柑橘大小年差異分析及生化參數(shù)估測研究.pdf

1、柑橘大小年結(jié)果現(xiàn)象是十分普遍的現(xiàn)象，直接影響柑橘樹的生長發(fā)育，近期影響果樹產(chǎn)量不穩(wěn)定，大年供過于求，小年供不應(yīng)求，遠期會使果樹提前衰老，易遭病蟲害，使果實品質(zhì)變差，果實產(chǎn)量逐年下降，核心影響是果農(nóng)的經(jīng)濟收入。因此，柑橘生產(chǎn)上必須采取有效措施，克服柑橘大小年結(jié)果現(xiàn)象，促使柑橘年年穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，才能取得良好的經(jīng)濟效益。然而形成柑橘大小年的內(nèi)在原因是樹體營養(yǎng)失調(diào)。葉片營養(yǎng)分析是柑橘樹營養(yǎng)狀況分析的重要技術(shù)手段之一，高效的植物營養(yǎng)診斷方法是柑橘營養(yǎng)

2、工作者一直研究的熱點課題之一。高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展為從遙感數(shù)據(jù)中提取生化參數(shù)成為可能，利用反射光譜數(shù)據(jù)可以估測葉片內(nèi)生化成分的濃度或含量，為精準農(nóng)業(yè)中實時、快速、無損、準確地獲取作物營養(yǎng)信息提供重要的理論依據(jù)。
　　本研究基于柑橘大小年的普遍現(xiàn)象，以北碚錦橙為研究對象，采用野外光譜輻射儀測量柑橘樹冠層的光譜反射率，并同步對葉片進行水分、氮、鉀、磷含量的測定，在成熟期以樹為單位獲取產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析實驗期間柑橘大小年存在的嚴重程度，分析

3、大小年4-12月生化參數(shù)差異。通過高光譜遙感技術(shù)處理冠層光譜數(shù)據(jù)，獲取光譜變量。分析柑橘大小年萌芽期(3月)生化參數(shù)差異和光譜差異，結(jié)合柑橘大小年形成的主要原因:營養(yǎng)失調(diào)。采用統(tǒng)計學(xué)相關(guān)分析法，分析柑橘萌芽期的葉片生化參數(shù)與光譜變量之間的相關(guān)關(guān)系，并建立預(yù)測葉片生化參數(shù)的模型。通過對葉片營養(yǎng)元素的診斷來控制柑橘大小年現(xiàn)象。研究的主要結(jié)果如下:
　　(1)本實驗期間柑橘存在嚴重的大小年情況，連續(xù)三年產(chǎn)量數(shù)據(jù)中有80％以上的柑橘樹存在

4、大小年現(xiàn)象，其中60％以上的柑橘樹存在極嚴重的大小年現(xiàn)象。這與試驗區(qū)果農(nóng)的管理有一定關(guān)系。
　　(2)對柑橘大小年的生化參數(shù)差異分析可看出，從4月到12月葉片的水分、氮、磷、鉀含量都呈下降趨勢，這是因為春季是柑橘各器官生長發(fā)育時期，此時期柑橘樹需要大量營養(yǎng)元素，再加上果農(nóng)在早春施肥致使此時期各生化參數(shù)偏高。除鉀含量外，葉片的其余生化參數(shù)小年比大年偏高，這是因為柑橘在小年期果實比大年期少，樹體營養(yǎng)供給營養(yǎng)生長，致使葉片營養(yǎng)含量小年比

5、大年高。
　　(3)根據(jù)柑橘葉片營養(yǎng)診斷分級標準及周學(xué)伍的錦橙葉片礦質(zhì)元素含量指標，氮含量2.75-3.25為適量階段，小年期柑橘樹在4月處于過量狀態(tài)，其余時期氮含量都處于低量階段，亦柑橘在大小年產(chǎn)量都不高。鉀含量0.7-1.5為適量區(qū)間，大小年的葉片鉀含量都較低，這不利于果實的生長發(fā)育，影響果樹產(chǎn)量。磷含量適宜階段:0.14-0.17，其中柑橘樹小年中的4月份磷含量過量，7月處于高量狀態(tài)，大年期葉片磷含量處于適量階段。
　

