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基于光谱敏感变量优选的澳洲坚果叶片氮素含量估算

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热带作物学报 2024年

作者：陈桂良黎小清许木果刘忠妹耿顺军杨丽萍云南省热带作物科学研究所

利用高光谱遥感技术探索澳洲坚果叶片氮素含量估算方法，以实现澳洲坚果氮素营养快速诊断。本研究以临沧和西双版纳为研究区，获取澳洲坚果品种O.C和HAES344叶片的光谱反射率和氮素含量，首先采用对数变换、导数变换及其组合对原始光谱... 详细信息

利用高光谱遥感技术探索澳洲坚果叶片氮素含量估算方法，以实现澳洲坚果氮素营养快速诊断。本研究以临沧和西双版纳为研究区，获取澳洲坚果品种O.C和HAES344叶片的光谱反射率和氮素含量，首先采用对数变换、导数变换及其组合对原始光谱反射率进行多种数学变换，然后分析澳洲坚果叶片氮素含量与不同变换形式光谱数据的相关性；在决定系数较大的原则下，选择决定系数曲线图中波峰特征点对应的波长作为氮素敏感波长，从而得到相应的氮素敏感光谱变量；运用逐步回归法对氮素敏感光谱变量进一步优化，并采用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量回归(SVR)三种方法构建澳洲坚果叶片氮素含量估算模型；最后，分别利用验证集和测试集对构建的澳洲坚果叶片氮素含量估算模型性能进行测试。结果显示，MLR、PLSR、SVR等3种模型估算能力均表现良好，验证集和测试集的相对分析误差(RPD)均在2.0以上；其中，PLSR模型为最优估算模型，验证集和测试集的RPD分别为2.099与2.110。从反射率(R)、对数变换(LR)、一阶导数(FDR)、对数变换的一阶导数(FDLR)、二阶导数(SDR)、对数变换的二阶导数(SDLR)等6种变换光谱数据中优选的19个氮素敏感光谱变量，对氮素光谱响应具有较强的稳定性；基于优选的19个氮素敏感光谱变量，用常规的回归建模方法均能取得良好的估算效果，且具有较强的区域普适性。本研究从多种变换光谱数据中优选氮素敏感光谱变量，为澳洲坚果叶片氮素含量估算提供了新思路。

关键词：澳洲坚果高光谱氮素营养光谱变量估算模型

基于叶片和冠层尺度光谱特征的烤烟氮素营养诊断

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基于叶片和冠层尺度光谱特征的烤烟氮素营养诊断

作者：王韦燕中国农业科学院

学位级别：硕士

烤烟作为我国重要的经济作物,在生长过程中合理施用氮肥对于保障其产量和品质具有重要的意义。随着现代科技的发展,光谱诊断技术成为近年来作物氮素营养诊断的重要发展方向。本文基于2021年、2022年两年田间氮素梯度试验,围绕叶片和冠... 详细信息

烤烟作为我国重要的经济作物,在生长过程中合理施用氮肥对于保障其产量和品质具有重要的意义。随着现代科技的发展,光谱诊断技术成为近年来作物氮素营养诊断的重要发展方向。本文基于2021年、2022年两年田间氮素梯度试验,围绕叶片和冠层两个尺度,获取烤烟叶片氮浓度(Leaf nitrogen concetration,LNC)、叶片SPAD值(SPAD)、叶片氮累积量(Leaf Nitrogen ac cumulation,LNA)、地上部生物量(Above Ground Biomass,AGB)、植株氮浓度(Plant Nitroge n Concentration,PNC)和植株氮累积量(Plant Nitrogen Accumulaiton,PNA)等反映烤烟氮素营养状况的指标,并同步采集了烤烟叶片高光谱数据和冠层植被指数,在此基础上构建了基于叶片和冠层光谱特征的烤烟氮素营养诊断体系。为后期田间氮素养分管理提供了理论依据。主要的研究结果如下:(1)田间试验结果表明:施氮量为120 kg/hm的烤烟在旺长期前氮素养分供应充足;干物质量累积和氮素养分吸收主要集中在移栽后30～80 d内,最大吸收速率分别出现在移栽后63 d和66 d;符合优质烟叶的生产要求(成熟期氮素吸收20.53%)。(2)通过探究烤烟移栽后的天数、氮肥用量和氮素营养诊断指标三者之间的关系,结合最高产量施氮量和最佳经济施氮量构建了叶片和冠层尺度的烤烟氮素营养诊断指标的标准。其中,施氮量和烟叶产量之间满足二次函数关系(=-0.103+25.515+1549.703),经肥料效应方程计算得到最高产量施氮量为123.9 kg/hm,最佳经济施氮量为87.3 kg/hm,对应烟叶产量分别为3129.9 kg/hm、2992.2 kg/hm。(3)在叶片水平上,光谱中存在的不相关信息会显著影响用于量化LNC、SPAD和LNA诊断模型的性能。经一阶导数(1-Der)处理后的模型预测精度有所提高;在选择特征波长变量进行构建模型方面,竞争自适应重加权采样(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)方法优于连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)方法;对于模型构建,随机森林(Ran dom Forest,RF)的预测性能优于偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR),但在建模过程中容易出现过拟合问题,PLSR模型的稳健性优于RF模型。通过综合评估,LNC、SP AD和LNA的最佳诊断模型分别为:1-Der/CARS-RF(R=0.68,RMSE=0.21%)、1-Der/SPA-RF(R=0.83,RMSE=2.81)和1-Der/SPA-PLSR(R=0.85,RMSE=0.44 g/plant)。(4)在冠层水平上,冠层光谱特征显示出良好的PNA预测能力,中等的AGB和较差的PNC预测能力。通过综合评估,PNA适用于植被指数构建的单一变量模型:PNA=6.938-44.424OSAVI+76.472OSAVI(R=0.76,RMSE=0.32%),AGB适用于宽波段光谱信息构建的多变量模型:AGB=0.287+1.043B-2.196G+0.406R+1.056RE-0.154NIR(R=0.64,RMSE=18.76 g/plant)。在实际应用中,可基于烤烟叶片/冠层光谱特征和诊断模型获取烤烟氮素营养诊断指标的具体值,并通过对比生育期内氮素营养诊断指标的最佳范围,指导烤烟田间氮肥管理。

