迫导致地上总干物质重(ADW)和氮积累量(ANA)降低。在成熟期,高温干旱复合胁迫(HD)和干旱胁迫(SD)下N_(3)处理ANA分别较N_(1)处理增加7.26%和6.82%。高温、干旱及复合胁迫提高小麦花前氮素对籽粒贡献率(NRR),HD胁迫各施氮处理NRR均值较对照(SF)增加达38.21%,施氮量的增加扩大这种增加效应。高温、干旱及复合胁迫导致成熟期穗氮分配率降低,特别是复合胁迫。暴露于高温、干旱及复合胁迫下籽粒蛋白质产量(PY)降低,干旱胁迫(7.37%)各施氮处理PY均值较高温胁迫(3.94%)降低更多,无论单一或复合胁迫下籽粒PY均在N_(2)处理下显著增加。此外,单一的干旱和高温胁迫下降低的谷氨酰胺合成酶(GS)和硝酸还原酶(NR)活性在N_(2)处理下显著增加,复合胁迫N_(1)处理NR和GS活性分别较N_(3)处理提高23.81%和23.07%。与对照相比,干旱胁迫各施氮处理穗粒数、千粒重和产量均值的降幅均高于高温胁迫,N_(2)处理对高温和干旱胁迫下这些参数存在明显正向调控,产量水分利用效率(WUE_(g))和生物量水分利用效率(WUE_(b))在N_(2)处理下得到明显改善。充分供水+N_(2)处理籽粒(NUE_(g))分别较低干旱和复合胁迫N_(3)处理提高19.09%和19.44%,表明在水分充足条件下中氮能有效地缓解干旱和高温胁迫下籽粒氮利用效率的降低。NUE_(g)和NUE_(b)的提高可能归因于合理氮肥调控下增加的GS和NR活性。主成分分析表明胁迫条件下小麦千粒重和ADW与产量的关系更紧密。【结论】高温和干旱胁迫的综合效应比单一胁迫对小麦危害更大。在单一高温和干旱胁迫下,适量增加氮输入能增加氮代谢酶活性并维持更高氮代谢能力,提高籽粒氮积累量及蛋白质产量,将更有利于提高产量及水氮利用效率。然而在花后遭遇高温干旱复合胁迫时,相比低施氮量,增加施氮对小麦产量形成及水氮的吸收利用均产生一定抑制作用,应适当减少氮肥用量。

寒地黑土区水稻植株干物质积累对耗水过程的响应

为了探究寒地黑土区水稻植株干物质积累对耗水过程的响应规律,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U7(76)均匀试验设计,深入解析了各生育阶段耗水量对水稻干物质量及干物质积累过程的影响。结果表明,各生育阶段耗水量对水稻干物质积累的影响决定系数由大到小依次为:抽穗开花期、拔节孕穗期与抽穗开花期的耦合效应、拔节孕穗期、抽穗开花期与乳熟期的耦合效应、分蘖中期与抽穗开花期的耦合效应、分蘖中期与拔节孕穗期的耦合效应、分蘖中期。在水稻营养生长阶段,各阶段耗水量通过影响干物质积累进入快速增长的时间和最快增长速率,进而间接影响干物质积累量,分蘖中期耗水量每增加1 mm,将提前0.459 d进入干物质积累快速增长阶段;拔节孕穗期耗水量每增加1 mm,干物质积累的最快增长速率提高0.011 3 g/d。进入生殖生长阶段,各阶段耗水量对干物质积累量的直接影响大于间接影响。各生育阶段耗水量对水稻产量和干物质量的影响排序相同,由大到小依次为:抽穗开花期、拔节孕穗期、分蘖中期、乳熟期、分蘖前期、分蘖后期,拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量与水稻经济系数呈显著负相关。研究结果可为寒地黑土区水稻合理制定灌溉制度提供理论依据。

