基于高光谱遥感的小麦叶片氮积累量

作物氮素状况是评价长势、提高产量和改善品质的重要指标,因此叶片氮积累量的实时无损估测对作物生产的氮素管理具有重要意义.以多个小麦品种在不同施氮水平下的连续3a大田试验为基础,研究了小麦叶片氮积累量与冠层高光谱参数的定量关系.结果表明,冠层叶片氮积累量随着施氮水平的提高而增加,光谱反射率在不同叶片氮积累量水平下发生相应的变化.叶片氮积累量的敏感波段主要存在于近红外平台和可见光区,其中,"红边"区域表现最为显著.通过微分等技术构造多种植被指数,对高光谱参数和叶片氮积累量间进行相关回归分析,SDr/SDb、FD742和AVHRR-GVI 3个参数与叶片氮积累量关系最密切,方程拟合决定系数R2分别为0.9163、0.9097和0.9142,估计标准误差SE分别为1.165、1.079和1.077.经不同年际独立数据的检验表明,利用光谱参数FD742建立的模型对叶片氮积累量的估测精度为0.8449,预测的RMSE为0.984;红边位置REPIG对叶片氮积累量的估测精度和预测的RMSE分别为0.8394和1.014,表明预测值与观察值之间符合精度高,比较而言,FD742为自变量建立的模型可以更好地评估不同条件下叶片氮素积累状况.     

基于高光谱遥感的小麦冠层叶片色素密度监测

作物叶片色素状况是评价植株光合效率和营养胁迫的重要指标,冠层叶片色素密度（单位土地面积叶片色素总量）的实时无损监测对作物生长诊断、产量估算及氮素管理具有重要意义。以包括不同品质类型（高蛋白、中蛋白和低蛋白）的多个小麦品种在不同施氮水平下的连续2a大田试验为基础,研究了小麦叶片色素密度与冠层高光谱参数的定量关系。结果表明,叶片色素（叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b和类胡萝卜素）密度随施氮水平增加而提高,不施氮处理的叶片色素密度随生育进程而下降,施氮处理的叶片色素密度呈单峰曲线,品种间存在明显差异。群体叶片色素密度的敏感波段主要分布在可见光区,而红边区域导数光谱表现更显著。光谱参数VOG2、VOG3、RVI（810,560）、SRE／SBE和SDr／SDb等与叶绿素密度关系较为密切,线性方程决定系数R^2均在0．858以上,而与类胡萝卜素密度关系减弱,决定系数R^2低于0．780,且参数间差异较小。经独立试验资料的检验表明,VOG2、VOG3、SRE／SBE和SDr／SDb对不同色素的估测结果较好,预测相对误差RE低于17．6％,虽然对叶绿素b的准确性稍低。总体上,光谱参数VOG2、VOG3、SRE／SBE和SDr／SDb与小麦群体叶片色素密度关系密切,特别是对叶片叶绿素a和叶绿素a＋b的密度可以进行准确可靠的实时监测。     

不同蛋白质含量小麦品种叶片NRA与氮素积累关系的研究

以鲁麦５号和昌乐５号两种不同蛋白质含量小麦品种为材料,研究了各生育期叶片ＮＲＡ与氮素积累的关系。其结果是,在不同施氮量下,各生育期叶片ＮＲＡ、ＮＯ３＾－－Ｎ、ＮＨ２－Ｎ、还原Ｎ含量皆随施氮量增加而增加,但生育前期昌乐５号的毕大于鲁麦５号,而生育后期则相反,鲁麦５号的皆大于昌乐５号,籽粒蛋白质含量亦为鲁麦５号高于昌乐５号。表明生育后期（开花期后）叶片ＮＲＡ是反映籽粒蛋白质含量高低的一项重要指标。     

土壤肥力和施氮量对小麦氮素吸收运转及籽粒产量和蛋白质含量的影响

在不同土壤肥力条件下,研究了施氮量对小麦氮素吸收、转化及籽粒产量和蛋白质含量的影响。结果表明,增施氮肥可以提高小麦各生育阶段的吸氮强度,尤以生育后期提高的幅度为大认为是增施氮肥提高小麦籽粒产量和蛋白质含量的基础,增施氮肥虽提高了小麦植株的吸氮强度。吸氮量增加,但开花后营养器官氮素向籽粒中的转移率降低,增施氮肥不仅促进了小麦植株对肥料氮的吸收,而且也促进了对土壤氮的吸收,并讨论了在高、低土壤肥力条件下氮肥合理运筹的问题。     

