二氯异噁草酮应用于作物田杂草防除谱测定

为明确二氯异噁草酮应用于作物田防除杂草的防除谱,在温室内采用盆栽法测定了36%二氯异噁草酮悬浮剂对冬季作物田和夏季作物田的除草活性。冬季作物田杂草防除谱测定结果显示,二氯异噁草酮对小麦田多花黑麦草和日本看麦娘均有较好的防除效果,其GR_(50)分别为39.89、35.11 g(a.i.)/hm^(2),GR_(90)分别为105.88、104.54 g(a.i.)/hm^(2),对雀麦也有较好的效果,但对另两种禾本科杂草菵草和节节麦防效差;该药剂对冬季作物田阔叶杂草播娘蒿、荠菜、猪殃殃、麦家公效果均优,明显好于对禾本科杂草的效果,其中对播娘蒿和荠菜的防除效果最好,其GR_(50)分别为4.86、4.69 g(a.i.)/hm^(2)之间,GR_(90)分别为25.54、17.36 g(a.i.)/hm^(2);对猪殃殃、麦家公的GR_(50)分别为15.77、22.25 g(a.i.)/hm^(2)之间,GR_(90)分别为38.58、53.10 g(a.i.)/hm^(2),但对另一种阔叶杂草泽漆的防效较差。夏季作物田杂草防除谱测定结果显示,二氯异噁草酮土壤封闭处理对夏季作物田禾本科杂草马唐、稗草、牛筋草、狗尾草和虎尾草效果均较好,其中对马唐、稗草、牛筋草、狗尾草的GR_(50)在12.33~27.00 g(a.i.)/hm^(2)之间,GR_(90)在27.40~59.38 g(a.i.)/hm^(2)之间,对夏季作物田阔叶杂草整体效果差,供试杂草中只有马齿苋效果较好,其GR_(50)和GR_(90)分别为33.33、52.82 g(a.i.)/hm^(2),对饭包草、反枝苋、马泡瓜和铁苋菜效果均差。试验结果表明,二氯异噁草酮对冬季作物田杂草和夏季作物田杂草,均有自己的杂草防除谱,田间应用时应根据田间草相,选择合理药剂进行复配。

基于物候信息图谱的耕地种植模式遥感监测方法

【目的】种植模式是作物种植的前后茬顺序的概括,反映耕地资源的利用方式和效率。本研究通过分析不同种植模式的物候特征,构建江汉平原地区的耕地物候信息图谱和种植模式谱,并实现该地区主要种植模式的提取。【方法】在地学信息图谱理论支持下,根据农作物种植的先验知识和不同种植模式所表现的物候差异,将植被指数变化过程和耕地利用方式的空间差异进行图谱合一的表达,组成包含耕地不同利用方式的耕地物候信息图谱;以江汉平原地区的主要种植模式为例,将关键物候期植被指数的状态进行排列组合,建立植被指数状态到种植模式的信息重映射规则,并在此基础上根据农作物特有的物候知识进行物候特征挖掘,进行江汉平原地区种植模式谱的构建;进而利用朴素贝叶斯网络融合关键物候期影像和物候知识实现江汉平原种植模式的提取。采用基于知识概率编码的方法,对关键物候期的植被指数状态进行定量表达。【结果】构建了江汉平原地区的种植模式谱,发现江汉平原地区的种植模式谱由8种种植模式构成:春单季、夏单季、春夏双季、夏秋双季、双季稻、经济作物、鱼塘、苗木或撂荒。提出的种植模式谱及基于朴素贝叶斯网络的种植模式提取方法能够准确地提取出所有种植模式,并具有良好的精度和适用性。江汉平原地区在研究时段内呈现显著的夏秋双季扩张,以及春夏双季和夏单季减少的趋势。【结论】种植模式谱全面反映了江汉平原地区种植模式的总体特征,提升了耕地利用方式监测的准确度,丰富了耕地资源利用方式的内涵。本文方法得到的种植模式分布图可以作为作物制图的基础底图数据,也是种植强度制图的重要依据。

