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水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择

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中国农业科学 2007年第6期40卷 1127-1134页

作者：李刚华薛利红尤娟王绍华丁艳锋吴昊杨文祥南京农业大学农业部作物生长调控重点开放实验室中国科学院南京土壤研究所

【目的】研究分析水稻氮素和SPAD值的叶位分布特点,并试图提出SPAD计诊断氮素营养状况的最佳测定叶位。【方法】在95-38、武育粳3号、镇稻5394、9915等4个粳型品种和1个籼型品种R161-10的盆播氮肥试验和宁粳2号大田氮肥试验的基础上,研... 详细信息

【目的】研究分析水稻氮素和SPAD值的叶位分布特点,并试图提出SPAD计诊断氮素营养状况的最佳测定叶位。【方法】在95-38、武育粳3号、镇稻5394、9915等4个粳型品种和1个籼型品种R161-10的盆播氮肥试验和宁粳2号大田氮肥试验的基础上,研究水稻氮素和叶绿素含量(SPAD值)随叶位的空间分布特征,并对不同叶位叶片的含氮率、叶绿素含量、SPAD值之间及其与总叶片含氮率和植株含氮率之间的相关性进行分析,比较不同叶位叶片SPAD测定值的变异系数。【结果】水稻不同叶位叶片含氮率、叶绿素含量、SPAD值均存在差异,增加施氮量能提高叶片含氮率、叶绿素含量和SPAD值,同时减少叶位间的差异;SPAD值对氮素的敏感性顺序为顶4叶、顶3叶和顶2叶,而顶1叶的敏感性排序因品种不同而不同;穗分化期、齐穗期和成熟期均以顶3叶与总叶片及植株含氮率相关系数最高;且适宜氮素水平下,穗分化期顶3叶SPAD值的变异系数最小。【结论】以某一特定叶片的SPAD值或以叶色差的大小来诊断水稻氮素营养状况和推荐水稻穗肥施用时,顶3叶是较为理想的指示叶或参照叶。

关键词：氮素诊断 SPAD值叶位氮含量

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移栽玉米的氮素诊断及追肥推荐研究

土壤肥料 2001年第6期 16-20页

作者：肖焱波段宗颜张福锁苏凡金航陈新平雷宝坤云南农科院土肥所昆明650205 中国农业大学植物营养系北京100094

本文通过对不同施氮量与移栽玉米产量的两种模型比较 ,得出线性加平台能较好的模拟产量与施氮量的关系 ,由此得到了最佳施氮量和最佳产量 ,同时确定了玉米植株硝酸盐 ,土壤0～ 30 cm硝酸盐的推荐施氮临界值指标。

关键词：移栽玉米施肥模型氮素诊断产量施氮量追肥

无人机影像‘图—谱’信息融合在作物氮素诊断中的应用研究

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无人机影像‘图—谱’信息融合在作物氮素诊断中的应用研究

作者：刘畅西安科技大学

学位级别：硕士

无人机为平台的高光谱遥感技术具有机动灵活、成本低、周期短等众多优势,能够获取高光谱分辨率及高时空分辨率的遥感影像,已成为精准农业中的研究热点及重要数据来源。在农作物生长过程中,氮素是植株生长、器官发育必需的营养元素之一,... 详细信息

