水稻地上鲜生物量的高光谱遥感估算模型研究

不同氮素营养水平的水稻田间试验 ,采用单变量线性与非线性拟合模型和逐步回归分析 ,用 1999年试验数据为训练样本 ,建立水稻鲜生物量的高光谱遥感估算模型 ,用 2 0 0 0年试验数据作为测试样本数据 ,对其精度进行评价和验证。结果表明 ,高光谱变量与地上鲜生物量之间的线性与非线性拟合分析中 ,一些高光谱特征值如红边波长 (λr)、绿峰最大反射率 (Rg)和红谷最小反射率 (Rr)以及它们的组合 ,蓝边内一阶微分的总和 (SDb)与红边内一阶微分的总和 (SDr)构成的植被指数为变量的相关系数与地上鲜生物量之间相关密切。运用逐步回归技术找出原始光谱、一阶微分光谱和高光谱特征值与地上鲜生物量之间的最大相关波段。精度分析结果 ,以蓝边内一阶微分的总和 (SDb)与红边内一阶微分的总和 (SDr)构成的比值植被指数为变量的模型 ,作为高光谱估算地上鲜生物量的最佳模型。

基于最佳植被指数组合的水稻鲜生物量估测

目前已经开展了大量基于单一植被指数的水稻生物量遥感监测研究。但由于生物量随着水稻生长是一个动态变化的过程,单一植被指数只能反映某一时期水稻冠层和背景信息而不能精确地用于整个生育期生物量的监测。为此,采用40个植被指数,利用具有正交特性的逐步回归法,建立了一个彼此间包含较少冗余信息的植被指数组合,该组合中不同的植被指数适应于水稻不同生育期生物量的估算。运用具有非线性预测能力的支持向量机对植被指数组合估测效果进行验证,R^2达到0.81,RMSE达到0.51 kg/m^2。结果表明此植被指数组合相较于单一植被指数更能反应水稻生物量的动态变化过程,具有较好的生物量估算能力,为水稻全生期育生物量估算提供了一个有效工具。

稻秸还田提高我国南方典型稻田冬绿肥产量和养分积累

【目的】提高冬绿肥的产量和养分积累量有利于轮作系统中主作物的高产稳产和光、温、养分资源的高效循环利用。研究稻秸还田对冬季豆科绿肥生长和养分积累及土壤性状的影响,为稻田豆科绿肥的高产栽培及稻秸资源化利用提供指导。【方法】在广西、四川和安徽,分别以盐渍水稻土、紫色土和黄棕壤为供试土壤,进行相同处理的豆科绿肥盆栽试验,供试品种均为当地主栽品种。稻秸添加量设3个水平:0、3000、6000 kg/hm^(2)(S0、S1、S2),每个稻秸添加水平下设两个施氮水平:0和45 kg/hm^(2)(N0、N45),共包括6个处理。于豆科绿肥盛花期采集植株和土壤样品,测定鲜草产量和土壤理化性状。【结果】与稻秸不还田且不施氮肥处理(RS0N0)相比,盐渍水稻土、紫色土和黄棕壤上稻秸还田与氮肥配施处理的绿肥鲜草产量分别提高了63.0%~66.0%、35.2%~53.8%和103.6%~117.1%,植株氮累积量分别提高了19.1%~41.5%、43.7%~67.2%和65.1%~70.5%,磷累积量分别提高了12.1%~68.9%、31.4%~57.3%和37.9%~45.3%,钾累积量分别提高了22.0%~58.7%、30.7%~35.0%和89.2%~102.9%。在盐渍水稻土、紫色土,稻秸还田(S1、S2)均可提高绿肥鲜草产量和氮磷钾养分积累量,配合施氮没有进一步提高鲜草产量和氮磷钾养分积累量;而在黄棕壤与秸秆半量还田相比,稻秸全量还田降低了绿肥产量,但在一定程度上增加了绿肥地上部养分积累量,稻秸还田配合施用氮肥则显著增加了绿肥的产量和地上部养分积累量。盐渍水稻土稻秸还田与氮肥配施处理(RS1N45和RS2N45)提高了土壤有效磷含量;黄棕壤土壤有效磷含量、土壤速效钾含量随稻秸添加量增加先下降后上升,与不施肥对照相比,3种土壤上稻秸与氮肥配施处理均显著提高了土壤无机氮含量。偏最小二乘法路径模型分析表明,稻秸还田及土壤类型对豆科绿肥鲜草产量和地上部氮、磷、钾的累积量均有极显著正影响(P<0.01),氮肥处理仅对豆科绿肥鲜草产量有极显著正影响(P<0.01)。【结论】稻秸还田不同程度地促进了豆科绿肥对土壤速效养分的吸收,提高了豆科绿肥鲜草产量和地上部氮磷钾累积量。在肥力较高的盐渍水稻土和紫色土上,稻秸全量还田可显著增加豆科绿肥的鲜草产量,维持土壤有效养分,无需配合施用氮肥。在肥力较低的黄棕壤上,全量还田(6000 kg/hm^(2))需配施氮肥才可充分发挥稻秸还田的增产效果,缓解土壤中有效养分含量的下降。