红外光谱结合热重法对3种作物秸秆腐解特征的分析

【目的】通过模拟试验明确3种作物秸秆腐解过程中的物质结构变化规律,为烟田秸秆的合理利用提供理论依据。【方法】以烟草、油菜和水稻3种作物秸秆为研究对象,采用尼龙网袋法模拟腐解180 d,应用傅里叶红外光谱及热重(TG)分析研究3种作物秸秆在干湿交替和淹水2种土壤水分条件下的腐解特性差异。【结果】3种作物秸秆在180d时腐解率达55.69%~69.39%,表现为水稻秸秆>油菜秸秆>烟草秸秆;同一秸秆在2种土壤水分条件下的腐解率表现为干湿交替处理>淹水处理,但差异较小。红外光谱分析结果显示3种作物秸秆的官能团组成存在一定的相似性,在3420、2920、1640、1380、1050和610 cm^(-1)处共有吸收峰,但在某些特征吸收峰和吸收峰相对强度呈现差异,表明这些吸收峰所对应的物质及含量有所不同。烟草秸秆的1640 cm^(-1)/2920cm^(-1)和1640 cm^(-1)/1050cm^(-1)相对强度比值最大,芳香族化合物含量相对较高。随着腐解的进行,3种作物秸秆红外光谱吸收峰及其相对强度发生变化,碳水化合物、酰胺化合物和脂肪族化合物逐步分解,生成了碳酸盐、铵盐、硝酸盐和羧酸盐等,水稻秸秆中元素硅逐步释放形成二氧化硅和硅酸盐。TG分析显示,3种作物秸秆TG-微商热重(DTG)曲线上200~400℃阶段的失重率达55.00%以上,是秸秆挥发分析出的主要阶段。200~400℃和600~700℃阶段失重率分别以油菜秸秆(58.71%)和烟草秸秆(6.38%)最大,水稻秸秆900℃残留质量百分比最高(23.17%)。腐解末期(180 d)3种作物秸秆的固定碳百分比和挥发分质量分数差异显著(P<0.05),但同一作物秸秆在不同水分条件下差异不显著(P>0.05);其中,水稻秸秆固定碳百分比最高(平均值17.32%),挥发分质量分数最低,而油菜秸秆挥发分质量分数较高,固定碳百分比最低,平均值为11.69%。【结论】红外光谱结合热重法可对模拟还田秸秆的降解状况进行分析,其中烟草秸秆较难腐解,水稻秸秆还田更有利于增加土壤有机碳含量。

偏振光谱在大田作物农学参量反演中的研究进展

大田作物的偏振光谱信息是利用偏振遥感技术部分去除田间作物镜面反射的光谱信息,进而提升利用光谱技术对大田作物农情信息的监测精度。本研究综述了大田作物偏振光谱遥感数据获取、数据处理,以及大田作物长势信息定量反演关键技术,梳理了偏振光谱技术在大田作物监测方面的基本研究方法,总结了作物偏振光谱的特性,分析了近年来偏振光谱在大田作物农学参量定量反演研究中的发展态势,以期从不同的角度来展现偏振光谱在大田作物研究中的潜在应用,为今后大田作物偏振光谱检测研究提供参考。

作物生长多传感信息检测系统设计与应用

简述了作物生长多传感信息检测系统的硬件平台及实现。光箱系统采用卤素灯和D65型标准光源两组独立可调的均匀光照系统,结合温湿度控制装置,可以实现对多种作物生长环境的模拟。信息采集系统集成了包括光谱、多光谱图像、冠层温度、冠层光照及环境温湿度等多传感信息探测器,可以充分利用多种信息对作物生长信息进行监测。应用该系统就油菜氮素和水分的光谱、多光谱图像特征及光照对检测的影响进行了研究,结果表明:该系统能够克服环境因素的影响,能够利用多传感信息对作物营养进行较准确的定量分析,其中,油菜氮素光谱特征模型的相关系数达到0.92,均方根误差为0.53。