水稻产量及其构成要素对耗水过程的响应综述

研究了各阶段水分亏缺对水稻产量及其构成要素的影响,旨在探讨不同水分处理和亏缺强度下水稻适应环境的生理机制,同时对水分生产函数的发展进程做了浅析,将水分响应模型进行地区性验证以找到作物需水的关键期,使紧缺的水资源发挥最大的利用价值。但由于受土壤类型、气候条件、灌水控制标准的差异及水分胁迫程度不同,使研究结论不尽一致。本文通过对国内外相关文献进行总结归纳,得出如下结论:认为在拔节孕穗和抽穗开花期两个关键阶段不宜水分胁迫,否则会导致产量及其构成要素显著降低,而分蘖和灌浆阶段为钝感期,此阶段适度缺水对产量影响较小。从产量要素分析,分蘖期干旱,有效穗数下降最为明显,而在灌浆期受胁迫时,粒重表现为急剧减少,呈显著相关趋势,抽穗开花和乳熟期灌水不足,影响最大的要素是结实率,而拔节孕穗期受旱程度与穗粒数降低幅度相一致。同时文章结尾对农业节水灌溉今后的发展方向提出见解,指出了水稻栽培技术和管理方法等有待解决问题的研究深度和广度,为高效节水灌溉制度的制定和发展节水农业提供科学依据。

基于HTML5智能垃圾分类回收系统的研究与设计

"移动互联网"+智慧生活,本研究以HTML5技术及移动智能客户端(APP)为基础进行智能垃圾分类回收系统的设计,包括基础信息管理、分类指南以及数据分析等,对系统的技术架构进行设计。通过智能垃圾回收装置实现垃圾的智能分类回收,本系统的研究与设计提高人们对垃圾分类回收的观念,同时可有助于智慧城市建设。

旱直播种植对水稻植株水分分布与抗倒伏特性的影响

为探讨节水灌溉种植模式对水稻体内的水分分布特征和抗倒伏特性的影响,于2017年5—10月在黑龙江省庆安县采用测坑微区进行试验。试验设置3个处理:滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照。结果表明:DH与MH处理的叶、鞘、茎和冠部湿基含水率在全生育期均低于CK处理,但根部湿基含水率从分蘖末期开始均高于CK处理。乳熟期和黄熟期茎部不同节间湿基含水率(W)、节间长度(L)、株高均以DH处理最低、CK处理最高,而茎部单位长度节间质量(Uw)均以DH处理最大、CK处理最小。相比CK处理,DH处理显著提高了水稻茎部的抗折力(F)、折断弯矩(Bm)和弯曲应力(Bs),降低了弯曲力矩(Wp)、断面模数(Z)和倒伏指数(Li),这表明滴灌旱直播种植模式显著提高了水稻的抗倒伏能力。不同参数间的相关关系表明,L、W、Wp、Z与Li之间均表现为极显著正相关(P <0. 01),而Uw、F、Bm、Bs与Li呈显著负相关(P <0. 05),且水稻茎部湿基含水率与倒伏指数呈极显著正相关(P <0. 01),这说明利用茎部湿基含水率能够表征和预测水稻的倒伏指数。本研究可为解决东北黑土区水稻倒伏、用水效率低下等问题提供新的方法和途径。