稻草及氮调控对紫云英(Astragalus sinicus L.)生长和土壤性状的影响

【目的】研究不同用量稻草与氮肥配施对紫云英生长及土壤养分的影响,为优化紫云英高产栽培措施和解决秸秆资源化利用难题提供理论依据,进而实现紫云英-水稻轮作体系中的稻田氮肥减施和作物增产。【方法】设置稻草和氮肥双因素盆栽试验,3个稻草添加量(RS)分别为0(RS0)、3000 kg/hm^2(RS1)、6000 kg/hm^2(RS2),4个施氮量(N)分别为0(N0)、45 kg/hm^2(N45)、90 kg/hm^2(N90)、135 kg/hm^2(N135),共12个处理。测定紫云英鲜草产量及地上部氮、磷、钾累积量,分析土壤基础理化性状、微生物量碳、可溶性有机碳含量及6种与碳、氮、磷循环相关的土壤酶(β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖苷酶、β-木糖苷酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、磷酸酶)活性,探讨紫云英生长与土壤性状的关系。【结果】添加稻草和施用氮肥均显著提高紫云英鲜草产量和地上部氮、磷、钾累积量,与N0RS0处理相比,两者配施显著提高紫云英鲜草产量57.5%~323.8%;在N45、N90、N135水平下紫云英鲜草产量和地上部氮、磷、钾累积量均以RS2处理最高。紫云英地上部当季氮素回收率以N45RS1处理最高,与N90和N135施氮水平下各处理无显著差异。偏最小二乘法路径模型结果表明,相对稻草处理,氮肥处理对紫云英鲜草产量和养分累积量有更强的正效应。添加稻草和施用氮肥显著提高土壤酶活性,其中土壤亮氨酸氨基肽酶活性在4个施氮水平下均随稻草量的增加先上升后下降,另外5种土壤酶活性在N0、N45、N135水平下均以RS2处理最高,在N90水平下以RS1处理最高。聚合增强树分析表明,土壤速效钾含量和乙酰氨基葡萄糖苷酶活性对紫云英鲜草产量的贡献程度最大,贡献率分别为52.6%和30.0%。【结论】适量的稻草添加并配施氮肥可以显著提高紫云英鲜草产量、养分累积量和土壤酶活性,促进紫云英养分吸收,为紫云英高产创造条件。添加稻草可显著提高紫云英养分累积量和土壤速效养分含量,施氮对紫云英地上部氮磷钾养分累积量亦有显著影响。在本研究条件下,根据紫云英产量和养分吸收特征,并结合稻草资源化利用的目的,稻草6000 kg/hm^2、氮肥45~90 kg/hm^2为较适宜的施肥配比,具体施氮量可根据当地土壤肥力调整。