综合季相节律和特征光谱的冬小麦种植面积遥感估算

及时准确地获取区域和国家尺度的作物种植面积和空间分布具有重要意义。针对目前中低分辨率遥感数据相结合方法的局限,提出一种新的作物类型识别方法。首先基于MODIS NDVI数据的时间优势,提取研究区各类植被的NDVI时间序列曲线,从而分析冬小麦在季相节律上的识别特征,构建冬小麦识别模型。再将MODIS像元分类处理,纯耕地像元利用冬小麦的季相节律特征识别;耕地与其他植被的混合像元利用混合像元分解的思想提取耕地组分的NDVI时间序列,从而进行识别,进一步根据空间关系将识别结果重新定位到中分辨率尺度上;冬小麦与其他作物的混合像元覆盖区则利用TM遥感影像的光谱差异加以区分。在伊洛河流域主要农业区,以冬小麦为识别对象,结果表明识别精度达到96.3%。该方法为作物种植信息的提取提供了新的解决问题的途径,也对其他类型作物的识别也具有重要的参考价值。

苗期作物和杂草的光谱分析与识别

田间杂草信息是指导变量喷洒除草剂的依据,利用光谱特征识别杂草的方法在实时性方面具有明显的优势。本文利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱法测量并分析了小麦、小藜和荠菜等几种杂草在70 0～110 0nm波长范围内的反射率,再运用SPSS统计软件进行判别分析。先把原始数据进行压缩和标准化处理,然后运用逐步判别分析法寻求特征波长点,最后以选定的特征波长点为变量建立判别模型进行判别分析。统计分析的结果表明:运用选定的特征波长点建立判别模型识别小麦和杂草的正确识别率达到了97% ;在6 80～75 0nm“红边”附近的特征波长点较为显著;在一定范围内,正确识别率随着特征波长点个数的增加而增加。本研究选定特征波长点,选择适当的滤光片,并配合黑白摄像机对小麦和杂草进行了多光谱图像采集和分析。

基于红外光谱的不同农作物秸秆磨木木质素差异表征

木质素是植物细胞壁中主要组分之一,其苯丙烷结构单元的单体结构和连接方式的复杂性直接影响木质素脱除和利用效果,了解不同农作物秸秆中木质素的差异,对提高秸秆的综合利用效率是非常必要的。该文选取代表性棉秆、玉米秸和小麦秆,分别提取磨木木质素,利用傅里叶变换中红外技术对棉秆、玉米秸和小麦秆三类秸秆磨木木质素进行红外表征,分析比较三类秸秆磨木木质素的差异,结果表明:1)三类秸秆磨木木质素G/S相对比值差别不大,并无明显规律;2)三类秸秆磨木木质素中,对羟基结构单元:玉米秸>小麦秆>>棉秆;愈创木基结构单元:棉秆>玉米秸>小麦秆;紫丁香基结构单元:玉米秸>小麦秆>棉秆;3)玉米秸和小麦秆磨木木质素相似度较高,而棉秆磨木木质素则更加接近于木本植物。

基于透射光谱的玉米叶片水分含量快速检测

为实现玉米叶片水分含量快速检测,利用近红外光谱仪在300~1 700 nm采用透射法对玉米叶片水分含量进行快速检测。试验利用烘干法对叶片水分梯度进行控制,并测量玉米叶片的透射光谱曲线和含水率。对透射光谱数据采用Savitzky-Golay方法进行平滑预处理,滤除光谱波动噪声干扰。分析了叶片透射光谱与含水率之间的相关关系,通过相关性分析提取敏感波长800、932、1 423 nm;利用主成分分析法提取敏感波长478、748、1058和1 323 nm。综合二者敏感波长最终筛选出水分敏感波长800、1 323、1 058和1 423 nm。利用这4个波长的组合得到比值植被指数、差值植被指数和归一化植被指数等12种植被指数,选取了最优差值植被指数DVI(1423、800)与透射率T1 323和T1 058建立了玉米叶片含水率多元线性回归诊断模型,建模集决定系数Rc2=0.968 8,验证集决定系数Rv2=0.951 9,预测结果方根误差为0.061。结果表明,利用透射光谱技术检测的玉米叶片水分含量具有较高的精度,可为植物叶片水分快速检测仪器开发提供指导。

