基于葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的麥稻氮素營養(yǎng)監(jiān)測研究.pdf

1、主動式遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的廣泛運(yùn)用為作物氮素營養(yǎng)狀況的實(shí)時監(jiān)測提供了新的方法，對于精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本研究的目的是通過不同氮肥水平處理下的稻麥大田試驗(yàn)，探明不同條件下麥稻葉片熒光參數(shù)變化特征及其與葉片氮素狀況的關(guān)系，建立基于熒光參數(shù)的葉片氮素營養(yǎng)及色素含量的監(jiān)測模型，明確小麥葉片熒光參數(shù)的敏感反射光譜特征參量及定量反演模型，從而為作物生長狀況的無損監(jiān)測提供了新的技術(shù)途徑。 首先，分析了不同氮素水平下不同品種小麥上部葉片氮

2、含量和熒光參數(shù)隨生育進(jìn)程的變化模式，確立了小麥葉片氮含量與熒光參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，提出了小麥葉片氮含量的預(yù)測方程。結(jié)果表明，小麥上部4張葉片氮含量和熒光參數(shù)F<,v>/F<,m>、F<,v>/F<,o>均隨施氮量的增加呈上升趨勢。從孕穗到成熟，小麥葉片熒光參數(shù)F<,v>/F<,m>和F<,v>/F<,o>表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢。小麥各葉位葉片氮含量與熒光參數(shù)F<,m>、F<,v>、F<,m>、F<,v>/F<,m>、F<,v>F<,o>、

3、F<,s>和F<,o><'′>都呈極顯著正相關(guān)，且頂部2張葉片的相關(guān)性最好。不同小麥品種的葉片氮含量分別與熒光參數(shù)F<,v>/F<,o>和F<,v>/F<,m>呈良好的冪函數(shù)關(guān)系，平均決定系數(shù)分別達(dá)到0.66和0.61。對于低、中、高蛋白質(zhì)含量不同的小麥品種類型，可以利用統(tǒng)一的回歸方程來描述頂部2張葉片氮含量隨熒光參數(shù)F<,v>/F<,o>的變化模式。 在分析不同氮素水平下不同品種小麥上部葉片氮積累量和熒光參數(shù)隨生育進(jìn)程變化模式

4、的基礎(chǔ)上，探明了小麥葉片氮積累量與熒光參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，提出了小麥葉片氮積累量的預(yù)測方程。結(jié)果表明，小麥不同葉位葉片氮積累量和熒光參數(shù)F<,v>/F<,m>、F<,v>/F<,o>均隨施氮量的增加呈上升趨勢。不同小麥品種的葉片氮積累量與熒光參數(shù)F<,v>/F<,o>呈良好的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，平均決定系數(shù)達(dá)到0.74，表明利用熒光參數(shù)F<,v>/F<,o>估算小麥葉片氮積累量是可行的，但對于低、中、高蛋白質(zhì)含量不同的小麥品種類型，最好采用不同的

5、回歸方程以提高葉片氮積累量估測的準(zhǔn)確性。 測試分析了不同供氮水平和品種條件下水稻頂部4張完全展開葉片氮含量、氮積累量及對應(yīng)的熒光參數(shù)。結(jié)果表明，不同供氮水平下的水稻葉片氮含量、氮積累量和熒光參數(shù)差異明顯，均隨施氮量的增加呈上升趨勢。葉片熒光參數(shù)隨生育期推遲呈拋物線型變化，以抽穗期為界先上升后下降，直到成熟降為最低。葉片熒光參數(shù)隨不同葉位的變化規(guī)律為：頂一葉>頂二葉>頂三葉>頂四葉。同一水稻品種各葉位葉片氮含量分別與熒光參數(shù)呈極顯

