基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究样本.doc
《基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究样本.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究样本.doc(15页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、资料内容仅供您学习参考,如有不当或者侵权,请联系改正或者删除。基于光谱指数的冬小麦变量施肥效应研究蒋阿宁1,2, 黄文江1, 赵春江1, 刘克礼2, 刘良云1, 王纪华1( 1国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097; 2内蒙古农业大学农学院, 呼和浩特 010019) 摘要: 【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥, 实现冬小麦高产优质的目标。【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层光谱数据, 选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数( OSAVI, optimization of soil-adjusted vegetation
2、index) 和变量施肥模型进行变量施肥管理( 变量区) , 以相邻地块常规非变量( 均一) 施肥区( 对照区) 为对照, 研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段670 nm和760900 nm处反射率差异明显, 而670nm和760900nm是氮素和冠层的敏感波段, 说明进行变量施肥时, 利用基于这两个波段组合的光谱指数OSAVI优于其它波段组合的光谱指数; OSAVI不同生育时期的变化情况, 反映了变量施肥在调控作物长势及群体结构上的优势; 与对照区相比变量区提高产量达378.72 kgha-1, 并降低了各小区产量之间的变异,变量区土
3、壤硝态氮浓度降低, 氮肥利用率提高, 生态效益较为明显。【结论】该技术经过改进冬小麦群体质量, 延缓了植株衰老, 促进干物质和氮积累, 增加冬小麦产量和氮肥利用率。关键词: 冬小麦; 冠层光谱; 变量施肥; 产量Effects of Variable Nitrogen Application Based on Characteristics of Canopy Light Reflectance in Wheat JIANG A-ning1,2, HUANG Wen-jiang1, ZHAO Chun-jiang1, LIU Ke-li2, LIU Liang-yun1, WANG Ji-hu
4、a1(1National Engineering Research Center for Information Technology in Agricultural, Beijing 100097; 2Agricultural College, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019)Abstract: 【Objective】The aim of this study was to develop the time-specific and time-critical method to overcome the limit
5、ations of traditional field sampling methods for variable rate of fertilization.【Method】Experiments with uniform (CK) and variable rate of nitrogen fertilization were carried out during - on an experimental farm in Beijing (4010N, 11626E). The relationship between the vegetation index (OSAVI, optimi
6、zation of soil-adjusted vegetation index) and nitrogen content of wheat plant was used to determine the amount of nitrogen fertilizer recommended for variable rate management in precision agriculture. 【Result】 There was a big difference for canopy spectral reflectance between the two nitrogen applic
7、ation types in wavebands of 670 nm and 760-900 nm after variable-rate nitrogen fertilization. It was proved that the reliability of using OSAVI was preferable than other wavebands. OSAVI was used to estimate of the influence of variable rate nitrogen fertilization on winter wheat growth condition. A