不同水分管理旱直播水稻生长生理与节水效应

为了探讨东北黑土区水稻高效节水种植模式,于2017年在黑龙江省庆安县采用测坑微区试验,研究了旱直播对水稻光合特性、各器官生物产量、干物质累积速率、根冠比、伤流强度、产量水分利用效率(WUEy)、叶片水分利用效率(WUEl)和产量因子等的影响。试验设置了3个处理:滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照。结果表明:DH与MH处理的净光合速率Pn(分蘖末期除外)、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs、以及叶、鞘、茎、穗等冠部干物质累积量、冠部干物质累积速率(分蘖中期至末期除外)、冠部最大累积速率在整个生育期均低于CK,但WUEl、根部干物质累积量(分蘖前期和中期除外)、根部干物质累积速率、根系活力(分蘖中期与拔节孕穗期除外)均高于CK。3个处理的胞间CO2浓度Ci整个生育期波动幅度不大。根部和总干物质最大累积速率及各生育期根冠比以DH最大,CK最小。DH与MH处理的千粒质量和结实率较CK下降不显著(P>0.05),穗长和穗粒数下降显著(P<0.05),有效穗数上升显著(P<0.05)。DH较CK、MH分别节省灌溉用水63.88%和39.52%,WUEy分别提高2.66倍和1.64倍。滴灌旱直播种植不仅大幅度减少了灌溉用水量,显著提高了水稻的WUEy,而且具有较为可观的经济效益和显著的社会效益。研究结果可为东北黑土区水稻种植模式的选取提供技术支撑,对保障黑土区农业水土资源可持续利用具有重要意义。

黑土区水稻生长生理特性与产量对耗水过程的响应

为了探究黑土区水稻生长生理特性及产量对耗水过程的响应规律,于2017年5月18日—9月20日在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U7(76)均匀试验设计,解析了各生育时期耗水量对水稻生长生理特性及产量的影响。结果表明:水稻生育期内耗水强度总体呈现先上升后下降的趋势,在抽穗开花期达到最大,为5.66 mm/d;耗水模系数在整个分蘖期达到最大,平均值为43.98%,抽穗开花期后趋于稳定。分蘖后期耗水量(ET3)对叶片干物质量影响最大;茎鞘和穗干物质量对拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量(ET4、ET5)的响应程度最为显著(P<0.01);分蘖中、后期耗水量(ET2、ET3)对根干物质量分别存在最大正效应、负效应;除分蘖前期耗水量(ET1)外,分蘖中期至抽穗开花期耗水量对根系伤流量影响由大到小顺序为:ET2、ET3、ET4、ET5;分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期耗水量对气孔导度和蒸腾速率的影响为正效应(P<0.05),分蘖前期耗水量对蒸腾速率的影响为负效应(P<0.05);除分蘖前期耗水量外,分蘖中期至抽穗开花期耗水量对胞间CO2浓度和净光合速率影响由大到小顺序分别为:ET5、ET2、ET4、ET3和ET2、ET5、ET4、ET3。分蘖中期、拔节孕穗期、抽穗开花期的水分敏感指数值分别为0.120、0.244、0.252,这3个时期耗水量对产量影响更为显著。该研究可为黑土区水稻节水灌溉制度制定提供依据。

黑土区水稻光合物质生产特性对耗水过程的响应

为了探究黑土区水稻光合物质生产特性对耗水过程的响应规律,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,解析了各生育时期耗水量(ET_1～ET_6,分别表示分蘖前期、分蘖中期、分蘖后期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期耗水量)对水稻光合物质生产特性的影响。结果表明:ET_1、ET_6对水稻成穗率影响不显著,ET_2～ET_5对水稻成穗率有显著影响,其影响由大到小依次为ET_4、ET_5、ET_3、ET_2;ET_3与叶面积指数呈显著正相关;叶片光合势对ET_4的响应最为敏感;ET_3与有效叶面积率呈显著正相关,ET_4与有效叶面积率、高效叶面积率的正相关关系达显著水平(P<0.05);ET_5与阶段最大干物质积累量及群体生长速率呈显著正相关;ET_1、ET_3和ET_6对茎鞘物质输出率影响不显著,ET_2、ET_4和ET_5对其影响达显著水平(P<0.05),其影响由大到小依次为ET_5、ET_2、ET_4;对于茎鞘物质转化率,ET_1、ET_4对其影响不显著,其他时期耗水量对其影响达显著水平(P<0.05),其影响由大到小依次为ET_5、ET_6、ET_3、ET_2,ET_3对茎鞘物质转化率的影响为负效应;叶片气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量与净光合速率均存在线性关系,胞间CO_2浓度与净光合速率呈二次函数曲线关系;叶片叶绿素含量、净光合速率对ET_4、ET_5的响应关系均达极显著水平(P<0.01),ET_3对净光合速率存在显著负效应。

寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响

为了探究寒地黑土区水稻耗水特性及其对水分利用效率的影响,于2017年在黑龙江省水稻灌溉试验站的蒸渗仪内进行了水稻耗水试验。采用U_7(7~6)均匀试验设计,分析了各生育期水稻生育阶段、昼夜间及逐时耗水量的变化特征,明确了各生育阶段耗水量对产量及生物量水分利用效率的影响。结果表明:拔节孕穗期各处理耗水量及耗水模系数均值最高,分别为77. 25 mm、23. 09%;水稻各处理昼间、夜间耗水量总体呈现"低-高-低"的变化趋势,抽穗开花期昼、夜间耗水量均值达到最大,为6. 32、0. 76 mm/d;分蘖前期、分蘖中期水稻昼间耗水特征呈倒"V"形曲线,耗水量高峰出现在12:00—13:00;分蘖后期至乳熟期呈"M"形曲线,耗水量高峰分别出现在11:00—12:00、13:00—14:00,乳熟期首个耗水量峰值相对提前,为10:00—11:00;阶段耗水量对水分利用效率(WUE)的直接作用和对R^2总贡献排列一致,由大到小依次为抽穗开花期耗水量(ET_5)、分蘖中期耗水量(ET_2)、拔节孕穗期耗水量(ET_4)、分蘖后期耗水量(ET_3)、乳熟期耗水量(ET_6)、分蘖前期耗水量(ET_1);分蘖后期、乳熟期耗水量对WUE存在直接负作用,阶段耗水量对WUE影响决定系数较大的变量由大到小依次为ET_5、ET_4×ET_5、ET_2×ET_5、ET_2、ET_4;抽穗开花期生物量水分利用效率(SWUE5)与水稻产量及WUE均呈显著正相关,分蘖前期至抽穗开花期耗水量对SWUE5的影响由大到小依次为ET_5、ET_4、ET_3、ET_1、ET_2。该研究结果可为深入研究黑土区水稻耗水特性、水分利用规律及水稻节水高效生产提供依据。

气候变化背景下关中地区葡萄水分盈亏变化特征

为研究关中西部半湿润地区葡萄水分盈亏情况,本文通过Mann-Kendall趋势检验、滑动t检验及Morlet小波分析等方法分析1990—2019年间葡萄需水量年际变化特征,通过水分盈亏指数(CWSDI)分析各月份及全生育期水分供应情况,以期为关中地区葡萄科学灌溉提供参考。结果表明:葡萄全生育期需水量在2015年发生突变后呈显著上升趋势,需水量变化的第一主周期为15 a。葡萄生育期内需水量总体呈先增加后减小趋势,各水文年型需水量差异在果实膨大期达到最大。不同水文年型均有发生干旱的可能性,其中葡萄6月份正值果实膨大期,但CWSDI呈降低趋势,应及时监测葡萄水分情况,防止水分亏缺造成减产。

黑土区水稻耗需水过程与产量形成及水分利用的响应关系

采用U_7(7~6)均匀设计,探索黑土区水稻耗需水过程与产量形成及水分利用响应关系,建立试验区水稻水分生产函数。结果表明,抽穗期耗水量对产量影响最大,乳熟期耗水量影响最低。各时期耗水量对有效穗数影响为:抽穗期>拔节期>乳熟期>分蘖中期>分蘖后期;各时期耗水量对穗粒数影响为:抽穗期>拔节期>乳熟期>分蘖前期;水稻结实率、千粒重对各时期耗水量响应分别为:拔节期>抽穗期>乳熟期>分蘖后期,抽穗期>拔节期>乳熟期>分蘖后期;抽穗期耗水量对WUE正影响显著高于其他阶段;分蘖后期耗水量对WUE呈负影响。选择Jensen、Blank、Stewart和Singh用于水分生产函数地区性验证,确定和平灌区最佳水分生产函数模型为Jensen,分蘖中期、拔节期、抽穗期为水稻需水敏感期。研究可为黑土区水稻节水灌溉制度制定提供依据。

