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第二十届中国作物学会学术年会

作者：李婉钰吴文轩于明磊陶海玉何骄阳姚霞程涛朱艳曹卫星田永超南京农业大学国家信息农业工程技术中心农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室智慧农业教育部工程研究中心江苏省信息农业重点实验室江苏省现代作物生产协同创新中心

【研究背景】水稻作为人类主粮为世界一半以上的人口提供了20%左右的每日能量摄入和15%左右的人均蛋白质需求。水稻籽粒蛋白质含量不仅取决于蛋白质或非蛋白质组分的积累,还取决于蛋白质和非蛋白质积累的协调。水稻籽粒蛋白质积累动态... 详细信息

【研究背景】水稻作为人类主粮为世界一半以上的人口提供了20%左右的每日能量摄入和15%左右的人均蛋白质需求。水稻籽粒蛋白质含量不仅取决于蛋白质或非蛋白质组分的积累,还取决于蛋白质和非蛋白质积累的协调。水稻籽粒蛋白质积累动态可很好的衡量有关氮营养的籽粒同化营养物质的潜力。因此利用遥感技术(Remote sensing, RS)快速准确地估测花后水稻籽粒蛋白质积累(Grain protein accumulation,GPA)动态对于稻米品质评价十分重要。然而,由于缺乏相应的敏感特征波段,直接使用多光谱数据估算GPA会面临挑战。【材料与方法】本研究的目的是建立一个能够监测水稻花后籽粒蛋白质积累动态的估算模型。为了在GPA监测方面取得进展,必须考虑将与GPA密切相关的生理参数作为RS与GPA之间的中间桥梁。本研究采用"光谱参数-生理参数-蛋白质积累动态"的间接模型,基于机器学习方法开发了一种监测GPA动态的RS方法。以叶片氮含量(Leaf nitrogen content, LNC)、叶片氮积累(Leaf nitrogen accumulation, LNA)和氮收获指数(Nitrogen harvest index, NHI)三个生理参数为中间参数,结合遥感信息,建立了GPA三参数估计模型。【结果与分析】本研究探讨了水稻LNC、LNA和NHI的变化对水稻开花后GPA动态变化的影响。通过考虑水稻植株的氮状况和氮分布,建立了估算GPA动态的单参数和多参数模型。结果表明,GPA与近红外波段的光谱反射率有很好的相关性,而氮参数与红外波段和近红外波段有很好的相关性。在水稻开花后,NDVI和MTCI与氮参数(LNC和NHI)密切相关,同时,NHI与GPA也有很好的相关性,利用N参数作为水稻的中间参数可有效提高GPA的估算精度。进一步对植被指数和氮参数以及GPA进行拟合,结果显示拟合结果多为非线性模型。表明使用植被指数可较好的对氮营养参数进行拟合,但仅使用植被指数并不能很好的反映GPA的变化状况。进一步通过机器学习算法建立GPA间接估测模型,选择不同的N营养参数作为中间参数建立单参数模型(初级模型),双参数和三参数模型通过组合不同的初级模型建立。在预测结果方面,本文建立的间接模型优于基于植被指数的蛋白质积累直接估算模型。此外,利用不同多光谱相机(Mini-MCA6和AIRPHEN)的数据集对GPA三参数估算模型进行了测试,结果表明该模型性能良好,R2和RMSE分别为0.71和14.86 g/m2。【结论】本研究表明将氮素状况和氮素分配纳入GPA遥感估算模型可提高水稻谷粒蛋白质积累动态的估算精度,该结果将推动对谷物形成过程中不同作物品质形成动态指标的实时监测。

关键词：水稻籽粒蛋白质积累动态氮收获指数无人机遥感 XGBoost

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基于地面激光扫描数据量化小麦冠层叶片角度分布

基于地面激光扫描数据量化小麦冠层叶片角度分布

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第二十届中国作物学会学术年会

作者：王永清谷洋洋唐金昕郭彩丽郑恒彪程涛朱艳曹卫星姚霞南京农业大学国家信息农业工程技术中心农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室智慧农业教育部工程研究中心江苏省信息农业重点实验室江苏省现代作物生产协同创新中心

