应用近红外光谱法估测小麦叶片糖氮比

糖氮比能够反映作物碳氮代谢的协调程度,及时、准确地监测糖氮比对于作物氮素营养诊断和调控具有重要意义.本研究以不同年份、品种、施氮水平的小麦大田试验为基础,获取鲜叶和粉末状干叶近红外(NIR)光谱及糖氮比信息,分别运用偏最小二乘法(partial least squares, PLS)、BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)和小波神经网络(wavelet neural network, WNN)3种方法建立了小麦叶片糖氮比预测模型,并利用随机选择的样品集对所建模型进行测试和检验.结果表明： 小麦鲜叶光谱模型预测性能不佳;而干叶片预测模型表现了较好的准确性,在1655~2378 nm谱区范围内基于3种方法构建的干叶粉末糖氮比估算模型,其预测均方根误差均低于0.3%,决定系数均高于0.9.比较而言,WNN法表现最佳.总体显示,近红外光谱法可以准确预测小麦叶片糖氮比状况,为科学诊断糖氮比提供了理论基础和技术途径.     

水稻上部叶片叶绿素含量的高光谱估算模型

叶片叶绿素 (Chl) 状况是评价植株光合效率和营养胁迫的重要指标,实时无损监测Chl状况对作物生长诊断及氮素管理具有重要意义.以不同生态点、不同年份、不同施氮水平、不同类型水稻品种的4个田间试验为基础,于主要生育期同步测定了水稻主茎顶部4张叶片的高光谱反射率及Chl含量,并计算了350～2500 nm范围内任意两波段组合而成的比值(SR[λ1,λ2])和归一化(ND[λ1,λ2])光谱指数以及已报道的对Chl敏感的光谱指数,进一步系统分析了叶片Chl含量与上述光谱指数之间的定量关系.结果表明,红边波段的比值和归一化光谱指数可以较好地预测水稻上部4叶的Chl含量(R~2>0.9),但对于不同Chl指标其最佳组合波段有所差异.估算叶绿素a (Chla)、叶绿素总量(Chla+b)和叶绿素b (Chlb)的最佳比值光谱指数分别为SR(724,709)、SR(728,709)和SR(749,745),方程拟合决定系数R~2分别是0.947、0.946、0.905;最佳归一化光谱指数分别为ND(780,709)、ND(780,712)和ND(749,745),R~2分别是0.944、0.943、0.905.引入445 nm波段反射率对上述光谱指数进行修正,可以降低叶片表面反射差异的影响,提高模型的应用范围.利用不同年份独立的试验资料对所建模型进行了检验,结果表明,修正型比值光谱指数 mSR(724,709)、mSR(728,709) 和 mSR(749,745),以及修正型归一化光谱指数mND(780,709)、mND(780,712) 和 mND(749,745) 预测 Chla、Chla+b 和 Chlb 的效果更好,其测试的RMSE分别为 0.169、0.192、0.052、0.159、0.176、0.052,RE分别为8.18%、7.74%、13.01%、8.26%、7.59%、12.96%,均较修正前降低,说明修正后的光谱指数普适性更好.     

不同水分条件下氮素供应对小麦植株氮代谢及籽粒蛋白质积累的影响

土壤水分逆境是限制小麦籽粒品质形成的重要生态因子,明确土壤水分逆境下小麦籽粒品质形成的生理机制及调优技术途径,对于深化小麦品质生理生态研究和指导小麦调优栽培具有重要的理论意义和应用前景。在防雨池栽条件下,设置渍水、干旱和对照3个水分处理,每个水分处理下再设置120和240 kg.hm-2两个施氮水平,研究了花后渍水和干旱逆境下氮素对两个籽粒蛋白质含量不同的小麦品种植株氮代谢和籽粒蛋白质积累的影响。结果表明,与正常水分处理相比,花后干旱和渍水均降低旗叶硝酸还原酶活性、叶片总氮含量和游离氨基酸含量。干旱处理提高了茎鞘总氮与游离氨基酸含量以及籽粒蛋白质含量,而渍水处理则使其降低。水分逆境下增施氮肥提高旗叶硝酸还原酶活性、叶片与茎鞘总氮和游离氨基酸含量以及籽粒游离氨基酸和蛋白质含量。花后干旱和渍水均显著降低了小麦籽粒产量和蛋白质产量。增施氮肥提高适宜水分和水分亏缺条件下小麦籽粒产量,但不利于渍水下小麦产量的提高。这说明,花后渍水和干旱逆境下施用氮肥对小麦植株氮代谢和籽粒蛋白质积累有明显的调节效应。     

还田秸秆分解与氮素释放的动态模拟

还田秸秆的分解与氮素释放动态是作物养分管理的重要依据。建立了秸秆分解氮素释放动态的“整吞”式动态模拟模型。模型由秸秆有机质分解和残余有机质含氮率动态模拟两部分组成,有机质分解的温度效应用指数函数描述,水分效应用分段线性函数描述,用“标准天”反映温度与水分的综合影响,残余有机质含氮率动态变化用“标准天”为变量的函数模拟,初始秸秆含氮量与残余秸秆含氮量之差即为秸秆分解的氮素净释放。“整吞”式较之“吃馅饼”式建模构思,所需参数少且易通过实验获得,增加了模型的可用性,利用在淮北滨海地区小麦的试验资料对模型的有效性进行了验证。     

