基于无人机多光谱遥感的水稻冠层SPAD值反演

为研究水稻叶片叶绿素相对含量(SPAD)在3种水分处理和5种施氮处理下的变化规律,探讨无人机多光谱遥感技术反演水稻SPAD的可行性,本研究利用大疆精灵4多光谱无人机,采集了水稻拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期的冠层多光谱遥感影像,并同步测定水稻SPAD值,基于25个光谱变量(5个波段反射率和20个植被指数),采用多元线性逐步回归、岭回归和套索回归3种方法构建了水稻SPAD的反演模型。结果表明:水稻3个生育期的SPAD最佳反演模型均是采用套索回归方法构建的,其中乳熟期建立的SPAD最佳反演模型在3个生育期中的反演精度最高,决定系数为0.782,均方根误差为1.2177,相对误差为6.6113%。因此,该研究可对水稻叶片SPAD进行遥感监测,并为水稻精准灌溉和施肥提供科学依据和数据支撑。

咸水灌溉下生物炭对玉米光合特性及产量的影响

为充分利用咸水资源,采用避雨棚桶栽玉米试验,研究了淡水,4,5,6 g/L这4个灌水矿化度和0%,2%,5%这3个生物炭施用量对玉米叶片叶绿素含量、净光合速率和荧光参数等光合特性指标,以及植株籽粒产量和水分利用效率的影响.试验结果表明:与淡水灌溉相比,咸水灌溉下,玉米叶片叶绿素含量降低了4.07%~19.62%,净光合速率降低27.23%~57.46%,叶片初始荧光产量F 0逐渐增大,而F m和F_(v)/F_(m)逐渐减小,光合作用受到抑制,玉米单株籽粒产量降低8.42%~36.03%,水分利用效率降低4.81%~33.96%;施加生物炭可以缓解咸水灌溉带来的盐分胁迫影响,促进玉米叶片光合作用,提高作物的CO_(2)和光能利用潜力,增加玉米籽粒产量、干物质质量及水分利用效率.综合考虑其增益效果和经济性,处理B2S4的缓解效果最佳,可为咸水灌溉的实际生产提供参考.

不同滴灌流量对盐碱土种植下棉花纤维品质、产量的影响

为探究盐碱地改良过程中不同滴灌流量对棉花纤维品质与产量的影响,以棉花为试验对象,采用了两种类型盐碱土(新疆砂质壤土、江苏东台粉砂质壤土),设定4种滴灌流量(0.4、0.8、1.2、1.6 L/h),通过室外避雨栽培与室内品质分析相结合的方法,监测分析了不同水盐状况下棉花纤维品质及产量,利用数据包络分析法对两种盐碱土和4种滴灌流量进行优选评价。结果表明:(1)针对棉花5种纤维品质(上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值、伸长率),砂质壤土种植下的最佳滴头流量分别为1.2、0.4、1.6、1.2、0.4 L/h,粉砂质壤土种植下的最佳滴头流量分别为0.8、0.8、1.2、0.4、1.6 L/h。(2)针对棉花5种产量指标(单株铃数、单铃质量、籽棉产量、皮棉产量、衣分率),砂质壤土种植下的最佳滴头流量分别为1.6、0.8、1.2、1.6、1.6 L/h,粉砂质壤土种植下的最佳滴头流量分别为1.6、1.2、1.6、0.4、1.6 L/h。(3)在本研究所设计的滴灌流量范围内,砂质壤土的棉花品质综合效益比粉砂质壤土更高。(4)运用数据包络分析法计算不同滴灌流量下棉花品质产量综合效率,砂质土与粉砂质土中均是0.8 L/h效率最高,分别为0.584、0.529,表明综合品质和产量的10项指标,滴灌流量(即0.8 L/h),更有利于棉花品质和产量的综合效益提升。

避雨栽培条件下番茄灌排方案熵权系数评价

为了寻求南方地区避雨栽培条件下番茄优质高效生产的灌排方案,借助田间避雨小区试验,研究了10种不同灌排方案对番茄需水量、果实产量和品质的影响,采用主成分分析将6种单个品质评价指标转化成1个品质综合主成分.以品质综合主成分、产量、需水量和灌水量为评价指标,利用熵权系数法计算得到了各灌排处理的熵权评价值,确定了处理9为最优灌排处理,熵权评价值为0.873;其次为处理5,熵权评价值为0.85;最差为处理1,熵权评价值仅为0.593.研究结果表明,在避雨措施下,采用60%对照灌水量,暗管埋深0.8 m的处理9,番茄产量虽然随灌水量的减少而有所下降,但可增加可溶性固体物、总酸含量、维生素C含量和糖酸比等品质指标,改善果实口感与风味,同时提高灌溉水利用率,可作为南方地区避雨栽培条件下优质高产的番茄灌排方案.