【研究背景】叶片角度分布（Leaf angle distribution, LAD）是作物冠层重要的结构表型指标,影响作物的光合作用和冠层内的辐射传输过程。直接和间接获取LAD都具有一定的局限性,因此亟需建立量化作物LAD的新方法。地基激光雷达（Terrest... 详细信息

【研究背景】叶片角度分布（Leaf angle distribution, LAD）是作物冠层重要的结构表型指标,影响作物的光合作用和冠层内的辐射传输过程。直接和间接获取LAD都具有一定的局限性,因此亟需建立量化作物LAD的新方法。地基激光雷达（Terrestrial lidar scanning, TLS）已经被证明是一种量化LAD很有前途的手段。但是小麦等作物的叶片具有一定曲率,植株间相互遮挡严重导致冠层的点密度不均,因此基于TLS高效精准获取作物冠层LAD极具挑战。【材料与方法】本研究综合考虑小麦叶片形状特征开发了一种反演冠层LAD的方法,我们定义为体素分割法向量（Voxel segmentation normal vector,VSNV）。该方法在法向量方法（Normal vector,NV）估算LAD的基础上引入体素,将具有曲率的小麦叶片分成多个部分并分别计算倾角,LAD统计所有小部分的倾角。【结果与分析】结果表明,TLS反演的平均叶倾角和LAI2200C获取的平均叶倾角总体相关性较好,尤其在孕穗期具有较高的相关性（R=0.76,RMSE=1.40°）;基于TLS反演的小麦冠层LAD呈负偏态分布;随着生育期往后推移和氮素水平的降低,小麦冠层的平均叶倾角增大,叶片更加趋于直立方向生长;冠层下层具有更多的水平方向生长的叶片,中层和上层有更多直立方向生长的叶片。【结论】本研究开发的VSVN方法可以高效定量反演小麦冠层LAD。量化作物叶倾角的物种差异和时空变异性,从整体上消除冠层的点密度不均对LAD估算带来的影响,达到LAD高效精准反演的目的。能够为高通量表型提供了有力的技术支持,突破作物冠层LAD获取困难的问题,也为其他作物LAD反演提供了有力支撑。

关键词：激光雷达小麦叶倾角分布平面重建体素分割

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基于多角度高光谱数据的小麦群体穗参数监测研究312

基于多角度高光谱数据的小麦群体穗参数监测研究312

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第二十届中国作物学会学术年会

作者：陶海玉周睿衡唐一宁李婉钰姚霞程涛朱艳曹卫星田永超南京农业大学国家信息农业工程技术中心农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室智慧农业教育部工程研究中心江苏省信息农业重点实验室江苏省现代作物生产协同创新中心

【研究背景】小麦是我国重要的粮食作物之一,麦穗是小麦产量形成的重要器官。越来越多的研究表明麦穗不仅具有"库"的作用,还是重要的光合源,但是对于麦穗光合指标的构建及其遥感监测还鲜有涉及。麦穗位于冠层顶部,现有的研究... 详细信息