遮光对小麦植株氮素转运及品质的影响

以耐弱光性不同的冬小麦品种扬麦158(耐弱光品种)和扬麦11(不耐弱光品种)为材料,研究了拔节至成熟期遮光对小麦籽粒产量、植株氮素代谢及籽粒和面团品质的影响.结果表明:拔节至成熟期遮光22%和33%时,扬麦158和扬麦11籽粒产量分别比对照下降4.1%～9.9%和15.3%～25.8%;而小麦籽粒蛋白质产量分别下降3.0%～8.3%和10.4%～14.1%,且随着遮光程度的加重,小麦籽粒氮素积累对花后氮素积累的依赖性增强.遮光条件下各营养器官中花前贮存氮素转运量均下降,但叶片氮素转运效率(RENP)上升,从而补偿了茎鞘、穗壳中RENP的下降,因此营养器官总RENP未受遮光条件的显著影响.拔节至成熟期遮光提高了小麦籽粒蛋白质含量,这与弱光下籽粒蛋白质积累量下降幅度小于产量下降幅度所形成的"浓缩效应"有关.弱光对成熟期小麦籽粒清蛋白和球蛋白含量无显著影响,但显著提高了醇溶蛋白和麦谷蛋白含量,导致小麦湿面筋含量、面团形成时间和稳定时间提高,面团弱化度降低.     

烯效唑干拌种对小麦氮素积累和运转及籽粒蛋白质品质的影响

通过田间试验,研究了不同烯效唑干拌种剂量对3个不同筋力小麦品种植株氮素积累、运转和籽粒蛋白质品质的影响,结果表明,基因型、环境及烯效唑处理对小麦品质的影响效应依次减小,且均达到了极显著水平,但三者的互作效应较小。烯效唑处理后提高了不同生态点下不同小麦品种籽粒蛋白质含量和产量,处理后的面筋含量和沉淀值增加,面团形成时间和稳定时间延长;干拌种增加了开花期各营养器官中的氮素含量和单株氮素积累量,花后氮素总转移量、总转移率及其对籽粒氮的贡献率极显著提高,且处理后旗叶中可溶性蛋白质含量在花后15 d内均显著高于对照;对籽粒中氮含量而言,烯效唑处理后提高了灌浆初期籽粒中的非蛋白氮含量,花后5—20 d内均高于对照,灌浆期间籽粒蛋白氮含量均高于对照,因而处理后的粗蛋白质含量变化动态特点为谷底高、回升快。研究认为,烯效唑处理如同基因、环境一样独立影响小麦籽粒品质,而烯效唑处理后提高了开花初期旗叶中的可溶性蛋白质含量和花前营养器官中氮素含量及花后氮素转运量,可能是其提高籽粒非蛋白氮含量、促进籽粒蛋白质含量增加和蛋白质质量提高的重要原因之一,烯效唑干拌种对小麦籽粒蛋白质品质的改善具有广适性。     

测墒补灌对冬小麦氮素积累与转运及籽粒产量的影响

2007-2009年,在田间条件下,以冬小麦品种济麦22为材料,以0-140 cm土层平均土壤相对含水量为指标设计4个测墒补灌试验处理:W0(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期65%+开花期65%)、W1(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期70%+开花期70%)、W2(土壤相对含水量为播种期80%+拔节期80%+开花期80%)和W3(土壤相对含水量为播种期90%+拔节期80%+开花期80%),研究不同水分处理对冬小麦氮素积累与转运、籽粒产量、水分利用效率及土壤硝态氮含量的影响。结果表明:(1)成熟期小麦植株氮素积累量为W1处理最高,W3处理次之,W0和W2处理最低,W0和W2处理间无显著差异;氮素向籽粒的分配比例为W2处理显著低于W1处理,W0、W1、W3处理间无显著差异。开花期和成熟期营养器官氮素积累量、营养器官氮素向籽粒中的转移量、成熟期籽粒氮素积累量均为W1>W3>W2>W0,各处理间差异显著。(2)随着小麦生育进程的推进,0-200 cm土层土壤硝态氮含量先降低后回升再降低,在拔节期最低。成熟期W0和W1处理0-200 cm土层土壤硝态氮含量较低,W2和W3处理120-200 cm土层土壤硝态氮含量较高。(3)W0处理小麦氮素吸收效率、利用效率和氮肥偏生产力最低;随灌水量的增加,氮素利用效率呈先升高后降低趋势;W1处理小麦对氮素的吸收效率和利用效率较高,氮肥偏生产力最高。W0处理水分利用效率较高,但籽粒产量最低;灌水处理籽粒产量、灌溉水利用效率和灌溉效益两年度均随测墒补灌量的增加而显著降低。在本试验条件下,综合氮素利用、籽粒产量、灌溉水利用效率及土壤中硝态氮的淋溶,W1是高产节水的最佳灌溉处理,在2007-2008年和2008-2009年度补灌量分别为43.83 mm和13.77 mm。     