8、nalysis based on the OSAVI variability of different growth states of winter wheat showed that variable rate nitrogen fertilization can improve the growth of wheat. Compared to the CK, the variable-rate nitrogen fertilization reduced the variability of wheat yield and increased wheat yield. It could
9、also prevent under ground water pollution and environmental deterioration. 【Conclusion】 The results suggested that accumulation rate of dry matter and N makes wheat yield and N use efficiency increase because of improving wheat population and leaving Senescence after variable rate nitrogen fertiliza
10、tion.Key words: Winter wheat; Canopy spectral reflectance; Variable nitrogen application; Yield0 引言【研究意义】施用氮肥是小麦生产中的重要措施, 适量施氮能提高小麦籽粒产量、 蛋白质含量并改进加工品质13, 但过量或不合理施氮不但不能达到高产优质的目的, 还会降低氮肥利用率, 增加氮肥损失, 污染环境4。本研究经过高光谱分析技术监测植株营养水平动态, 在冬小麦氮肥响应敏感的作业单元内, 根据作物的生长状况( 冠层光谱数据) 进行变量施肥, 提高氮肥利用率, 为施肥决策与适时观测数据相结合进行田间施
11、肥管理奠定理论基础。【前人研究进展】对变量施肥的效果, 国内外学者们做了一些研究。英国国家土壤资源所的Wood等5,6在英国小麦高产栽培经验的基础上, 用冠层绿色面积指数( green areage index, GAI) 或群体密度( population, P) 来指导变量施肥。若作物GAI或P数值大于标准值, 则施肥量低于标准用量; 若其数值小于标准值, 则施肥量高于标准量。其中增减肥料的用量等于单位GAI需要的氮量与GAI的增减值的乘积。Wittry等7对比了玉米和大豆轮作种植情况下变量施磷与传统施磷的试验结果, 认为施肥方法不影响作物对磷的反应, 变量施磷减少了12%41%磷肥用量。
12、美国科罗拉多州大学Koch等8研究了变量施氮的经济可行性, 研究表明变量施肥比传统施肥有更大的经济可行性。Mamo等9研究了空间和时间上最经济的玉米施肥量, 结果表明变量施氮比统一施氮肥料用量少, 经济收益高。在中国, 薛绪掌等10对冬小麦变量施氮的效果进行研究, 结果表明, 变量施氮区产量略低于均匀施肥, 且产量变异系数增加; 变量区的经济效益略低于对照区, 但变量施氮降低了土壤硝态氮浓度, 减少了污染地下水的可能, 生态效果明显。宋晓宇等11经过变量施肥前后作物光谱信息的变化, 建立了冬小麦拔节期与灌浆初期光谱特征值的变化量与变量施肥量之间的关系, 对变量施肥的效果进行了初步的评价, 结果
13、表明变量施肥能够改进冬小麦长势状况。梁红霞等12,13对冬小麦变量施肥效益也做了研究, 结果显示经过变量施肥能够改进冬小麦的长势差异状况, 显著提高了冬小麦籽粒产量。张书慧等14研究发现变量施肥能够在一定程度上提高玉米的产量, 并具有均衡土壤养分的作用。【本研究切入点】可是将施肥决策与适时观测数据相结合进行田间施肥管理方面的报道并不多, 特别是根据冠层光谱指数OSAVI( optimization of soil-adjusted vegetation index) 的变量施肥的资料更少。【拟解决的关键问题】本研究根据作物的生长状况( 冠层光谱数据) 进行变量施肥, 满足作物生长时期的养分需求
14、, 从而降低各生化参数之间的差异, 并就变量施肥对作物长势、 产量及生态效益进行了评价。1 材料与方法1.1 试验设计与处理试验于 在国家农业信息化工程技术研究中心精准农业试验基地进行。国家精准农业示范基地位于北京市昌平区小汤山镇, 地处北纬4010, 东经11626。试验选用主栽品种京冬8作为供试材料。播种时间为 9月28日, 播种量330345 kgha-1, 不施基肥。在冬小麦起身、 拔节期测定其光谱指数值提取OSAVI, 根据冬小麦追肥计算公式( 1-6) , 获得每个小区的施肥量作为变量施肥区( 共10个小区, 分别记做: Y-01、 Y-02、 Y-03、 Y-10, 以下简称变量
15、区) , 1个对照( 10个重复, 分别记为: CK-01、 CK-02、 CK-03、 CK-10, 各个重复施肥量为变量施肥区的平均施肥量, 以下简称对照区) , 随机区组排列, 其它条件完全相同。小区面积为3 m3 m, 变量施肥于 4月14日进行, 按各小区所用肥量, 分别称量装袋, 人工撒施。收获时间为 6月18日。1.2 供试土壤试验地土壤类型为潮土, 土壤中00.3 m土层中硝态氮含量为3.0015.04 mgkg-1, 全氮含量为0.094%0.098%, 有机质含量为1.53%1.58%, 有效磷含量为2.2021.18 mgkg-1, 速效钾的含量分别为106.96132.