【研究背景】小麦是我国重要的粮食作物之一,麦穗是小麦产量形成的重要器官。越来越多的研究表明麦穗不仅具有"库"的作用,还是重要的光合源,但是对于麦穗光合指标的构建及其遥感监测还鲜有涉及。麦穗位于冠层顶部,现有的研究表明多角度观测能够反映冠层不同高度的信息,因此假设多角度光谱信息更好地对穗型参数进行遥感监测。据此提出本文的研究目的:1)构建考虑麦穗光合作用的群体穗参数指标;2)建立并评估基于近地面多角度高光谱数据的小麦群体穗参数监测模型。【材料与方法】研究基于2019-2021两年大田小麦栽培试验,获取了不同品种、氮素水平、生育期下麦穗的几何参数数据集,并同步收集了太阳主平面上7个角度的冠层高光谱信息。在此基础上构建群体穗参数指标:穗面积指数（SAI）、绿色穗叶面积指数（GSLI）和穗叶综合指标（SLI）。进一步,分析并筛选群体穗型参数的最佳波段组合,最终构建角度不敏感指数（PAVI）用于监测群体穗参数。【结果与分析】相比于麦穗几何参数:穗长、穗宽、穗厚以及传统的农学参数:叶面积指数（LAI）、地上部生物量（AGB）等,群体穗参数和籽粒产量的相关性更高,尤其在抽穗-灌浆期,其中SLI的表现最好。接着,根据SLI结合k-mean聚类将选用的品种分为两类,两类品种之间的SAI、LAI、GSLI、籽粒产量都具有显著性差异（P <0.01）。最佳波段组合结果显示,群体穗型参数的敏感性波段主要集中在可见光和近红外区域,进入灌浆期后出现双近红外区域的敏感波段组合。其中,抽穗-灌浆期最佳监测模型分别为:SAI～RSI （774,778）,R=0.47,RMSE=0.16;GSLI～mRSI （1001, 1099,984）,R=0.43,RMSE=0.67;SLI～RSI （753,767）,R=0.61,RMSE=0.16),且在不同年份、不同品种之间表现良好。进一步评估了最优植被指数的角度敏感性,发现单生育期群体穗参数的最优植被指数存在明显的角度效应。构建的PAVI指数由于红边波段的引入,在一定程度上消除了角度效应的影响,提升了单生育期穗参数的光谱监测精度（RSAI～PAVI=0.54,RGSLI～PAVI=0.57,RSLI～PAVI=0.68）。此外,研究发现后向散射-30°～-45°为最佳小麦穗参数光谱监测范围。【结论】本文构建了考虑麦穗光合作用的小麦群体穗参数指标,建立了基于多角度的群体小麦穗参数的光谱监测模型,研究结果有助于更全面的了解小麦籽粒产量的形成过程,为提高抽穗后籽粒产量的光谱预测精度提供了一定的理论参考和技术支持。

关键词：小麦麦穗光合指标多角度高光谱监测产量估测

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大数据下的小麦氮肥推荐模型：面向小农的精确管理方法

大数据下的小麦氮肥推荐模型：面向小农的精确管理方法

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第二十届中国作物学会学术年会

作者：刘紫阳王悦帆 Syed Tahir Ata-UI-Karim 刘小军田永超朱艳曹卫星曹强南京农业大学国家信息农业工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/现代作物生产省部共建协同创新中心东京大学

【研究背景】中国冬小麦（Triticum aestivum L.）生产高度依赖氮肥施用,大多数小农户无法根据具体情况准确施用氮肥,这给冬小麦生产带来了挑战。假设估测不同地点的小麦植株氮吸收量可以潜在地改善基于理论施氮量方法（TNR）的特定地... 详细信息

【研究背景】中国冬小麦（Triticum aestivum L.）生产高度依赖氮肥施用,大多数小农户无法根据具体情况准确施用氮肥,这给冬小麦生产带来了挑战。假设估测不同地点的小麦植株氮吸收量可以潜在地改善基于理论施氮量方法（TNR）的特定地点的氮素管理。基于现有论文数据,整合品种、产量、气候、地理参数的小麦氮吸收估算模型有望构建高度可靠的小麦植株氮吸收量预测模型。【材料与方法】为了解决这个问题,研究提出了一种经济有效且用户友好的方法来准确预测小麦植株的氮吸收,以改进氮管理决策。研究采用Meta分析和基于数据的建模方法,整合了在中国五个主要小麦生产省份进行的试验的数据集。然后使用根据已发表的论文数据集构建的九种不同的氮输入和产量水平情景来评估模型的性能。【结果与分析】结合线性混合效应模型和随机森林模型建立了小麦在特定目标产量下的氮肥推荐模型,其中随机森林模型表现出优越的性能。该模型将地理、品种和气候特征作为模型输入变量,预测植物的氮需求指数（NDI）。在适合模型的情景下,模型减少施氮量17.91～110.48 kg ha N,经济效益提高14.15～137.59$ha,减少NO排放15.23%～53.7%,提高NEEB 0.18%～1.78%。值得注意的是,中等水平的氮输入和低产量产出情景与小农生产情况非常相似,在此情景下模型也有较好地表现,说明模型可以应用于中国大部分小农户的实际生产中。分析影响NDI的输入变量发现,改善小麦籽粒蛋白质含量和株高特征,可以改善小麦植株全生育过程的氮素需求量。对模型在九个不同情景应用下的氮肥推荐量、经济效益、NO排放和净生态系统经济效益（NEEB）进行了评估,发现模型在大部分情景下都有良好地表现,在为小农户带来经济效益的同时也有较好的环境效益,可以大幅度减少NO排放并提高NEEB。根据模型输入变量的相关性分析和随机森林重要性分析,确定了影响NDI的因素,并为小麦育种改进提供了见解。【结论】模型适用性评估表明,在典型的小农生产情景下,该模型在减少污染的同时提供了经济效益。通过实施这种方法,小农可以实现优化的氮肥管理,改善其经济效益并为环境可持续性做出贡献。本文的模型可以作为政策制定者的策略,并在农业集约化程度较低的地区推广。