关键词：烤烟光谱植被指数氮素营养诊断模型

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氮素营养对芥蓝生长和品质的影响

农业工程学报 2005年第Z2期21卷 143-146页

作者：陈日远刘厚诚宋传珍孙光闻华南农业大学园艺学院广州510642

利用营养液培养研究不同施氮水平对芥蓝生长和菜薹品质的影响。结果表明:在一定施氮范围内,芥蓝单株经济产量和生物产量都随着施氮量的增加不断提高,当施氮水平达到1*N以上时,施氮量的增加对芥蓝产量无明显影响。高氮水平会导致V c、糖... 详细信息

利用营养液培养研究不同施氮水平对芥蓝生长和菜薹品质的影响。结果表明:在一定施氮范围内,芥蓝单株经济产量和生物产量都随着施氮量的增加不断提高,当施氮水平达到1*N以上时,施氮量的增加对芥蓝产量无明显影响。高氮水平会导致V c、糖等营养成分含量下降,品质变差。芥蓝体内硝酸盐含量随着施氮量的增加而不断提高,当施氮水平超过1*N以上,硝酸盐大量积累,且芥蓝薹叶硝酸盐积累量明显高于薹茎。

关键词：芥蓝氮素营养生长品质

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氮素营养诊断技术的发展及其在花生上的应用

辽宁农业科学 2022年第1期 50-55页

作者：韩宁史普想金振张宇蔡立夫陆岩王海新辽宁省沙地治理与利用研究所辽宁阜新123000

氮素营养不仅是限制各种农作物的产量和品质的关键因素,同时又是影响农田生态环境的重要因素。运用氮素营养诊断技术指导氮肥的合理使用,不仅能提高氮肥的利用率,降低生产成本,还可以减少环境污染的风险。氮素营养诊断技术包括传统诊断... 详细信息

氮素营养不仅是限制各种农作物的产量和品质的关键因素,同时又是影响农田生态环境的重要因素。运用氮素营养诊断技术指导氮肥的合理使用,不仅能提高氮肥的利用率,降低生产成本,还可以减少环境污染的风险。氮素营养诊断技术包括传统诊断技术和无损诊断技术。介绍了多种氮素营养诊断的方法,并对其优缺点、应用现状和发展前景进行了综述,此外,还分析了在花生生产中进行氮素营养诊断的必要性及其重要意义,并在此基础上阐述了氮素无损诊断技术在花生上的应用以及展望。

关键词：花生传统诊断无损诊断氮素营养

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氮素营养对马褂木家系苗木生长效应分析

林业科学研究 2009年第1期22卷 85-90页

作者：樊瑞怀杨水平周志春金国庆西南大学资源环境学院重庆400716 中国林业科学研究院亚热带林业研究所浙江富阳311400

选用来自贵州黎平马褂木优良种源的23个优树自由授粉家系，设置低氮素和高氮素2种水平的盆栽试验，以研究马褂木家系苗生长对氮素营养的遗传反应差异及所受遗传控制。结果表明：不同氮素水平下，马褂木苗的生长、干物质积累、叶片和根... 详细信息