用于作物光谱信息监测的微弱信号调理方法与电路设计

作物光谱信息监测仪是信息农业科研和精确农作技术的重要技术支撑。本文深入研究了作物光谱信息转换为电信号的原理和方法,分析并估算了测量误差,提出了误差控制的措施。在此基础上,针对作物光谱监测机理和作物光谱的基本特征,基于准确提取光谱中所负载的作物有效信息的根本性要求,设计并研制出性能良好的微弱信号调理的软硬件系统,有效的解决了作物光谱监测仪研制的关键问题和首要难题。田间测试的结果表明:所研制的微弱信号调理系统性能良好,完全能够适应田间的复杂环境,满足作物光谱信息的监测要求,具有很高的精度、线性度和稳定性。

太阳辐射强度与观测角度对冬小麦冠层反射高光谱的影响

掌握冠层反射光谱二向性反射特征,对提高遥感应用精度有重要意义。该文利用地面自动遥感平台对冬小麦冠层进行了连续观测,获取了大量的多角度高光谱遥感数据,分析了多种因素对冠层反射光谱的影响,并进行了NDVI与EVI的对比分析。结果表明:冠层反射光谱对天气有响应,随着太阳辐射增加冠层反射光谱增高,晴天变化更明显;观测角度的改变导致冠层反射光谱的差异,可用"热点效应"加"镜面反射"解释;与上述条件相适应,NDVI与EVI也表现出与冠层反射光谱相似变化;受红光和近红外波段的变化影响,NDVI与EVI之间的变化趋势较一致,两者相关系数R2>0.72,且P<0.01,呈极显著相关。该研究结果可为遥感观测角度的选择设计和植被指数的应用提供理论参考。

基于光谱和成像技术的作物养分生理信息快速检测研究进展

该文阐述了应用光谱和成像技术进行作物养分生理信息快速检测的主要研究进展和发展趋势。介绍了光谱和成像技术的基本原理、常用数据处理方法、建模方法和模型评价指标,重点总结了光谱和成像技术在5种常见农作物(水稻、小麦、油菜、玉米、大豆)的养分生理信息检测中的应用成果和研究进展(主要包括叶绿素类和氮素检测,病虫害、水分、杂草、重金属、农药胁迫诊断及产量预测等方面),分析了光谱和成像技术在作物生长信息检测的发展趋势。结果表明,光谱和成像技术能够快速无损获取作物养分生理信息,并能有效地对作物长势和逆境胁迫响应进行动态监测,对实现农业的精准化、数字化、信息化及智能化管理和作业具有重要意义。