关键词：氮需求指数氮肥推荐优化氮肥管理冬小麦

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格网化小麦生长模拟预测系统设计与实现

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农业工程学报 2020年第15期36卷 167-172页

作者：徐浩张小虎邱小雷朱艳曹卫星南京农业大学国家信息农业工程技术中心智慧农业教育部工程研究中心农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室江苏省信息农业重点实验室江苏现代作物生产协同创新中心南京210095

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算... 详细信息

利用作物生长模型模拟小麦区域生产力,分析气候变化对农业生产的影响是研究粮食安全的热点问题之一。拥有操作方便、计算快速特点的小麦区域生产力模拟系统,可有效提高作物生长模型区域应用能力。该研究在分解小麦生长模型WheatGrow算法基础上,利用Python语言构建了格网化小麦生长模型,实现了基于空间格网数据的小麦区域生产力模拟。验证试验结果表明:模拟产量的均方根误差为1 070 kg/hm^2,标准均方根误差小于20%,系统所集成的WheatGrow模型具有较好的预测性;同时,结合格网数据分块构建区域模拟的并行计算策略,优化了区域模拟的性能。在此基础上,采用GIS组件式开发模式,在.NET平台下开发格网化小麦生长模拟预测系统,实现作物生长模型与GIS耦合,为研究区域小麦产量潜力,评估气候变化对小麦生长影响,制定农业决策提供软件工具。

关键词：作物模型并行算法 GIS 格网数据系统开发

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基于冠层时序植被指数的冬小麦单产预测

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中国农业科学 2020年第18期53卷 3679-3692页

作者：项方林李鑫格马吉锋刘小军田永超朱艳曹卫星曹强南京农业大学/国家信息农业工程技术中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/智慧农业教育部工程研究中心/江苏省信息农业重点实验室

【目的】研究冬小麦冠层时序植被指数的动态变化规律并基于其构建单产预测模型,为田间实时、准确获取作物单产信息提供有效的技术手段。【方法】本研究于2017—2019年在江苏省兴化市万亩粮食产业园开展不同品种及氮肥水平的田间小区试验... 详细信息

【目的】研究冬小麦冠层时序植被指数的动态变化规律并基于其构建单产预测模型,为田间实时、准确获取作物单产信息提供有效的技术手段。【方法】本研究于2017—2019年在江苏省兴化市万亩粮食产业园开展不同品种及氮肥水平的田间小区试验,利用主动传感器RapidSCAN CS-45获取冠层归一化红边植被指数(normalized difference red edge,NDRE)和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI),基于双Logistic函数拟合时序植被指数并提取曲线特征参数,进而分析各特征参数与单产的相关关系,并以独立试验数据对单产预测模型进行验证。【结果】NDRE在孕穗期和抽穗期与单产关系最好,R~2达到0.84以上;通过多元逐步线性回归法发现,利用2个或多个时期NDRE预测单产的效果较单生育时期有所提高,且第一和第二被选择的时期分别为拔节期和孕穗期。基于全生育时期相对NDRE(relative NDRE,RNDRE)和相对NDVI(relative NDVI,RNDVI)构建时序曲线,并利用曲线特征参数建立单产预测模型,其中RNDRE和RNDVI的最大值、累积值及增长速率与单产关系较好。利用独立试验数据对上述单产预测模型进行检验,结果表明基于RNDRE时序曲线最大值和累积值所构建的单产模型验证效果较好,R2~大于0.80,相对均方根误差和相对误差均小于10%,其验证效果优于单时期或多时期基于NDRE的预测模型,且优于基于NDVI构建的单产模型。【结论】基于冠层时序植被指数提取的特征参数RNDRE最大值和累积RNDRE具有良好估测单产的潜力,研究结果为田间进行实时、准确预测冬小麦单产提供了技术支持。