无人机为平台的高光谱遥感技术具有机动灵活、成本低、周期短等众多优势,能够获取高光谱分辨率及高时空分辨率的遥感影像,已成为精准农业中的研究热点及重要数据来源。在农作物生长过程中,氮素是植株生长、器官发育必需的营养元素之一,对于植株长势监测及产量预测有重要意义。为提高氮肥利用效率并保证作物产量和品质,需及时了解并获取植株的氮素营养状况。然而,研究发现基于光谱特征的农学参量反演存在饱和问题,除光谱信息外,高光谱遥感技术还提供了丰富的纹理信息,纹理特征能够提供作物的空间结构信息,有效减弱饱和问题,可为理化参数的反演提供支持。因此,本文以北京市昌平区小汤山国家精准农业研究示范基地为研究区,基于无人机平台获取冬小麦挑旗期和开花期的高光谱影像,同时获取冬小麦的农学参数。利用高光谱影像的光谱和纹理信息,同时结合农学知识模型,构建一种融合’图-谱’信息的氮亏缺诊断模型,对冬小麦进行更加科学有效的氮素诊断。主要得到以下研究结果:(1)分析冬小麦生物量和植株氮累积的空间变异。结果发现:施氮量的增加能够促进小麦植株氮累积量和生物量的增加,减弱小麦植株氮累积和生物量的变异性;但是过量的氮素对于小麦生物量和植株氮累积增加,以及变异性的减弱无明显作用。(2)探究优化光谱指标的抗饱和能力及估测生物量的能力。结果表明,对比植被指数,优化光谱指标(光谱信息和纹理特征结合)的抗饱和能力明显提高,其构建的生物量模型拟合效果较好,模型精度(R2=0.798)明显高于单一植被指数(R2=0.619)和单一纹理特征(R2=0.727)的生物量模型。融合纹理信息和光谱信息后进行冬小麦生物量反演的效果更佳,遥感信息对于作物估产、长势分析方面的应用有良好的应用前景。(3)基于’图-谱’信息构建氮营养指数(NNI)和氮亏缺模型,对冬小麦的氮素情况进行研究。结果发现,增施氮肥有利于提高小麦氮素含量,但是过量的氮肥不能有效促进小麦植株氮素的累积。冬小麦品种中麦175(ZM175)的适宜施氮量在0.5倍常规施氮量(N2)与常规施氮量(N3)之间,京9843(J9843)的适宜施氮量应在常规施氮量(N3)与1.5倍常规施氮量(N4)之间。从挑旗期到开花期,植株需要累积更多氮素才能满足生长所需。因此,融合光谱与纹理信息能够对作物进行科学有效的氮素诊断,对于作物的精细化研究有重要意义。

关键词：无人机高光谱纹理特征光谱信息氮素诊断

基于无人机玉米出苗率估算与光谱特性的氮素诊断

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基于无人机玉米出苗率估算与光谱特性的氮素诊断

作者：刘志宁夏大学

学位级别：硕士

基于无人机遥感作物长势监测与光谱特性的营养诊断技术研究,是现代农业生产实现过程化管理与数字化决策的重要手段,也是近年来智慧农业研究的热点。本研究针对宁夏滴灌玉米生长发育进程中存在的数字化信息获取手段单一、信息采集基础设... 详细信息

