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基于光谱的小麦氮素营养监测与追肥调控研究

作　者: 庄森
导　师: 曹卫星
学　校: 南京农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 小麦生长监测光谱参数 SPAD 氮肥调控氮素指标丰缺阈值产量籽粒品质利用效率
分类号: S512.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

提高作物氮素利用率是现代农业生产急需解决的重要问题。利用光谱遥感技术有助于实时监测作物氮素状况,并进行精确诊断和科学调控,从而促进高产优质高效作物生产。本研究的目的是基于不同施氮量处理,于小麦拔节期利用光谱仪和SPAD仪快速监测小麦氮素营养状况,并通过氮肥调控模型定量推荐追施氮肥量,进而初步建立小麦氮素营养诊断与调控技术。首先分析了小麦冠层光谱参数与植株氮素状况之间的定量关系,并对已有氮素估测模型进行了测试。结果表明,光谱参数RVI(870,760)、NDVI(1220,710)和RVI(810,560)可用于小麦叶片干重、氮含量和氮积累量的监测；而光谱指数RVI(870,760)、R560和RVI(810,560)可用于小麦植株生物量、氮含量和氮积累量的监测。在利用不用叶位SPAD值进行植株生长监测时,生物量和氮积累量与顶1叶、顶2叶SPAD值的相关程度高于顶3叶；而氮含量则趋势相反,且顶3叶表现优于顶1和顶2叶。因而,顶1叶SPAD值可用于小麦叶片和植株干重及氮积累量的估测,顶3叶SPAD值及顶3与顶1叶的SPAD差值或比值可用于叶片和植株氮含量的监测。构建了基于实时监测信息的小麦追氮调控模型,并计算了不同基施氮量条件下拔节孕穗肥的施氮量,进一步试验评价了追氮调控模型的效果。结果显示,追施不同氮肥后,低、中氮调控处理在开花、灌浆和成熟期的群体干物质、植株氮积累量均显著高于相应的对照处理,而高氮调控处理则低于对照处理。同时,各调控处理的产量和氮肥利用效率也明显高于相应对照处理。另外,在籽粒品质方面,表现为低氮调控处理的籽粒总淀粉含量与面粉软度均低于对照处理；高氮处理的籽粒总淀粉含量与面粉软度高于对照处理；中氮调控处理差异不显著。表明基于生长监测的实时氮肥调控技术显著提高了产量和氮肥利用效率。进一步研究了不同施氮处理下主要生育期冠层氮素光谱参数与SPAD值的变化动态及其与小麦籽粒产量的关系。结果显示,调控施氮能有效调节小麦作物的生长状态,生育后期各光谱参数和SPAD参数值在不同调控处理下趋于一致。拔节期,当RVI(810,560)和顶1叶SPAD值低于4.8和41.1时,产量下降；孕穗期,当2者分别低于7.8和47.1时,产量下降。因此,可将RVI(810,560)值4.8、7.8,顶1叶SPAD值41.1、47.1分别作为拔节期与孕穗期氮素营养的丰缺阈值,并以此确定相应的追施氮量。研究结果将有助于指导小麦生产中的精确氮素管理,提高小麦生产力与氮肥利用率,推进数字农作技术发展。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第一章文献综述与立题依据  10-21
  1 研究背景  10-11
  2 作物氮素营养诊断的方法  11-15
    2.1 作物氮素诊断的传统方法  11-13
      2.1.1 作物缺肥外观诊断  11-12
      2.1.2 作物缺氮化学诊断  12-13
    2.2 作物氮素营养监测与诊断的现代技术  13-15
      2.2.1 基于叶色卡的氮素营养诊断  13
      2.2.2 基于叶绿素仪的氮素营养监测与诊断  13-14
      2.2.3 基于叶绿素荧光动力学技术的氮素营养监测与诊断  14
      2.2.4 利用机器视觉进行氮素营养监测与诊断  14
      2.2.5 基于光谱遥感的氮素营养监测与诊断  14-15
  3 作物调控施氮的研究现状  15-16
    3.1 基于叶色卡的调控施氮研究  15
    3.2 基于遥感技术调控施氮技术研究  15-16
  4 本文研究的目的与意义  16-17
  参考文献  17-21
第二章技术路线与研究方法  21-28
  1 研究思路与技术路线  21
  2 材料与方法  21-27
    2.1 试验设计  21-23
    2.2 数据获取方法  23-24
    2.3 数据分析与利用  24-27
  参考文献  27-28
第三章基于叶片SPAD值与冠层反射光谱的小麦干物质与氮素营养监测  28-41
  1 材料与方法  29
    1.1 试验设计  29
    1.2 SPAD值测定  29
    1.3 冠层光谱数据测定  29
    1.4 农学参数测定  29
  2 结果与分析  29-36
    2.1 叶片、植株干重与SPAD值和光谱参数的关系  29-32
    2.2 叶片、植株氮含量与SPAD值和光谱指数的关系  32-34
    2.3 叶片、植株氮积累量与SPAD值和光谱指数的关系  34-36
  3 小结与讨论  36-38
  参考文献  38-41
第四章基于光谱遥感信息的小麦追氮调控技术研究  41-54
  1 材料与方法  41-44
    1.1 试验设计  41-42
    1.2 测定项目和方法  42
    1.3 诊断调控算法  42-44
    1.4 数据分析与利用  44
  2 结果与分析  44-49
    2.1 不同氮肥运筹处理下群体干物质积累特征  44
    2.2 不同氮肥运筹处理下植株氮含量变化特征  44-46
    2.3 不同氮肥运筹处理下植株氮积累量的变化特征  46
    2.4 不同氮肥运筹处理的产量及产量性状特征  46-47
    2.5 不同氮肥运筹处理的小麦籽粒品质分析  47-49
    2.6 基于遥感信息的氮肥调控技术效益分析  49
  3 结论与讨论  49-51
  参考文献  51-54
第五章小麦冠层氮素敏感光谱参数与叶片SPAD值的动态特征  54-65
  1 材料与方法  54-55
    1.1 试验设计  54-55
    1.2 测定项目和方法  55
  2 结果与分析  55-60
    2.1 不同氮肥处理下的光谱参数变化特征  55-57
    2.2 不同氮肥处理下叶片SPAD值的变化特征  57-58
    2.3 敏感生育时期各参数与产量的关系及适宜指标  58-60
  3 讨论与结论  60-62
  参考文献  62-65
第六章讨论与结论  65-72
  1 讨论  65-68
    1.1 小麦干物质积累与氮素营养监测  65-66
    1.2 基于光谱遥感的小麦氮肥调控  66
    1.3 小麦氮素敏感光谱参数与叶片SPAD值的动态特征  66-67
    1.4 本研究的特色与创新  67
    1.5 今后的研究设想  67-68
  2 结论  68-70
  参考文献  70-72
致谢  72

基于光谱的小麦氮素营养监测与追肥调控研究

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