新疆大田膜下滴灌的发展前景

膜下滴灌是先进的栽培措施与灌水技术相结合的产物 ,通过实地研究调查和分析有关研究资料 ,初步论证了大田膜下滴灌在新疆应用、发展现状及其前景 ,同时也指出了大田膜下滴灌发展中存在的一些问题。

基于无人机多光谱遥感的农业园区地物分类研究

复杂地物的快捷精准监测是遥感的热点和难点。为实现农业园区复杂地物的快捷准确分类监测,本研究以河海大学江宁校区节水园区为例,基于无人机多光谱遥感影像,分别采用支持向量机模型(SVM)、随机森林模型(RF)和人工神经网络模型(ANN)对试验区内地物进行精细分类,构建验证集混淆矩阵,并根据总体分类精度、Kappa系数等指标筛选出中小型农业园区的最适地物分类模型,并利用TensorFlow训练深度学习算法对最适分类模型的分类结果进行进一步优化。结果表明:SVM分类模型对试验农业园区的总体分类精度为97.4%,Kappa系数为0.96,优于RF、ANN分类模型;与原始SVM分类模型的分类结果相比,通过TensorFlow训练深度学习算法优化,将试验农业园区图像裁剪为a、b两区,a、b两区的分类精度分别为97.54%和99.12%,获得了较高的优化结果。研究结果可为中小型农业园区地物分类提供技术支持。

以涝渍连续抑制天数为冬小麦排水指标的试验

为了探讨在冬小麦抽穗开花期以涝渍连续抑制天数作为排水指标的可能性,该文利用测坑试验研究了冬小麦抽穗开花期不同涝渍处理对其生理指标及产量的影响,建立了作物相对产量Ry(涝渍胁迫处理下小麦产量与对照的比值)与涝渍连续抑制天数CSDI的关系模型。结果表明,涝渍处理对冬小麦光合速率、气孔导度和蒸腾速率具有明显的抑制作用,在地表水累积深度SFW相同的情况下,地下水埋深小于50cm的累积深度SEW50越大,冬小麦减产越严重;在单纯受渍情况下,冬小麦相对产量Ry随SEW50的增大而呈减小的趋势,但各处理之间差异不显著。冬小麦相对产量Ry与SEW50和CSDI均具有较好的线性关系;涝害权重系数CW是一个随涝渍状态而变的状态变量,说明在涝渍连续情况下,用涝渍连续抑制天数作为控制排水指标比较合理。

基于DSSAT模型的冬小麦最优灌溉制度研究

为探讨DSSAT模型在不同年型冬小麦灌溉制度优化中的可行性,利用涟水县水利科学研究站1985-2015年冬小麦生育期降水资料排频适线,得到了降水量经验频率分别为25%、50%和75%对应的设计值,然后选取淮安站2001-2016年期间与3种经验频率对应降水量接近的年份作为代表年--2007-2008年(丰水年)、2006-2007年(平水年)、2011-2012年(枯水年)。通过生育阶段和灌溉次数的不同组合,拟订了15种灌溉制度(T1~T15),借助调参后的DSSAT模型对3种年型冬小麦灌溉制度进行了模拟。结果表明,经调试后DSSAT品种参数能够较为准确地反映作物的主要遗传特征。在统筹考虑产量、灌溉用水量和水分利用效率最优的情况下,2007-2008年(丰水年)、2006-2007年(平水年)、2011-2012年(枯水年)均宜选取灌溉制度T3。在BCC-CSM1. 1气候模式下,考虑RCP4. 5、RCP8. 5两种情景,模拟了2030-2095年冬小麦水分产量效应,发现当初始土壤含水率为田间持水率的60%、80%时,T3、T6相对于雨养条件具有一定的优越性。

投影寻踪分类模型在膜下滴灌模式评价中的应用

针对综合考虑产量、品质、水分利用效率等指标的灌水模式优选问题,本文提出了融入加速遗传算法的膜下滴灌灌水模式投影寻踪评价模型。该模型通过高维数据向低维空间的转换,把样本的多个评价指标转化成一个综合指标,实现了对膜下滴灌多种灌水模式的评价。最后应用该模型于新疆的大田试验中,对9种灌水模式进行了评价和优选,结果表明,对整体考虑产量、品质、水分利用效率的最优灌水模式的选择与大田实验方案选择相符,能客观、真实地反映各评价指标的贡献率和方向性。