基于无人机遥感作物长势监测与光谱特性的营养诊断技术研究,是现代农业生产实现过程化管理与数字化决策的重要手段,也是近年来智慧农业研究的热点。本研究针对宁夏滴灌玉米生长发育进程中存在的数字化信息获取手段单一、信息采集基础设施薄弱、田间动态管理不精准等问题进行研究与探讨。采用无人机获取玉米苗期田间数字图像信息,运用数字图像处理技术提取玉米出苗状况,建立基于无人机遥感的玉米出苗率预测模型;采用高光谱成像系统获取玉米各生育时期功能叶片的光谱信息,同步测定玉米功能叶片的含氮量,通过机器学习等算法建立玉米氮素营养的高光谱反演模型,为玉米高产和氮素状况准确评估提供技术支持,对优化玉米滴灌水肥一体化精准种植技术有着极其重要的意义。具体研究内容如下:(1)无人机搭载数码相机对玉米出苗率的估测。通过获取玉米苗期高清图像,运用MATLAB中ORB算法与距离加权融合算法合成无人机图像,通过二值化、腐蚀膨胀等深度优化处理技术得出玉米苗期图像轮廓,然后运用MATLAB八位连通域和ARCMAP 10.3计算方法自动规划路线并计算出玉米的出苗数量。同时,结合田间人工调查数据,采用线性回归分析方法,建立了人工计数和无人机获取玉米出苗株数之间的线性关系模型。结果表明,线性回归关系模型的决定系数R2、RMSE和nRMSE分别为0.895,4.359和2.436%。(2)基于400nm-1OOOnm全波段高光谱玉米氮素营养诊断。根据偏最小二乘法(PLS)建模集和预测集得出的结论,PLS模型结合De-trending预处理方法与原始模型建模集相比决定系数R2从0.527降低至0.519,均方根误差RMSE从0.372增加至0.374;而预测集的决定系数R2从0.578增加到0.621,预测集的均方根误差RMSE从0.383降低到0.362。根据1种原始处理(RAW)与平滑滤波器(SG)、变量量标准化校正(SNV)、附加散射校正(MSC)、去趋势算法(De-trending)、基线算法(Baseline)一阶导数算法(1-Der)和二阶导数算法(2-Der)等7种预处理方法在PLS进行建模,得出PLS-De-trending预处理模型是7种预处理方法最优模型。在通过连续投影算法(SPA)对De-trending预处理进行特征波段优选,获取到 420.551nm、425.352nm、444.558nm、468.566nm、506.978nm、511.780nm、843.086nm、895.903nm、919.911nm等9个波段。该算法不仅有效提升精准性与计算速度,又使全光谱的波长数量下降了 92.8%。在波段提取过程中减少了计算工作量的同时,还有效提高建模效率和稳定性。(3)反向传播神经网络(BP)搭建的回归模型相对于PLS-SPA-De-trending模型的建模的精确度明显提高。通过BP神经网络构建搭载7种预处理全光谱波段与原始全光谱波段的建模集模型决定系数R2都能达到0.778以上,平均决定系数R2从PLS-SPA-De-trending模型的0.523提升到0.893;其中SNV、MSC、Baseline、1-Der、2-Der等5种预处理建模集模型精度都达到0.905以上,而预测集模型RAW、SG、MSC、De-trending、Baseline等预处理建模集模型决定系数R2都达到0.543以上。(4)支持向量机(SVM)搭建的回归模型相对于PLS模型的建模精度也有明显提高。通过SVM构建搭载7种预处理全光谱波段与原始全光谱波段的建模集模型决定系数R2都为0.529以上,平均的决定系数R2更是根据PLS-SPA-De-trending模型的0.523提升到0.612。其中,预测集模型1-Der、2-Der决定系数R2均达0.637以上。(5)利用随机森林(RF)算法对不同预处理下的180个玉米叶片的全波段光谱,建立氮素营养诊断估测模型。预测集在7种预处理中,拟合优度最大值为59.63%,均方误差RMSE最小值为0.352(拟合优度的作用类似于回归分析中的R2)。预测集模型均方误差RMSE平均范围为0.352-0.602。本文研究表明:精度高、可靠性强的SVM模型结合二阶导数(2-Der)预处理所建模型(预测集R2=0.710,RMSE=0.363)为最佳玉米氮营养光谱预测模型。

关键词：玉米无人机出苗率高光谱机器学习氮素诊断

冬油菜叶片SPAD的时空分布和氮素诊断的叶位选择

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中国油料作物学报 2014年第1期36卷 76-83页

作者：李岚涛刘波鲁剑巍任涛李小坤丛日环吴礼树林迪华中农业大学资源与环境学院农业部长江中下游耕地保育重点实验室湖北武汉 430070

在大田试验条件下测定分析不同施氮水平冬油菜关键生育期SPAD值的时空分布特征,并对不同叶位及叶片不同部位SPAD值与叶绿素含量、叶片含氮量、植株全氮含量及籽粒产量之间的相关性进行分析,探求应用SPAD仪诊断油菜氮素营养状况的最佳测... 详细信息

在大田试验条件下测定分析不同施氮水平冬油菜关键生育期SPAD值的时空分布特征,并对不同叶位及叶片不同部位SPAD值与叶绿素含量、叶片含氮量、植株全氮含量及籽粒产量之间的相关性进行分析,探求应用SPAD仪诊断油菜氮素营养状况的最佳测试叶位及位点。结果表明,油菜主茎顶部4片完全展开叶SPAD值存在显著空间差异,增加施氮量能显著提高各叶位叶SPAD值,同时减少叶位间的差异;六叶期、蕾薹期以顶4叶(TL4)SPAD值对氮素的敏感性最大,初花期和盛花期则最低。不同部位间,六叶期和初花期以中部SPAD值对施氮量增加的响应最敏感,盛花期则最迟钝,蕾薹期介于顶部和基部之间。综合分析认为,应用SPAD仪监测油菜氮素营养状况的最佳测试叶位和位点为主茎顶4片完全展开叶中部,该部位SPAD值与叶绿素含量、叶片含氮量和植株全氮含量之间的相关性均达到显著或极显著水平,满足氮素营养快速诊断的要求。