昼夜不对称增温对冬小麦花后冠层反射光谱特性的影响

全球变暖具有明显的昼夜不对称性,温度升高影响冬小麦的生长发育,也改变了其冠层的光谱反射特性。为了研究昼夜不对称增温对冬小麦冠层反射光谱特性的影响,在南京采用开放式田间增温系统,开展昼夜不对称增温的人工控制试验,利用FieldSpec Pro FR光谱仪测定了2个冬小麦品种扬麦15和徐麦31的冠层反射光谱,分析了冬小麦开花后冠层光谱反射率和一阶导数光谱,比较了2种增温方式对冠层反射光谱特性的影响。结果表明,与CK相比,昼夜不对称增温处理(白天增温1℃,夜间增温3℃,T2)的冬小麦冠层反射率,在近红外波段的下降最为显著,且以开花期的冬小麦冠层近红外波段反射率降低幅度最大。昼夜对称增温处理(白天增温2℃,夜间增温2℃,T1)下的冬小麦冠层反射率变化与T2处理后的变化相似,但其反射率降低幅度小于T2处理。在开花期,扬麦15在CK、T1、T2处理下近红外波段反射率分别为0.70、0.61、0.55,而徐麦31在CK、T1、T2处理下近红外波段反射率分别为0.65、0.60、0.52。由一阶导数光谱可以发现,T1、T2处理下,扬麦15红边位置由738 nm变为花后20 d的731和730 nm,俆麦31表现相同的规律。T1和T2处理也使得红边峰值下降,在开花期红边峰值下降幅度最大,且T2处理下降幅度较T1处理更大。与光谱反射率变化相对应,T1和T2均使2品种的叶绿素质量分数和叶面积指数(leaf area index,LAI)显著降低,以T2处理降低幅度最大。因此,昼夜不对称增温影响了冬小麦LAI、叶绿素质量分数、细胞结构和衰老程度,进而表现出冬小麦冠层反射光谱反射率的下降。

作物冠层光谱的获取和应用研究进展

作物冠层光谱受作物的色素、组织结构和冠层结构影响。通过获取冠层光谱,适当数学运算后和农学参数建立相关监测模型,可以监测作物的长势、营养状况、病害危害情况、产量及品质。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域,并展望了未来发展方向。

基于HJ-1卫星CCD遥感数据的作物秸秆光谱识别模型与提取方法研究

作物秸秆信息的准确提取对于农业可持续发展与秸秆焚烧火点的探测有重要意义。本文在野外作物秸秆光谱采集与光谱特征分析的基础上,以江苏省扬州市区为典型研究区,依照HJ卫星CCD相机多光谱遥感波段进行光谱重采样,并结合HJ卫星CCD遥感数据,建立了作物秸秆光谱识别乘积指数(SMI),最后通过改进PSO最大类间方差算法对SMI影像进行"动态-全局"阈值分割,实现了作物秸秆信息的有效提取。

高光谱图像检测马铃薯植株叶绿素含量垂直分布

为了检测马铃薯作物叶绿素含量,该文按照叶片垂直分布位置采集马铃薯叶片样本的成像高光谱数据,提取并计算了400个划分区域的平均光谱,使用手持式SPAD-502叶绿素仪测定了相应位置的SPAD(soil plant analysis development)值。采用标准正态变量校正(standard normal variate,SNV)方法对光谱数据进行预处理,分析了开花期植株自下而上垂直叶位间光谱和叶绿素分布关系,其光谱反射率在382~700 nm区间随叶位的升高反射率增加(上>中>下),在700~1 019 nm范围下叶位反射率高于上部和中部叶位(下>上>中),且SPAD均值依次为36.41、43.11、47.04。分别采用相关系数分析法和随机蛙跳(random frog,RF)算法筛选叶绿素含量敏感波长,并建立偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)模型。结果如下:基于相关系数分析法筛选的12个敏感波长主要位于530~550和706~708nm范围,建模精度RC2为0.7 588,验证精度RV2为0.5 773;基于random frog算法筛选的11个敏感波长(554.62、560.26、575.04、576.35、595.09、604.7、649.44、731.8、752.78、786.38、789.97 nm),建模精度RC2为0.8 423,验证精度RV2为0.7 676。选取RF-PLS模型计算马铃薯叶片每个像素点的叶绿素含量,绘制不同叶位马铃薯叶片叶绿素含量可视化分布图,结果可反映马铃薯在开花期植株上叶片叶绿素动态响应关系,实现了不同叶位马铃薯叶片叶绿素含量无损检测以及分布可视化表达。