选用来自贵州黎平马褂木优良种源的23个优树自由授粉家系，设置低氮素和高氮素2种水平的盆栽试验，以研究马褂木家系苗生长对氮素营养的遗传反应差异及所受遗传控制。结果表明：不同氮素水平下，马褂木苗的生长、干物质积累、叶片和根系等性状皆存在显著的家系遗传差异；低氮胁迫将显著抑制马褂木苗叶片发育和根系生长，影响苗高生长和干物质积累，但低氮素水平下生产的光合产物则较多地分配至地下根系部分以促进对氮素的吸收利用；与高氮处理比较，低氮胁迫加大了苗木生长、叶片和根系参数等家系遗传分化，有利于鉴别高氮效率的马褂木优良家系。马褂木家系氮效率差异很大，变化在17．5％～98．8％间，初选出乌10等8个高氮效率且在低氮素水平下生长优良的家系，以及乌11等12个氮肥敏感型而在高氮素水平下生长优良的家系。研究发现，低氮素水平下马褂木苗高、干物质积累量、叶片性状（叶片数、叶片长、叶片宽）、根系参数（根体积、侧根数和须根数）等都受中到强度的家系遗传控制，可用这些子性状评价马褂木家系氮效率。

关键词：马褂木家系苗木生长氮素营养氮效率

氮素营养与水分胁迫对大豆产量补偿效应的影响

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生态学报 2010年第10期30卷 2665-2670页

作者：褚丽丽张忠学东北农业大学哈尔滨150030 黑龙江大学哈尔滨150086

在大豆营养生长期,对大豆进行不同程度的干旱锻炼,同时改变土壤中的施氮水平,研究大豆产量及其构成因子对干旱胁迫复水的反应机制,为大豆节水增产及抗旱机制的实践探索提供理论依据。水分胁迫强度、历时和氮素营养都对大豆产量及其构成... 详细信息

在大豆营养生长期,对大豆进行不同程度的干旱锻炼,同时改变土壤中的施氮水平,研究大豆产量及其构成因子对干旱胁迫复水的反应机制,为大豆节水增产及抗旱机制的实践探索提供理论依据。水分胁迫强度、历时和氮素营养都对大豆产量及其构成因子的补偿效应产生明显影响,水分胁迫抑制了大豆单株粒数的增长,但可以显著提高百粒重;氮素营养会抑制大豆百粒重的增加,但在一定水分条件下可以显著提高单株籽粒的数量,然而随着水分胁迫程度的加重,单株粒数的增加幅度也会相应减少。虽然氮素营养和水分胁迫使大豆产量构成因子产生补偿效应的阈值范围不同,但二者具有一定的耦合区域,在耦合区域内(水分胁迫时间14d左右、土壤含水量为田间持水量的50%—55%、施氮量在97.5—225kg/hm2之间)单株粒数和百粒重都产生较强的补偿效应,二者的协同作用显著提高了大豆的经济产量,使大豆产量表现出较强的补偿效应。结果表明:氮素营养和适度水分胁迫可以通过不同途径提高大豆植株的生长能力,当二者结合后大豆的补偿生长机制更为复杂,最终表现为水分胁迫提高了大豆的百粒重,而氮素增加了大豆单株粒数,二者协同作用使大豆经济产量显著增加。

关键词：氮素营养水分胁迫补偿效应大豆产量

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氮素营养对水稻纹枯病菌致病力的影响

南方农业学报 2015年第6期46卷 1012-1017页

作者：曾泉胡春锦史国英余功明农泽梅陈棠明岑贞陆魏源文广西农业科学院微生物研究所南宁530007 广西大学农学院南宁530005 贺州学院广西贺州542600 广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室南宁530007

【目的】探讨氮素营养对水稻纹枯病菌致病力的影响,为该病害防治提供理论依据。【方法】将分别在含氮量相同的7种不同氮源培养基及含氮量不同的5种改良察氏培养基上培养的水稻纹枯病菌未成熟菌丝接种至分蘖末期水稻植株倒2叶叶片中部,... 详细信息

