基于主動遙感的滴灌棉花氮素營養(yǎng)診斷模型建立研究.pdf

1、在作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中，氮素的影響在大量元素中處于首要地位。新疆是我國重要的棉花生產(chǎn)基地之一，棉花產(chǎn)量占全國的三分之一以上，而棉花的增產(chǎn)主要依賴于肥料的增施，尤其是氮肥投入量很大。大量不合理投入氮肥，既增加了生產(chǎn)成本又污染了地下水資源。傳統(tǒng)的氮素營養(yǎng)診斷費時費力、時效性差，為了科學(xué)的施肥管理，提高氮素養(yǎng)分診斷的時效性和氮素利用效率，利用實時、快速、無損測試技術(shù)獲取棉田生長和養(yǎng)分狀況顯得尤為重要。本試驗在2012-2013年在石河

2、子大學(xué)農(nóng)學(xué)院綜合試驗站進行。方案設(shè)置了4個施氮量水平(N0：0kg/hm2、N1：150 kg/hm2、N2：300 kg/hm2、N3：450 kg/hm2)和4個灌水量水平(W0：2400m3/hm2、W1：3600 m3/hm2、W2：4800 m3/hm2、W3:6000 m3/hm2)，棉花品種為新陸早45（XLZ45）。利用手持式主動光譜儀Greenseeker監(jiān)測棉花主要生育時期NDVI、RVI，用葉綠素儀獲取功能葉（倒四

3、葉）SPAD值，研究棉花冠層NDVI、RVI、SPAD和氮素營養(yǎng)之間的關(guān)系，探明了不同水氮條件下滴灌棉花生育期內(nèi)主動光譜參數(shù)NDVI、RVI以及SPAD的變化規(guī)律；通過相關(guān)分析，確定了氮素營養(yǎng)診斷的最適生育期；建立了診斷最適生育期基于歸一化植被指數(shù)NDVI和SPAD棉花生長、營養(yǎng)參數(shù)預(yù)測模型，并驗證了模型的適用性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴不同灌水條件下棉花生長季節(jié)中除W0外不同氮素梯度下NDVI差異均顯著；NDVI值均表現(xiàn)為N

4、3>N2>N1>N0；RVI在不同處理間差異不顯著，表現(xiàn)出N0>N1>N2>N3的基本趨勢，不同處理SPAD值與NDVI變化表現(xiàn)趨同；盛花期和花鈴期NDVI和SPAD值不同氮素間差異較大。⑵NDVI、SPAD在棉花不同生育期與棉花干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)、葉片氮含量、氮素積累量和籽棉產(chǎn)量均表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系；在盛花期和花鈴期NDVI與測定的除產(chǎn)量以外的各參數(shù)均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，在鈴期NDVI與籽棉產(chǎn)量之間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平；RV

5、I在各生育期內(nèi)與絕大部分測量參數(shù)之間的相關(guān)性為負(fù)值，均沒有達(dá)到顯著性水平，SPAD與除LAI之外的測定參數(shù)在各生育期均表現(xiàn)為極顯著或顯著正相關(guān)關(guān)系。⑶參考各參量間的相關(guān)分析結(jié)果，建立了基于 NDVI的冠層各生長參數(shù)和氮素營養(yǎng)估測模型。NDVI在盛花期和花鈴期均可用來擬合植株干物質(zhì)積累量、葉面積指數(shù)、葉片含氮量和植株氮積累量，決定系數(shù)在盛花期分別為：0.7064、0.7339、0.8258、0.7622，花鈴期決定系數(shù)分別為0.5113、

6、0.5653、0.5189、0.6952，均達(dá)到極顯著水平；鈴期NDVI的籽棉估產(chǎn)模型決定系數(shù)達(dá)到0.5042的顯著水平。⑷參考各參量間的相關(guān)分析結(jié)果，建立了基于 SPAD的冠層各生長參數(shù)和氮素營養(yǎng)估測模型。SPAD值對棉花地上干物質(zhì)積累量的預(yù)測模型以二次函數(shù)擬合程度最高，在盛蕾期、盛花期、花鈴期和鈴期，R2分別達(dá)到0.5458、0.7703、0.9048和0.7948;SPAD與葉片含氮量的線性擬合方程決定系數(shù)R2在4個生育期分別達(dá)到

7、0.8874、0.8445、0.8182和0.7846，均達(dá)到極顯著水平（p<0.01）；SPAD與植株氮素積累量的擬合方程在4個生育期分別達(dá)到0.8230、0.8292、0.7835和0.6846；SPAD的產(chǎn)量估算模型在鈴期適合度最高為0.7358。⑸利用各生育期大田采集數(shù)據(jù)對結(jié)果4中所涉及的模型進行檢驗得到：在盛花期NDVI對干物質(zhì)積累量、LAI、葉片含氮量、棉花氮素積累量的適合度R2分別為0.6442、0.8270、0.7704

8、和0.4903，花鈴期分別為0.6374、0.6496、0.5874、0.8275，鈴期NDVI籽棉估產(chǎn)模型適合度為0.6650。⑹SPAD對棉花干物質(zhì)積累的估測適合度最高在花鈴期為0.6485、對棉花葉片氮素預(yù)測的適合度最高為盛蕾期的0.5780，最低值出現(xiàn)在鈴期，R2為0.1842；SPAD對植株氮素積累量的適合度均沒有達(dá)到顯著水平，適合度最高值出現(xiàn)在鈴期，R2為0.2925；SPAD對棉花籽棉產(chǎn)量的預(yù)測適合度除了盛蕾期都在極顯著水