基于Dualex氮平衡指数测量仪的作物叶绿素含量估算模型

作物叶绿素含量的实时、无损及快速的监测,对及时掌握作物的胁迫状况、营养水平及环境适应性,进而对农田管理进行科学指导具有重要的意义。该研究论证是否可以通过Dualex氮平衡指数测量仪构建通用的叶绿素含量估算模型,以期实现叶绿素含量的快速及无损监测和估算。结果表明：1）Dualex估测叶绿素质量分数（Chl-M）和单位面积的叶绿素质量（Chl-S）具有较好的精度（决定系数R2分别为0.77和0.88）,与SPAD叶绿素仪的估算模型（R2分别为0.66和0.79）相比,模型精度更高;2）Dualex估测Chl-S的精度明显高于Dualex对Chl-M的估测精度,Dualex与Chl-M的关系需要考虑叶片厚度的影响,而Dualex与Chl-S的线性关系更加一致;3）构建的Chl-S通用模型的R2,均方根误差和标准均方根误差分别为0.88,4.80 mg/dm2和8.33%,模型的精度较高,并且通用模型的数据范围为12.2~105.6 mg/dm2,较大的数据范围适用于冬小麦和玉米各关键生育期Chl-S的估算。该研究为Dualex实现冬小麦和玉米叶绿素含量监测和估算提供校准模型,为及时了解作物养分状况及作物营养诊断提供了参考。

利用SPAD和Dualex快速、无损诊断玉米氮素营养状况

为了探讨玉米生长过程中适宜的施氮量，以加拿大玉米品种Pioneer 38B84为试验材料，在底施氮为45 kg hm^-2和基本苗7.9万株 hm^-2条件下，研究追氮量0、34、68、101、135、169和203 kg hm^-2以及氮饱和参考小区等8个处理对吐丝后玉米穗位叶SPAD值、Dualex值、地上部生物量及产量的影响。结果表明，SPAD值、地上部生物量以及产量均随追氮量增加而增加，Dualex值随追氮量增加而降低。追氮101、135、169和203 kg hm^-2处理的SPAD-氮饱和指数（SPAD-NSI）在各测定日期均大于0.95。追氮101 kg hm^-2处理的Dualex-NSI在吐丝后18~46 d大于0.95；追氮135、169和203 kg hm^-2各处理的Dualex-NSI在各测定日期均大于0.95。SPAD 值、Dualex 值、SPAD-NSI和Dulaex-NSI均与追氮量显著相关。在拔节期追氮101 kg hm^-2 或135 kg hm^-2即可满足玉米生长对氮素的需求，获得最大的经济产量。当超过最大产量施肥量时，氮肥用量的增加对SPAD值、Dualex值、地上部生物量以及产量均无显著影响。追肥不仅可达到与氮饱和参考小区同样的产量效果，而且还可减少氮肥的施用量，减少种植者的经济投入。在本试验条件下，基施氮45 kg hm^-2，在拔节期适宜的追氮量为101 kg hm^-2或135 kg hm^-2。SPAD叶绿素仪与Dualex仪均可用来诊断玉米的氮素营养状况。

基于Dualex植物多酚-叶绿素仪的冬小麦叶绿素含量高光谱估算

为探讨基于Dualex植物多酚-叶绿素仪和高光谱遥感技术反演小麦叶绿素含量的可行性,利用Dualex植物多酚-叶绿素仪,测定不同生育时期冬小麦叶片叶绿素含量(Chl),同时进行叶片光谱测定,以对Chl敏感的1个一阶导数波段、3个三边参数和3个植被指数作为自变量,利用偏最小二乘法(PLS)和支持向量回归(SVR)构建估测模型,并利用验证样本对各生育时期估测模型进行精度检验,同时与传统的单因素模型进行了比较。结果表明,冬小麦反射光谱曲线在不同生育时期有所不同,且随着叶绿素含量的增加,可见光波段的光谱反射率不断降低;在以一阶导数光谱敏感波段、三边参数以及植被指数构建的冬小麦Chl单因素估算模型中,基于各生育时期显著相关的植被指数构建的模型精度最优;以7个参数作为自变量,利用偏最小二乘法(PLS)和支持向量回归(SVR)构建的模型在各生育时期均表现出较好的拟合性及预测精度,尤其利用SVR建立的模型建模决定系数在0.8以上,预测决定系数在0.7以上,是进行冬小麦叶片Chl估测的最优模型。

应用叶片荧光传感器Dualex 4估测寒地水稻叶片叶绿素浓度的研究初报

以寒地水稻空育131为代表,研究应用叶片荧光传感器Dualex 4估测水稻叶片叶绿素浓度的效果以及水稻不同生育时期及叶片不同部位对测定结果的影响。结果表明,Dualex 4估测叶绿素值与水稻叶片叶绿素浓度极显著线性相关(p<0.001)。不同生育时期叶片厚度的差异影响仪器的读数。在相同叶片叶绿素浓度条件下,生育后期Dualex 4估测叶绿素值比生育前期估测值大。另外,叶片下部因中脉的影响致使估测误差偏大,因此应选取水稻叶片中上部进行测试。