【目的】探讨氮素营养对水稻纹枯病菌致病力的影响,为该病害防治提供理论依据。【方法】将分别在含氮量相同的7种不同氮源培养基及含氮量不同的5种改良察氏培养基上培养的水稻纹枯病菌未成熟菌丝接种至分蘖末期水稻植株倒2叶叶片中部,观察和比较不同培养条件下水稻纹枯病菌对水稻的侵染和致病效果。【结果】在不同氮源条件下培养的水稻纹枯病菌对水稻的致病力存在一定差异,其中以蛋白胨、硫酸铵、硝酸钠、氯化铵、硝酸钾为氮源培养的水稻纹枯病菌均表现出较强的致病力,而以甘氨酸和尿素为氮源培养的水稻纹枯病菌的致病力相对较弱。在Na NO3浓度分别为0、0.5、1.0、2.0和3.0 g/L的改良察氏培养基上培养的水稻纹枯病菌对水稻叶片的侵染效果不同,接种18 h后,在Na NO3浓度为0.5和1.0 g/L条件下培养的水稻纹枯病菌接种的叶片最早出现病斑,其余处理未出现明显的发病症状;接种48 h后,5个不同氮浓度培养的水稻纹枯病菌接种的叶片上均出现典型的纹枯病症状,不同处理间差异不明显。【结论】氮源对水稻纹枯病菌的致病力具有一定的调节作用。

关键词：氮素营养水稻纹枯病菌致病力

基于LISS4数据的小麦氮素营养状况反演研究

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农业工程学报 2008年第11期24卷 150-154,313页

作者：鞠昌华田永超朱洪芬朱艳曹卫星南京农业大学/江苏省信息农业高技术研究重点实验室南京210095

利用LISS4卫星遥感数据在小麦氮素营养状况监测方面进行了初步研究。根据搭载多光谱传感器LISS4的IRS-P6的过境周期,2006年5月3日在江苏省盐城地区进行同步地面取样测试,通过分析试验点小麦LISS4影像光谱信息与小麦叶面积指数及叶片氮... 详细信息

利用LISS4卫星遥感数据在小麦氮素营养状况监测方面进行了初步研究。根据搭载多光谱传感器LISS4的IRS-P6的过境周期,2006年5月3日在江苏省盐城地区进行同步地面取样测试,通过分析试验点小麦LISS4影像光谱信息与小麦叶面积指数及叶片氮含量的相关关系,发现小麦叶面积指数和叶片氮含量与LISS4影像三个波段反射率及植被指数RVI、NDVI、GNDVI均密切相关,表明利用LISS4遥感影像监测小麦氮素营养状况是可行的。比较不同波段原始反射率和植被指数,在本研究中LISS4影像波段4反射率与小麦氮素营养状况相关最密切。检验结果也表明利用LISS4影像波段4反射率估测小麦氮素营养状况是可行的。研究成果为利用遥感技术大面积监测小麦氮素营养状况和实施精确栽培管理提供了理论依据。

关键词：小麦 LISS4数据氮素营养反演

氮素营养对苗期菘蓝叶中硝酸还原酶活性与矿质元素吸收的影响

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西北植物学报 2013年第9期33卷 1851-1858页

作者：唐晓清肖云华王康才吕婷婷南京农业大学园艺学院南京210095

采用正交试验设计,研究铵态氮、硝态氮和酰胺态氮3种氮素形态及其不同浓度配比对苗期菘蓝的单株干重、叶内的硝酸还原酶活性及矿质元素吸收的影响。结果显示:(1)影响苗期菘蓝单株干重的氮素形态依次为酰胺态氮>铵态氮>硝态氮。(2)不同... 详细信息

采用正交试验设计,研究铵态氮、硝态氮和酰胺态氮3种氮素形态及其不同浓度配比对苗期菘蓝的单株干重、叶内的硝酸还原酶活性及矿质元素吸收的影响。结果显示:(1)影响苗期菘蓝单株干重的氮素形态依次为酰胺态氮>铵态氮>硝态氮。(2)不同氮素形态对叶片硝酸还原酶活性影响有差异,铵态氮影响最大,其次是硝态氮和酰胺态氮。(3)不同形态氮素配合施用后均能促进P、K、Ca、Mg、Cd、Mn、Cr、Sr 8种元素的吸收,但不利于Ni和Fe的吸收;元素吸收受铵态氮影响最大的矿质元素有K、Ba、Se、Ni、B、Si、Fe 7种元素,受硝态氮影响最大的元素有P、Cd、Ti、Al、Cu 5种元素,受酰胺态氮影响最大的元素有Na、Ca、Mg、Zn、Mo、Mn、Cr、Sr 8种元素。研究表明,不同形态氮素对苗期菘蓝吸收矿质元素的影响存在很大的差异,应注重酰胺态氮与无机的铵态氮、硝态氮的配合施用;适宜氮素形态及其配比能提高叶中硝酸还原酶的活性并促进矿质元素的吸收,从而有效地促进菘蓝的生长。

关键词：菘蓝氮素营养硝酸还原酶矿质元素正交设计