关键词：冬小麦冠层传感器时序植被指数单产预测模型

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基于生物量和饱和水积累量的异速生长关系诊断冬小麦水分状况

基于生物量和饱和水积累量的异速生长关系诊断冬小麦水分状况

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第二十届中国作物学会学术年会

作者：庄亭暄刘小军田永超朱艳曹卫星曹强南京农业大学国家信息农业工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室/现代作物生产省部共建协同创新中心

【研究背景】水分管理是作物生产中最重要的环节之一,作物水分状况的准确诊断是精确灌溉管理的前提。然而,现有的水分状况诊断指标无法全面考虑土壤-植物-大气水分状况且易受环境因素影响,难以准确诊断。【研究目的】根据植株和穗部生... 详细信息

【研究背景】水分管理是作物生产中最重要的环节之一,作物水分状况的准确诊断是精确灌溉管理的前提。然而,现有的水分状况诊断指标无法全面考虑土壤-植物-大气水分状况且易受环境因素影响,难以准确诊断。【研究目的】根据植株和穗部生物量（DM）与饱和水积累量（SWA）的关系,构建冬小麦在氮限制和非氮限制条件下营养生长和生殖生长阶段的临界SWA曲线,最后基于实际值与临界值的比值计算水分亏缺指数（WDI）来量化冬小麦的水分状况,以获得一个不易受环境影响、基于植物的水分状况诊断指标。【材料与方法】本研究于2019—2023年在中国农业科学院河南新乡灌溉所开展了为期四年的不同水分梯度（W0:0 mm;W1:40 mm;W2:80 mm;W3:120 mm）及氮肥水平(N1:75 kg ha;N2:225 kg ha)的测坑小区试验,在关键生育期（起身期,拔节期,抽穗期,开花期,灌浆前期,灌浆中期和灌浆后期）进行5至7次破坏性取样,测定并分析植株生物量（PDM）及穗生物量（EDM）和对应的饱和水积累量之间的关系。【结果与分析】基于SWA与DM的异速关系,本研究构建了冬小麦营养生长期和生殖生长期在氮限制处理（N1）和非氮限制处理（N2）下的临界SWA曲线(营养生长期:N1:SWA=5.34PDM;N2:SWA=7.37PDM,生殖生长期:N1:SWA=4.53EDM;N2:SWA=3.53EDM),通过分析WDI的动态变化及其与产量的关系,对上述曲线进行了验证。此外,探讨了WDI与作物水分胁迫指数（R=0.59**）、土壤含水量（R=0.53**）和植物相对含水量（R=0.51**）的关系,极显著的相关性证明WDI可以很好地用于水分状况诊断,而较低的决定系数表明WDI可能可以捕捉其他水分诊断指标难以表征的水分信息。【结论】DM和SWA之间的异速生长关系遵循幂函数的形式。SWA随DM的增加而增加,其增加速率随DM的升高而减慢。新构建的临界曲线和诊断指标可以有效地诊断冬小麦的水分状况。

关键词：水分状况诊断饱和水积累量异速生长关系临界曲线诊断指标

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基于氮营养指数的追肥策略可持续性评价

基于氮营养指数的追肥策略可持续性评价

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第二十届中国作物学会学术年会

作者：李玥 Yuxin Miao Ata-UI-Karim Syed Tahir 刘小军田永超朱艳曹卫星曹强南京农业大学国家信息工程技术中心/智慧农业教育部工程研究中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/江苏省信息农业重点实验室明尼苏达大学东京大学

【研究背景】气象、土壤、地形和作物品种等生物物理因素对作物生长和产量存在较强的时空变异,传统的单一且固定的作物管理策略已经无法满足复杂的农业生产系统需求。精确氮肥管理旨在通过根据土壤氮肥供应和作物氮素需求的时空同步性... 详细信息