通径分析在冬小麦受渍胁迫诊断指标敏感性分析中的应用

根据冬小麦测坑试验结果,采用相关分析和通径分析的方法,计算了以叶片光合速率Pn、气孔导度Cond、蒸腾速率Tr、叶面温度T1、光合有效辐射PAR和地下水位累积水深SEW50 6种排水决策指标为自变量对作物阶段干物质产量的通径系数、相关系数、决定系数和对回归方程估测可靠程度R2的总贡献,建立了作物受渍胁迫诊断指标对干物质产量的回归方程.结果表明,影响干物质产量最大的是叶片光合速率,其次是地下水累计水深和叶片温度,决定系数分析结果与通径分析结果有一致的变化趋势.通过自变量指标的减少对结果的影响分析发现,在追求受渍胁迫下冬小麦干物质生产最优目标时,排水决策指标要注意叶片光合速率、地下水累计水深和叶片温度的变化.

灌排方案对避雨番茄需水特性与产量的影响

为了实现南方地区番茄节水、优质、高效生产,在避雨栽培条件下,研究了不同灌排方式对番茄需水特性与产量的影响.研究结果表明:各亏缺灌溉处理土壤含水率随时间总体呈下降趋势,暗管埋深0.8 m的处理较埋深0.6 m处理,土壤含水量下降更快但不明显.番茄不同生育阶段的蒸发蒸腾量差别较大,表现为始花坐果期>果实成熟与采收期>苗期.随着番茄的生长,其日蒸发蒸腾量大体呈逐渐上升的趋势.在不同灌排模式和避雨措施条件下,苗期的日蒸发蒸腾量变化范围为1.07～2.71 mm/d,始花坐果期日蒸发蒸腾量变化范围为1.60～3.09 mm/d,果实成熟与采收期日蒸发蒸腾量变化范围为1.78～3.35 mm/d.在相同的排水措施,不同灌溉条件下,番茄果实产量随着灌水量的减少而减少,水分利用率和灌溉水利用率却随着灌水量的减少而增大.研究可为南方避雨栽培下番茄灌排方式的选择及其节水、优质、高产提供参考.

不同灌水模式对南方辣椒叶绿素荧光参数的影响

为了实现辣椒节水、优质、高效生产,在避雨栽培条件下,利用OS5-FL调制荧光仪研究了不同灌水模式对辣椒叶绿素荧光参数的影响。结果表明,在4个生育阶段,辣椒的可变荧光、最大荧光、可变荧光与最大荧光比、可变荧光与初始荧光比、光化学淬灭系数与非光化学淬灭系数均随着灌水量的减少而降低,而初始荧光则随着灌水量的减少而升高。说明辣椒叶片PSⅡ反应中心因水分胁迫而受到了破坏,使PSⅡ原初光能转换效率和PSⅡ潜在活性降低,使光合电子传递、光合原初反应过程及热耗散能力受到抑制。DI50、2PRD和1PRD 3种处理下的辣椒各叶绿素荧光参数虽然在4次观测中均未表现出显著差异,但1PRD处理与对照相比变化最小。该研究可为南方避雨栽培下辣椒灌水模式的选择和节水、优质、高产辣椒栽培提供参考。

生物炭添加提高渍水条件下番茄产量改善品质

为了探索支持渍水下番茄优质高效生产的途径,摸清渍水胁迫下生物炭添加改善作物品质的可能性,于2017年3-8月借助土柱试验探讨了不同生物炭添加量(3%、5%、10%)对番茄产量及各品质指标的影响。结果表明,渍水胁迫会造成番茄需水量降低,使可溶性糖、可溶性固形物、有机酸显著下降,对产量、水分利用效率,以及单果质量、单果密度和果色指数等外部品质指标影响不显著;渍水胁迫下生物炭添加可显著提高水分利用效率,减少需水量,改善果实内部品质,使可溶性糖、可溶性固形物、有机酸和维生素C含量等内部指标显著增加。通过品质主成分分析发现品质外部和内部综合主成分均随生物炭添加量的增加而增大。借助模糊综合评价法对不同处理的番茄产量、品质和水分利用效率进行综合评价发现,10%生物炭添加量处理的评价值最大,而无生物炭添加的渍水胁迫处理最小,说明渍水胁迫下施加10%生物炭可实现节水、优质和高效生产。研究结果可为南方地区渍水胁迫下番茄优质高效生产提供理论借鉴。

大田棉花膜下滴灌与沟灌的应用研究

介绍1998年4～9月在新疆石河子炮台土壤改良试验站进行的大田棉花膜下滴灌与沟灌应用推广的试验研究情况.研究结果表明:膜下滴灌棉花的经济产量和水分利用效率两项指标分别较沟灌棉花高出18 9%和143 7%;通过经济效益分析测算,膜下滴灌棉花较沟灌棉花增收节支8155元/hm2,而且还具有一定的社会效益和生态效益.