6、　(4)通過對柑橘樹大小年時期的葉片生化參數(shù)含量做配對樣本T檢驗，水分含量的顯著性差異除10月份外，其他月份都存在P＜0.01的差異顯著水平。氮含量整個時期大小年都存在P＜0.01的差異顯著水平;鉀含量除8、10月份無顯著性差異外，其余月份都存在顯著性差異;磷含量除7月外，其余月份都存在P＜0.05的差異顯著水平。這說明柑橘葉片中的營養(yǎng)元素是與柑橘大小年現(xiàn)象有一定的關(guān)系。
　　(5)分析柑橘大小年萌芽期生化參數(shù)差異得到:生化參數(shù)中

7、差異最大的是氮含量，其他生化參數(shù)差異都較小，除鉀含量外，大年含量大于小年，這是因為，此時期為萌芽期，果農(nóng)的肥水管理對此時期柑橘葉片的營養(yǎng)元素有一定影響。根據(jù)周學(xué)伍的錦橙葉片礦質(zhì)元素含量指標，氮和鉀含量絕大部分的樹未達到指標的適宜值，磷含量大年時期絕大部分樹達到適宜值，小年時期低于適宜值。結(jié)合前面分析結(jié)果，可根據(jù)柑橘葉片的營養(yǎng)元素含量來判斷大小年，葉片營養(yǎng)元素過高或過低會形成小年，只有適量或接近適量值才利于柑橘生長發(fā)育，形成大年，亦估測柑

8、橘葉片的營養(yǎng)元素是十分重要的，對克服柑橘大小年現(xiàn)象具有重大意義。
　　(6)對柑橘大小年萌芽期光譜差異分析可得:冠層光譜反射率曲線走勢起伏一致，但反射率高低有一定的差異，小年期的反射率在可見光和近紅外波段都比大年期反射率高，這可得出綠峰、紅谷都會存在一定的差異，小年期反射率曲線較平滑，大年期反射率曲線在700-800間有較明顯的反射峰。通過微分技術(shù)處理后，除在一些拐點區(qū)域存在較大差異外，其他波段區(qū)域差異較小，可推出大小年的紅邊位置

9、，紅邊幅值存在較大差異。利用柑橘大小年萌芽期的冠層光譜參數(shù)進行配對樣本T檢驗和方差分析得出:紅邊位置、紅邊幅值、黃邊位置、黃邊幅值、綠峰反射率、紅谷反射率、綠峰/紅谷、綠峰紅谷歸一化值8個光譜參數(shù)具有顯著性差異，其余光譜參數(shù)沒有顯著性差異，這說明柑橘大小年冠層的一些光譜數(shù)據(jù)能一定程度上反應(yīng)柑橘葉片中的生化參數(shù)差異。這為利用柑橘冠層光譜信息反演柑橘葉片生化參數(shù)提供可能。
　　(7)通過對柑橘萌芽期的葉片生化參數(shù)與柑橘冠層高光譜變量進

10、行相關(guān)分析，所有生化參數(shù)與光譜變量都存在顯著相關(guān)性，氮含量與光譜變量相關(guān)性最好，達到0.885，水分含量其次，鉀含量最低。利用相關(guān)系數(shù)較高的光譜變量與生化參數(shù)建立模型并進行精度檢驗，最后得到以下最佳模型。
　　氮含量:光譜變量Dλ403，反演模型:y=2.617-1315X-5.554*106X2-7.486*109X3，R2=0.885。
　　水分含量:光譜變量Dλ591，反演模型:y=58.4-921.7X+4.97*1

11、09X3， R2=0.638。
　　磷含量:光譜變量Dλ605，反演模型:y=-0.05945-1642X-4239000X2-3.52*109X3，R2=0.748。
　　鉀含量與光譜變量的相關(guān)性達到了顯著水平，但建立的模型未能達到顯著性水平，這可能與實驗數(shù)據(jù)的處理方法、建模方法有一定關(guān)系。結(jié)論說明，利用高光譜遙感估測葉片生化參數(shù)是有可能的，這為柑橘葉片營養(yǎng)診斷提供理論依據(jù)，為柑橘大小年的科學(xué)管理，控制柑橘大小年現(xiàn)象提供科