氮肥减量后移对玉米冠层生理性状和产量的影响

为了进一步研究氮肥减量后移对玉米生理性状和产量的影响,以‘郑单958’为试材设置5个处理:不施氮(N0)、习惯施氮(N300/2)、减量施氮(N240/2)、减量后移施氮(N240/3)、减量后移施氮(N200/3),完全随机区组设计,3次重复,种植密度75000株/hm2。结果表明,氮肥减量处理(N240/2)与习惯施氮处理(N300/2)相比叶片SPAD值、PN及产量均有所降低,Dualex值则有所增加,但差异并不显著,减量施氮在生产上应切实可行的;减量后移施氮处理(N240/3)与习惯施氮处理(N300/2)和减量施氮处理(N240/2)在出苗后30天和45天的叶片SPAD值、光合速率及产量也均有所降低,Dualex值则有所增加,表现差异也并不显著,但与减量后移施氮(N200/3)差异显著。减量后移施氮(N240/3)与习惯施氮处理(N300/2)、减量施氮处理(N240/2)和减量后移施氮(N200/3)在出苗后60天和75天的叶片SPAD值、光合速率及产量均有所增加,Dualex值则有所降低,表现差异显著。氮肥减量后移(N240/3)处理的玉米植株氮素不但能满足于玉米生长的营养需求、降低投入、提高氮素利用率且产量也得到提高。

不同施氮量及基追比例对玉米冠层生理性状和产量的影响

以加拿大魁北克地区推广的玉米品种Pioneer 38B84为材料,研究不同施氮量和基追比例对玉米最上一片全展开叶SPAD值、Dualex值、净光合速率（PN）、叶面积指数（LAI）、地上部生物量、冠层叶绿素密度（SPAD×LAI）、冠层光合能力（PN×LAI）以及产量的影响。试验设5个处理：N0（基0＋追0）、N20＋93（基20 kg/hm2＋追93 kg/hm2）、N45＋68（基45 kg/hm2＋追68 kg/hm2）、N113（基113 kg/hm2＋追0）和SAT225[基225（播种时施氮45 kg/hm2,播种后10 d再沟施180 kg/hm2）＋追0],完全随机区组设计,重复4次,基本苗为79000株/hm2。结果表明,追肥前,叶片SPAD值、PN、LAI、地上部生物量、SPAD×LAI及PN×LAI均随基肥氮量的增加而增加,Dualex值则降低。同等施氮量下,基肥配合追肥显著提高叶片SPAD值,而追肥对叶片Dualex值和PN无显著影响。虽然基肥配合追肥处理的LAI、地上部生物量、SPAD×LAI、PN×LAI在追肥后均显著低于氮肥一次性基施,但显著提高了玉米产量。基施氮肥20 kg/hm2与45 kg/hm2处理之间玉米产量无差异,但前者过早地表现出缺氮。总施氮量为113 kg/hm2时,其SPAD值、Dualex值、PN、LAI、地上部生物量、SPAD×LAI以及PN×LAI等指标在出苗后256~0 d与SAT225处理差异不显著,但产量却显著低于SAT225处理。本试验条件下,基肥量45 kg/hm2能较好地满足玉米前期生长,但总施氮量113 kg/hm2不能满足玉米全生育期的需求,需要进一步地评估适宜的施氮量。同等施氮量下,基肥配合追肥显著提高玉米产量;SPAD值和Dualex值均与玉米植株氮含量显著相关,SPAD和Dualex可以作为实时快速指导玉米追肥的有效工具。

结合冠层光谱和叶片生理观测的小麦条锈病监测模型研究

通过开展小麦条锈病接种试验,在多个关键生育期获取被动式的冠层光谱和主动式的叶片生理观测并开展病情调查。在此基础上,结合优选的光谱特征和生理特征采用偏最小二乘回归方法(PLSR)构建病情严重度反演模型,得到不同生育期精度表现最优的特征组合。结果显示,基于光谱观测的优选光谱特征和基于叶片生理观测的Flav(类黄酮相对含量)、Chl(叶绿素含量)的不同组合在小麦挑旗期、灌浆早期和灌浆期分别具有较佳表现,模型精度达到r^2=0.90,RMSE=0.026。相比单纯采用光谱特征,综合冠层光谱和叶片生理观测能够使模型精度提高21%,表明两种数据的结合有利于提高病情严重度估测精度。上述研究可为小麦病害监测仪器的开发提供新的模式和思路。

不同类型钾肥对花生叶片生理生化特性及产量的影响

为探究不同钾肥对花生叶片Dualex值和矿质元素含量以及产量的影响,试验以花生品种豫花14为材料,设置3种不同类型钾肥处理:硫酸钾(T1)、氯化钾(T2)、磷酸二氢钾(T3),以清水为对照(CK),于生长季进行叶面喷施。结果表明,不同类型钾肥处理花生叶片的氮素平衡指数(NBI)和叶绿素(Chl)含量均较对照明显增加,以硫酸钾处理的最高;叶片类黄酮和花青素略有增加。与对照相比,硫酸钾处理可提高叶片中K、Fe和Mn的含量,而磷酸二氢钾处理可提高Mn的含量。不同类型钾肥处理的花生产量较对照均有增加,以硫酸钾处理的产量最高,其次为氯化钾处理,磷酸二氢钾处理最低。总之,钾肥处理提高了花生叶片氮素平衡指数、矿质元素含量以及产量,以硫酸钾处理效果最好。