基于IRIV算法优选大豆叶片高光谱特征波长变量估测SPAD值

在植物叶绿素特征波长变量筛选过程中,与叶绿素关系较弱的波长变量极易被忽略,导致这些弱信息变量包含叶绿素的有效信息丢失,因此,确定叶片光谱中弱信息变量对揭示叶绿素高光谱响应规律具有重要意义。该研究以江汉平原大豆鼓粒期的叶片为研究对象,采集80组大豆叶片高光谱和SPAD(soil and plant analyzer development)值,分析SPAD值与大豆叶片反射率相关关系和光谱波长变量自相关关系,基于迭代和保留信息变量法(iteratively retains informative variables,IRIV)筛选大豆叶片的特征波长变量,建立偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)和支持向量机(support vector machine,SVM)模型估测SPAD值。结果表明,大豆叶片SPAD值与光谱反射率在可见光波段具有极显著负相关,在近红外波段存在不显著的正相关性(P>0.01);可见光、近红外2波段的波长变量之间相关性较弱,但2波段内变量之间的相关性较强;基于IRIV算法确定了大豆叶绿素的特征波长变量,利用特征波长变量建立的估测模型的估测能力高于仅利用强信息波长变量建立的估测模型,表明弱信息变量对估测叶片SPAD值具有重要意义;IRIV-SVM模型估测能力最优,验证集R2和相对分析误差(RPD)分别为0.73、1.82。该文尝试证明了光谱中弱信息变量的重要性,为揭示叶片高光谱响应机理提供了理论依据。

转vip3基因作物研究进展

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)杀虫晶体蛋白(Insecticidal Crystal Proteins,ICPs)转基因作物在全球种植已近15年。随着转基因作物种植面积的扩大,害虫对Bt杀虫蛋白产生抗性已成为一个严峻的问题。通过研究发现,苏云金芽孢杆菌的营养生长阶段可产生一种新的毒素,即VIP3蛋白。VIP3蛋白与已知的ICPs没有序列同源性和结构相似性,表达VIP3对十多种鳞翅目害虫具有毒杀作用,具有更广泛的抗虫谱,尤其可毒杀小地老虎(Agrois ipsilon)等对Bt非敏感害虫,对环境生物没有不良影响,是防治抗性害虫及扩大抗虫谱的一种新策略。

双唑草腈的除草活性及对不同水稻品种和后茬作物的安全性

双唑草腈(pyraclonil)为原卟啉原氧化酶(PPO)抑制剂,为明确其在水稻田的应用前景,采用室内生物测定法研究了双唑草腈的除草活性及对不同水稻品种的安全性,通过大田试验作了进一步验证,并评价了双唑草腈对水稻及后茬作物的安全性。结果表明,双唑草腈对水稻田禾本科杂草稗草、阔叶杂草鸭舌草均有很好的除草活性。在室内试验中,该药剂对稻田稗草和鸭舌草的ED50分别为11.50g/hm^2和8.22g/hm^2,均高于对照药剂丙草胺对稗草和鸭舌草的活性;双唑草腈在3种水稻和稗草之间的选择性指数分别为4.15、3.44和3.73,高于对照药剂;田间试验结果显示,1.8%双唑草腈颗粒剂162、216、324g/hm^2处理在药后20、40d对稗草、鸭舌草、节节菜及异型莎草的株防效均在98%以上,显著优于对照药剂80%丙炔噁草酮可湿性粉剂和50%丙草胺乳油;双唑草腈对水稻以及三种主要后茬作物小麦、油菜和小白菜安全。研究表明双唑草腈具有很好的应用前景。

基于主动光源的作物冠层反射光谱测量方法

结合自主研发的测量装置,对实现基于主动光源的冠层反射光谱测量方法进行了阐述。对测量装置的测量原理进行了论述,分析了高频调制光源模块、光电池响应一级放大模块、高通滤波模块、二级放大模块和信号提取模块5大功能模块。对其中一级放大电路的参数设计和信号提取模块的算法设计2个关键环节进行了理论分析与推导。应用自制测量装置对小麦冠层进行反射测量实验,实验结果表明:测量装置可以有效滤除环境光引起的响应,测量值稳定可靠,最大相对波动率小于4.97%。