氮形态对不同小麦基因型氮素吸收和光合作用的影响

利用水培试验,研究了3个小麦基因型对不同形态N素吸收和积累的差异.结果表明,在不同N浓度下,小麦对增铵营养和NH⁺的吸收速率显著高于NO₃^-营养,且在较高浓度下,增铵营养处理具有更强的吸收优势.与次敏感型莱州953和钝感型江东门相比,敏感型扬麦158不仅具有较强的NO₃^-和NH⁺吸收能力,而且具有最强的增铵营养吸收能力.增铵营养促进了扬麦158和莱州953对NO₃^-和NH⁺的吸收,但在一定程度上抑制了江东门对NO₃^-的吸收.与NO₃^-营养及NH⁺营养相比,增铵营养显著提高了扬麦158和莱州953的全株、地上部N积累量和叶片光合速率,而对江东门影响较小因此,增铵营养促进了植株的N吸收,提高了N积累和光合速率,从而促进了小麦生长     

小麦不同品种和播期对发育阶段的效应

以热时间（thermal time)为尺度研究了小麦不同品种和播期对发育阶段的效应,结果表明,小麦分蘖发生的早晚以生态因子调控为主,基因型差异较小;分薛- 节期为冬性品种（京411）一生中可变性最大的生育阶段,穗分化进入单棱斯的早晚以基因型效应为主,生态因子的影响次之,单棱－二棱期为春化作用的敏感期,冬性品种晚播（3月2日）春化效应可延迟到小花原基分化期之前,小麦物候期与穗发育阶段的对应关系具有一定的可变性,冬性品种较强的春化作用增加了其生态可变叶原基数;春化过程结束前,物候发育及穗发育阶段累计GDD与相应生殖器官原基分化的数的相关性不明显,春性品种（扬麦158）的物候发育及药隔分化期之前的穗发育阶段与各类顶端原基的分化数均具有极显著的正相关关系。     

增铵营养对小麦光合作用及硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的影响

采用水培试验研究不同形态氮营养(NH4^+／NO3^-分别为0／100、50／50和100／0)对小麦光合作用及氮代谢关键酶活性的影响．结果表明,增铵营养较单—NO₃^-营养显著提高叶片叶绿素含量、净光合速率及可溶性糖含量,叶、根中可溶性蛋白质含量和叶片硝酸还原酶活性。而对谷铵酰胺合成酶活性影响较小．与单—NO₃^-营养相比。增氨营养下叶片较高的可溶性糖含量与净光合速率的提高相关。而维持较高的叶片和根系可溶性糖／可溶性蛋白质比例有利于氮同化和生长．因此,增铵营养下提高了叶片净光合速率、可溶性糖含量和硝酸还原酶活性。维持较高叶片和根系可溶性糖／蛋白质比例。从而促进小麦生长．     

麦-稻两熟集约生产土壤养分平衡与调控研究

以兴化市钓鱼乡为例,研究了麦－稻两熟集约生产的土壤有机质、养分的动态平衡以及调控途径。结果表明,在不同的管理模式下,高产农田有机物归还量比一般产量条件下高１４．２２％￣１８．６９％,氮、磷盈余量、钾亏缺量分别为３８０．０￣４３２ｋｇ／ｈｍ＾２、１９．１５￣３２．７８ｋｇ／ｈｍ＾２、９９．１￣１７４．０ｋｇ／ｈｍ＾２,与一般产量条件下比较,氮、磷盈余量提高,而钾的亏缺量相近,提出了改善高产农田土壤肥     

小麦不同蘖位叶片出生的两段线性模式及其品种、播期效应

叶片出生动态是小麦生长发育进程及其协调状况的重要表现,研究发现,小科叶片出生与播后累积ＧＤＤ（ｆｇｒｏｗｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｓｏｗｉｎｇ）的关系遵循两段（阶段Ⅰ快于阶段Ⅱ）线性模式,护颖分化期为两段模式的分界点,这一规律在正常发育的冬性和春性品种的７主茎及分蘖中表现一致,冬性品种播期１（９月３０日）、播期３（３月２日）的主茎及冬、春性品种各播期的Ｔ３分蘖,因生长发育异常而”     

不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响

为探明土壤水分对水稻生长发育的影响机理,以武香粳14和两优培九为试验材料,分析了不同土壤水分处理下(W1、W2、W3和CK分别表示土壤体积含水量为20%、30%、40%和5cm水层灌溉)的水稻光合特性、产量及水分生产率等。结果表明,轻度水分胁迫(W3)具有处理间最大的叶片气孔导度、蒸腾速率和净光合速率,其他处理规律不显著。灌浆初期各水分处理下叶位间光合指标均表现为:剑叶＞顶2叶＞顶3叶>顶4叶,其他生育期规律不显著。与对照处理(CK)相比,武香粳14的W1、W2和W3处理的产量分别减少61.14%和29.13%、增加0.96%,水分生产率分别减少10.69%、增加1.53%和20.61%;两优培九的产量分别减少64.11%和28.76%,增加2.08%,水分生产率分别减少16.39%,增加2.46%和22.13%。研究结果为水稻精确灌溉和节水生产提供了技术支撑。