拔节期高温干旱复合胁迫对夏玉米生长发育的影响

西北地区夏玉米拔节期为高温和干旱易发期,对玉米造成高温和干旱双重胁迫,因此研究夏玉米生长对拔节期高温和干旱双重胁迫的响应对玉米高产稳产具有重要意义。采用盆栽试验结合人工模拟高温胁迫的方法,设置2个温度梯度(常温,T_(0);高温,T_(1)),各温度设置3个水分梯度(适宜水分,W_(0);轻度干旱,W_(1);重度干旱,W_(2)),共计6个处理。对玉米光合参数、叶绿素含量、株高以及干物质量进行测定与分析。结果表明:拔节期胁迫结束后,与T_(0)W_(0)处理相比,T_(1)W_(0)、T_(1)W_(1)、T_(1)W_(2)处理净光合速率分别降低39.78%、40.13%、57.13%,SPAD值分别降低34.99%、37.47%、43.19%;灌浆期中,与T_(0)W_(0)处理相比,上述三种处理株高分别降低20.40%、21.51%、35.22%,高温干旱复合胁迫对玉米生育后期造成了严重甚至不可恢复的影响;成熟期结束后,与T_(0)W_(0)处理相比,T_(1)W_(2)处理地上部分干物质量降低59.60%,百粒重降低10.09%。拔节期高温干旱复合胁迫导致光合速率下降、株高降低、干物质积累量减少、产量下降,然而高温适宜水分处理T_(1)W_(0)与高温干旱复合胁迫处理T_(1)W_(2)相比,净光合速率和SPAD值显著上升,保持适宜水分(70%~80%FC)可有效防止高温与干旱叠加,有助于缓解高温胁迫对玉米的伤害。

汽车方向盘参数测试仪的研究与设计

为了实现汽车方向盘自由转角及转向力的测量,本文设计了便携式方向盘智能检测装置。系统以C8051F047单片机为核心,分析加速度和旋转角度的关系,采用三轴加速度传感器测量自由转角;利用电阻应变片组成惠斯通电桥,实现力信号与电压信号的转换。实验证明:仪器操作简单,数据准确,能满足转向力和自由转角现场测试的需求。

嵌入式逆反射系数检测仪的研究与实现

采用逆反射系数的测量原理和测量方法,通过使用半反射半透射镜和平面镜优化和改进了逆反射光路,使其满足了逆反射系数检测仪测量距离短、精度高的要求.系统采用STC15F2K60S2为主控芯片,利用柯拉照明系统和光电传感器BPW21完成了基于嵌入式逆反射系数检测仪的研制,并进行了仪器校准以及重复性和稳定性试验,确保了数据测试的通用性和恒定性.用不同颜色逆反射材料对检测仪进行数据测试的结果表明,研制的逆反射系数检测仪达到了逆反射系数检测的精度要求.

多源数据融合的高时空分辨率植被指数生成

高时空分辨率的植被指数VI(Vegetation Index)数据是农业和生态研究的重要基础数据集,目前常用的VI数据的时空分辨率存在不可调和矛盾。考虑VI时序变化对数据融合的影响,提出一种新的VI数据时空融合模型VISTFM(Vegetation Index Spatial and Temporal Fusion Model),VISTFM采用模糊C聚类算法,对存量时序VI数据按土地利用类型划分为若干子类,从高低分辨率影像中随土地覆被类的变化规律提取子类,结合低分辨率影像提取的土地覆被类变化规律融合生成高时空分辨率的VI数据。用常用的Landsat和MODIS数据验证该算法,测试表明,VISTFM能够较好的捕获VI的中间变化过程,与常用的基于线性混合模型的模型和时空自适应反射率融合模型及其改进模型相比,利用VISTFM获得的植被指数数据集具有更高的时空分辨率。