16、77 mgkg-1。1.3 测定项目与方法1.3.1 小麦冠层光谱反射率的测定 小麦冠层光谱测量使用的仪器为ASD Fieldspec FR2500光谱仪, 该光谱仪的采样间隔为1.4 nm( 3501 000 nm区间) 和2 nm( 在1 0002 500 nm区间) 。所有光谱测量是在天气晴朗、 无风或风速很小时, 时间10001400测定。视场角25距地表1.30 m处垂直测定, 在视场范围内重复20次, 取平均值作为该小区的光谱反射值, 各小区测定前后, 进行参考板校正。1.3.2 产量的测定 6月17号在各小区内选择面积为2 m2的小麦, 收获至网袋中, 风干后脱粒测产。1.3.3
17、 土壤硝态氮测定 冬小麦收获后在各个小区内分00.3 m、 0.30.6 m两层取土, 每个小区取多点混合样, 采用酚二磺酸比色法, 对土样进行NO3-N的测定15。1.3.4 茎、 叶、 壳及籽粒全氮含量的测定 成熟期在各小区分别取0.5 m样段内的冬小麦植株, 按器官分开后, 烘干粉碎, 采用凯氏定氮法进行测定16。1.3.5 小麦追氮量计算方法 以Lukina等17的算法为基础来建立, 参考国家农业信息化工程技术研究中心 小汤山精准农业试验基地试验数据确定方程系数, 具体计算公式如下( 单位为kg) : A. 基于地物光谱数据计算优化土壤调节植被指数( OSAVI) , 所用波长为670
18、 nm和800 nm, 计算公式为: ( 1) 式中, R800和R670分别为800 nm和670 nm的光谱反射率值。B. 将OSAVI除以从起身期拔节期的日平均温度稳定高于0 的天数( growing degree days, GDD) , 得到当季估产系数INSEY( in-season estimate of yield) : INSEY=( OSAVIF4+OSAVIF5) /GDD ( 2) 式中, F4和F5分别为: 起身期和拔节期; GDD=( Tmin +Tmax) /2-4.4Tmin和Tmax分别为起身期至拔节期的日最低温和最高温。C. 目标产量( PGY, predi
19、ct potential grain yield) : PGY=24701INSEY+890.47( R2=0.618*) ( 3) D. 总需求量的确定( kgha-1) : N=0.0576PGY-131.08 ( 4) E. 用Feekes 5 OSAVI计算作物已吸收量PFNU( predicted grain N uptake, kgha-1) : PFNU=206.89OSAVIF5-120.49( R2=0.7915*) ( 5) F. 确定最终施肥量( 尿素kg) : 化肥需要量=( 总需求量-PFNU) /0.46/0.5 ( 6) 2 结果与分析2.1 变量施肥后不同氮处理
20、的冬小麦冠层敏感波段反射率的变化共选5个冠层敏感波段, 其中550 nm和670 nm是叶绿素吸收和氮素的敏感波段18,19, 1 450 nm和1 6501 850 nm是水分的敏感波段20,21, 760900 nm位于近红外高台区, 包括了丰富的植物细胞结构信息, 是冠层重要的敏感波段21。表1列出了变量区和对照区在不同波段冠层光谱的反射率及其变异度。表1 变量施肥之后变量区与对照区的冬小麦不同波段冠层光谱反射率及变异度Table 1 Changes in canopy spectral reflectance and its coefficient of variability at
21、different wave bands in two nitrogen application处理Treatment反射率 Reflectance(%)550 nm670 nm760900 nm1 450nm1 6501 850 nm变量区Variable-rate9.3079.44623.59317.36922.902对照区CK9.67010.89130.22316.55124.433变异系数CV( %) 2.70110.05117.4233.4114.573从表1中能够看出, 两种氮肥处理的反射率在各个波段均有差异, 550 nm和670 nm两个波段, 冠层光谱反射率表现为, 变量区大
22、于对照区, 这2个波段的吸收与叶绿素密切相关, 说明变量区冬小麦充分吸收了氮素, 冠层叶绿素密度( 单位土地面积上叶绿素的含量) 相对较高, 导致对冠层光谱吸收增强, 反射减小。在760900 nm、 1 450 nm和1 6501 850 nm波段冠层光谱反射率对照区高于变量区。在5个敏感波段中, 以670 nm和760900 nm波段的变异系数最大( CV分别为10.051%和17.423%) , 而670 nm和760900 nm是氮素和冠层的敏感波段, OSAVI正是670 nm与800 nm组合而成的, 这就提高了OSAVI估测氮素的精度, 为基于光谱指数的变量施肥提供了科学的基础。
23、2.2 变量施肥对冠层光谱指数( OSAVI) 的影响光谱指数是作物生长中重要的冠层结构参数之一, 与产量、 生物量、 叶面积指数、 叶绿素含量等密切相关18,22, 可定量地表明植被活力。表2是变量区与对照区不同生育时期冠层OSAVI的变化情况, 从表中可知变量施肥之前, 变量区OSAVI的平均值为0.3904小于对照区( 0.4038) , 变异系数( 18.20%) 大于对照区( 14.62%) , OSAVI作为一个综合表明植被覆盖度和氮素吸收量的参数, 其空间变异也间接表明了小麦植被本身生物量积累和氮素吸收总量的空间表2 变量区与对照区不同生育时期冠层OSAVI的变化Table 2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 光谱 指数 冬小麦 变量 施肥 效应 研究 样本
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。