6、著相關(guān)，且華粳2號的相關(guān)性高于武香粳9號。組合水稻品種的不同葉位葉片氮含量與熒光參數(shù)φ<,Psll>、gP均呈良好的線性相關(guān)。基于φ<,PSll>和gP宜采用不同的回歸方程來反演不同葉位葉片氮含量。熒光參數(shù)F<,m>和F<,v>與水稻不同葉位葉片氮積累量都具有較好的相關(guān)關(guān)系。因此，熒光參數(shù)(φ<,PSⅡ>、qP)和(F<,m>、F<,v>)有可能分別用來估算水稻葉片氮含量和氮積累量。研究了不同施氮水平下不同麥稻品種上部各葉位葉片色素含量

7、及熒光參數(shù)的變化特征，分析了麥稻葉片色素含量與熒光參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明，不同施氮水平下麥稻不同葉位葉片色素含量和熒光參數(shù)具有明顯差異，葉片葉綠素a、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量、熒光參數(shù)(F<,v>/F<,m>F<,v>/F<,o>)均隨施氮量的增加而上升，葉綠素a/b值隨施氮量增加而下降。小麥從拔節(jié)到成熟，葉片熒光參數(shù)呈逐漸下降趨勢。葉片熒光參數(shù)隨不同葉位的變化規(guī)律為：頂二葉>項(xiàng)一葉>頂三葉>頂四葉。同一品種小麥各葉位葉片色素(葉綠素

8、a、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素)含量及葉綠素礬值分別與不同熒光參數(shù)F<,m>、F<,v>、F<,s>、F<,m><'′>、F<,o><'′>、F<,o><'′>、F<,v>/F<,m>、F<,v>/F<,o>、F<,v><'′>/F<,m><'′>呈極顯著正相關(guān)．其中F<,s>、 F<,m>、F<,v>/F<,o>可以分別準(zhǔn)確地反演不同品種小麥各葉位葉片葉綠素a含量、類胡蘿卜素含量和葉綠素a/b值。與小麥相比，水稻葉片色素含量與熒光參數(shù)的關(guān)系

9、較差，但φ<,SPPⅡ>還是可以對水稻葉片葉綠素a含量進(jìn)行定量反演。因此，基于熒光參數(shù)監(jiān)測麥稻葉片色素含量及葉綠素a/b值是可行的。 研究了麥稻葉片光合特性及熒光參數(shù)隨氮素水平的變化模式及其相互關(guān)系。結(jié)果表明，適當(dāng)增施氮肥提高了麥稻葉片凈光合速率及蒸騰速率。熒光參數(shù)F<,v>與小麥葉片凈光合速率呈良好的線性正相關(guān)關(guān)系，而與水稻葉片蒸騰速率呈極顯著線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。表明利用熒光參數(shù)F<,v>可以估測小麥葉片凈光合速率和水稻葉片蒸騰速

10、率。同時麥稻不同葉位結(jié)果表明，不同葉位葉片光合特性宜采用不同的回歸方程來反演。 利用不同小麥品種在不同施氮水平下的2年田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了小麥葉片熒光參數(shù)與反射光譜的動態(tài)關(guān)系。小麥葉片熒光參數(shù)(F<,v>/F<,m>、F<,v>/F<,o>)隨施氮水平呈上升趨勢，同時葉片光譜反射率在不同施氮水平、不同葉位、不同生育期均存在明顯差異。對于小麥不同葉位葉片，頂1葉和頂2葉葉片反射光譜在可見光(550-680nm)和近紅外光范圍內(nèi)(7

11、50-850nm)與熒光參數(shù)呈穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系。可以利用頂端2張葉片的光譜指數(shù)DVI(750，550)、DVI(735，690)和TVI對熒光參數(shù)F<,o>、F<,m>、F<,v>、F<,v>/F<,m>、F<,v>/F<,o>、F<,s>、F<,m><'′>、F<,o><'′>、F<,v>M<'′>、F<,v><'′>/F<,m><'′>進(jìn)行定量監(jiān)測。本研究確立的小麥葉片熒光參數(shù)與反射光譜的定量關(guān)系可用于不同的小麥品種、生育時期和施氮水