稻茬冬小麦氮肥吸收、残留和损失特性

为推进稻茬小麦氮肥合理施用,采取田间¹⁵N示踪技术研究了施氮量(0、150、225、300 kg·hm^-2,分别表示为N₀、N₁₅₀、N₂₂₅、N₃₀₀)对氮肥回收、残留、损失和籽粒产量的影响。结果表明: 随施氮量增加,小麦植株不同来源氮素积累量显著增加,氮肥回收率则显著下降。基肥氮以越冬至拔节期在植株中的积累量最高,追肥氮以拔节至开花期积累量最高;成熟期各处理追肥氮在植株中的积累量均高于基肥氮,N₁₅₀处理植株中土壤氮的积累量高于肥料氮,N₂₂₅、N₃₀₀处理呈相反趋势。随施氮量增加,成熟期0～100 cm土层氮肥残留量显著增加,肥料氮在60～100 cm土层残留比例逐渐升高。小麦全生育期氮肥损失量和损失率均随施氮量增加而增加,基肥氮损失量以播种至越冬期最高,追肥氮损失量以拔节至开花期最高。综合考虑籽粒产量,N₂₂₅处理可作为稻茬小麦氮肥推荐用量,相应的籽粒产量为6735 kg·hm^-2,氮肥回收率、土壤残留率和损失率分别为42.6%、34.0%和23.3%。     

施氮量对小麦氮磷钾养分吸收利用和产量的影响

高产条件下研究了不同施氮量对小麦植株氮、磷、钾养分吸收利用及籽粒产量的影响.结果表明,适量施氮可促进小麦植株对氮素的吸收与积累,较高的施氮量不利于起身期之后的氮素积累,致使成熟期小麦氮素积累量未能显著提高;与不施氮肥相比,施氮显著提高植株磷素积累量;随施氮量增加,植株磷素积累量增加不显著;施氮量增加促进小麦生育前期对钾素的吸收积累,在生育后期降低植株钾素的流失.随施氮量增加,籽粒氮素含量呈先增后降的趋势,氮素向籽粒的分配比例趋于降低,植株氮素利用效率无显著变化,氮素收获指数下降;不同施氮处理之间籽粒磷素含量和钾素含量无显著差异,施氮量增加,营养器官钾素含量、钾素积累量和钾素向叶片的分配比例均呈增加趋势;同时,磷素和钾素利用效率降低;不同施氮处理间,植株磷素、钾素收获指数无显著差异.籽粒产量随施氮量增加呈先增加后降低的趋势,以施氮195 kg/hm2的处理籽粒产量最高.     

休闲期深翻覆盖对旱地小麦水氮利用效率和产量的影响

采用大田试验研究了旱地小麦休闲期不同时间深翻、不同材料覆盖对植株氮素吸收和转运分配、水分和氮利用效率的影响.结果表明:前茬小麦收获后45 d深翻覆盖较15d提高了拔节期、孕穗期、成熟期植株含氮率,提高了各生育时期植株氮积累量和各生育阶段氮吸收速率,提高了花前氮素转移量、转移率,提高了液态地膜覆盖和不覆盖条件下花前氮素转运对籽粒氮的贡献率,提高了籽粒氮积累量及其所占的比例,降低了叶片、茎秆、颖壳+穗轴中氮积累量所占的比例,且均以采用渗水地膜覆盖效果较好;前茬小麦收获后45 d深翻覆盖较15 d增加了产量和水分利用效率,提高了氮素吸收效率、氮素生产效率.总之,休闲期等雨后深翻覆盖有利于植株氮素吸收、积累,有利于花前植株中贮存氮素向籽粒的转移,促进籽粒中氮素积累,降低其他器官中的氮素,最终提高产量、水分利用效率、氮素吸收效率及氮素生产效率,且以渗水地膜覆盖效果较好.