温室辣椒时空亏缺灌溉需水特性与产量的试验

根据全自动温室内辣椒田间试验资料,研究了时空亏缺灌溉下辣椒需水特性及其对产量的影响。结果表明,在辣椒调亏灌溉的部分生育期引入分根交替灌溉后,灌水沟两侧土壤含水率呈现交替上升和下降的现象,可以使辣椒根系经受一定程度的干旱考验。充分供水条件下,辣椒全生育期耗水量以结果盛期为最大,苗期和开花座果期其次,结果后期最小,各阶段耗水模系数分别为39.96%、22.91%、19.34%和17.79%,各生育期供水量和灌水方式均会影响辣椒的耗水量。为了取得高产和较高的水分利用效率,苗期应进行适当的根系均匀水分亏缺,开花座果期及时复水,结果盛期和结果后期分别采用根系均匀亏缺灌溉和分根交替灌溉。

时空亏缺灌溉对温室盆栽辣椒生理生态指标的影响

研究了时空亏缺灌溉对温室内辣椒生理及生长特性的影响,分析了时空亏缺灌溉在辣椒叶片水平上水分利用效率的影响机理。结果表明,时空亏缺灌溉对辣椒株高、叶面积等营养生长指标具有一定的抑制作用,但合理的时空亏缺灌溉却可以显著抑制蒸腾速率Tr,而光合速率Pn下降不明显,复水后Pn又具有超补偿效应,光合产物具有超补偿积累,且可大幅度提高叶片水平上的水分利用效率。

膜下滴灌棉花根系发育参数的BP模型预测

通过对人工神经网络理论中BP网络的分析,建立描述不同水分条件下膜下滴灌根冠间非线形变化的模拟模型,通过该模型利用棉花地上部株高、干物重、叶面积参数、时间及土壤水分预测膜下滴灌不同水分处理下的根系参数,以2000年在新疆的大田棉花试验结果作为学习样本和检验样本。结果表明,所建立的人工神经网络模型对描述不同水分条件下根、冠复杂的非线性关系方面具有较高的精度和应用价值。

基于IABC-RBF神经网络的地下水埋深预测模型

为了验证基于改进人工蜂群算法的径向基函数(RBF)神经网络模型在地下水埋深预测中的可行性和优越性,在基本人工蜂群算法中引入高斯变异算子,优化初始蜜源位置,设计建立基于改进人工蜂群算法的RBF神经网络模型(IABC-RBF).通过输入泾惠渠灌区的年降雨量、年渠首引水量、年田间灌溉用水量、年地下水开采量和前一年的地下水埋深共5个相关影响因子的数据,对地下水埋深进行预测,与实测的地下水埋深数据进行比较,误差很小.与RBF神经网络模型和基于基本人工蜂群算法训练的RBF神经网络模型(ABC-RBF)的预测结果进行比较,结果表明,基于改进人工蜂群算法的RBF神经网络模型收敛速度更快,预测结果误差最小,精度最高.

膜下滴灌棉花缺水诊断指标的试验研究

2000年5～8月在新疆石河子炮台土壤改良试验站进行了不同处理下膜下滴灌棉花缺水诊断指标的试验研究,分析了不同土壤水分条件下膜下滴灌棉花水分亏缺指标(CWSI)和冠层温度与气温差(TC-TA)的日变化规律.研究表明,CWSI和(TC-TA)与土壤含水量θ、净辐射、空气饱和压差之间存在良好的回归关系,利用这一关系可以判断膜下滴灌的缺水状况,并进行节水灌溉决策.由于农田的气象因素随时都在变化,因此用CWSI诊断土壤水分的最合适时间,应选择晴朗而且天气条件稳定的17时左右.

生物炭对不同地下水位番茄需水规律与产量的影响

为解决渍水胁迫这一困扰南方避雨栽培区农业生产的障碍性问题,定量评估施加生物炭对缓解作物渍害的影响,以避雨栽培番茄为对象,借助土柱试验,系统分析不同地下水位及生物炭施加量对作物耗水规律、土壤氧化还原电位及产量的影响。结果表明,地下水位越浅,作物渍害胁迫越严重,导致耗水量越少;施用生物炭后,作物耗水量显著降低,生物炭保水作用随地下水位降低而有所削弱。地下水补给量随地下水埋深变大而减小,相同地下水位条件下,施用生物炭可显著增加地下水利用量。施用生物炭可使土壤氧化还原电位变大,改善土壤通气性能。地下水位在-80 cm时,5%生物炭施加量可显著提高番茄产量和水分利用效率,其增幅分别达到38.7%、56.6%,地下水位对番茄产量影响显著,而地下水位和生物炭交互作用对产量及水分利用效率影响均不显著。