关键词：油菜 SPAD值叶位氮素诊断叶绿素仪

来源：评论

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氨基氮总量作为水稻氮素诊断指标的研究

Journal of Integrative Plant Biology 1977年第3期 200-208页

作者： Nutrition Diagnosis Research Group,Nanking Institute of Soil Science,Academia Sinica 中国科学院南京土壤研究所营养诊断组

本文把氨基氮总量作为水稻氮素水平诊断的指标进行了研究。其中对氨基氮总量的水合茚三酮比色方法中保护剂的选择和用量,显色剂的浓度、用量以及显色温度、显色时间等进行了条件试验。通过1975—1976两年的盆栽和大田验证,明确了水稻植... 详细信息

本文把氨基氮总量作为水稻氮素水平诊断的指标进行了研究。其中对氨基氮总量的水合茚三酮比色方法中保护剂的选择和用量,显色剂的浓度、用量以及显色温度、显色时间等进行了条件试验。通过1975—1976两年的盆栽和大田验证,明确了水稻植株测试的灵敏部位,丰缺指标,并研究了在田间条件下,第三叶叶鞘中氨基氮与功能叶片全氮含量的相关性;幼穗分化-孕穗期氨基氮含量与产量的关系。为田间速测提供了简易的方法。

关键词：水稻氮素营养氮素诊断大量元素营养水稻植株氨基氮营养诊断穗分化幼穗分化叶鞘氮素水平

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冬小麦氮素诊断

土壤肥料 1980年第1期 24-28页

作者：张大弟中国农科院土肥所

一、试验目的和设计为了进一步验证我们制订的胶南县和山东省小麦营养诊断综合指标的应用价值和深入研究氮素诊断的技术方法,1977年秋在胶南县逄猛孙大队进行了冬小麦氮肥不同使用量的试验。试验设计如表1,试

关键词：冬小麦氮素诊断氮素营养诊断指标生育期硝态氮植株冬麦大量元素营养硝酸盐氮氮肥用量尿素用量

西北研究院在膜下滴灌玉米氮素诊断及养分管理研究中获进展

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粮油与饲料科技 2021年第2期 52-52页

膜下滴灌技术可改善农田土壤水热条件并实现作物水、氮的精确供给,在寒区旱区农业生产中应用前景广泛,但土壤水、氮的精确供给不意味着高效供给,如何诊断膜下滴灌作物的养分状况是广受关注的关键问题。

关键词：膜下滴灌养分管理养分状况氮素诊断土壤水寒区旱区玉米关键问题

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水稻氮素营养诊断及施用策略研究进展

杂交水稻 2024年第2期39卷 1-7页

作者：孙凯旋张玉屏向镜张义凯王亚梁熊家欢叶天承高义卓唐梅王志刚陈惠哲中国水稻研究所浙江杭州310006 广西壮族自治区农业科学院水稻研究所/广西水稻遗传育种重点实验室广西南宁530007

氮素是水稻生长不可缺少的元素之一,对水稻进行氮素诊断,根据诊断结果和栽培目标,及时调整相应施肥措施,实现精准施肥,可最大限度地提高肥料利用率,并减轻环境污染。综述了水稻氮素诊断的发展历史、诊断手段的优缺点、未来氮素诊断发展... 详细信息

氮素是水稻生长不可缺少的元素之一,对水稻进行氮素诊断,根据诊断结果和栽培目标,及时调整相应施肥措施,实现精准施肥,可最大限度地提高肥料利用率,并减轻环境污染。综述了水稻氮素诊断的发展历史、诊断手段的优缺点、未来氮素诊断发展趋势等多方面内容,分析了穗肥对于水稻产量、产量构成因素和稻米品质的影响,以期充分发挥氮肥效应,为氮素诊断和穗肥追肥提供参考。

关键词：水稻氮素诊断穗肥精准施肥