【研究背景】气象、土壤、地形和作物品种等生物物理因素对作物生长和产量存在较强的时空变异,传统的单一且固定的作物管理策略已经无法满足复杂的农业生产系统需求。精确氮肥管理旨在通过根据土壤氮肥供应和作物氮素需求的时空同步性来调整氮肥投入,为实现粮食安全和可持续发展的双重目标提供了一种有前景的策略。目前的研究主要集中在实时估测作物氮营养指标（NNI）和氮素需求（NR）,以诊断作物氮素状况和促进变量施肥。然而,将NNI和NR直接应用于氮肥管理的研究仍然是有限的。本研究拟发展一种基于NNI的冬小麦氮肥推荐算法,并从农艺,经济和环境效益方面与传统农民常规管理和多目标优化策略进行比较,同时评估其有效性和可持续性。【材料与方法】本研究通过在中国华北平原和长江中下游地区于2015—2017和2018—2020年开展了不同品种和氮肥施用量的田间试验,量化了跨生育期的NR和NNI之间的动态变化规律,构建了基于NNI的氮肥推荐算法（NNI-PNM）。基于氮肥-产量响应曲线,模拟了NNI-PNM策略在不同氮营养状况下的性能。此外,在2017—2018年进行了5个农户试验,基于帕累托等级排序和生命周期评价的方法探讨了NNI-PNM策略的综合潜能。【结果与分析】研究结果表明,NNI和NR之间存在稳健且显著的相关关系（R2=0.54-0.98）,其斜率随着播种后天数的增加而增加,而随氮肥利用率的增加而减少。基于这个规律可初步准确估测当季冬小麦的NR (RMSE=3.0～13.7 kg ha, RE=23%～36%)。NNI-PNM策略模拟的追肥用量随着氮营养状况的过剩而降低。与传统农户常规管理和当地推荐策略相比,NNI-PNM策略在氮营养不足的状况下通过增施追氮量可以增加产量0.36～0.4 t ha;在氮营养盈余的状况下,可以在减少追氮量的同时显著提高氮肥偏生产力16.9～93.8 kg kg。在农户验证试验中,NNI-PNM策略和多目标协同策略表现无明显差异,与农户常规管理相比能够在保证产量,蛋白质含量和净生态系统经济效益的前提下,减少氮肥用量（42%）和全球增温潜能（28.8%）,提高氮肥利用率（78.4%）。生命周期评价结果显示,环境影响随着施氮量的增加呈现上升的趋势,其中氮肥的生产和运输,以及灌溉是环境污染物的主要来源。综上所述,精确氮肥管理策略有助于提高农业生态系统的环境质量、经济效益和粮食安全的可持续性,是有效促进冬小麦可持续性生产的简便措施。【结论】基于NR和NNI变化特征建立的NNI-PNM策略具有优化小麦生产和实现多重效益的潜能,为小农氮肥管理决策和农业可持续发展提供了新的思路和支撑。未来的研究应考虑将这个方法在大面积范围内进一步推广和验证。

关键词：氮素需求,氮营养指数精确氮肥管理多目标优化可持续发展

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水稻生产遥感监测与智慧决策研究进展

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智慧农业(中英文) 2025年第02期 57-72页

作者：赵柄婷华传海叶晨洋熊育春钱涛程涛姚霞郑恒彪朱艳曹卫星江冲亚南京农业大学国家信息农业工程技术中心智慧农业教育部工程研究中心农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室江苏省信息农业重点实验室现代作物生产省部共建协同创新中心

[目的/意义]总结叙述水稻生产遥感监测及智慧决策算法的研究进展，剖析面临的挑战，展望未来方向。[进展]首先介绍了遥感手段在时空尺度上如何监测水稻生长，其次剖析了遥感在水稻种植分布、生育期监测、长势监测和产量品质估算等方面... 详细信息

[目的/意义]总结叙述水稻生产遥感监测及智慧决策算法的研究进展，剖析面临的挑战，展望未来方向。[进展]首先介绍了遥感手段在时空尺度上如何监测水稻生长，其次剖析了遥感在水稻种植分布、生育期监测、长势监测和产量品质估算等方面的应用；最后阐述了水稻生产智能决策算法与遥感耦合的潜力。[结论/展望]指出了遥感手段在水稻生产监测与人工智能耦合的应用与机遇，提出了大尺度、实时监测水稻生长的挑战与展望。本文可为水稻生产遥感监测相关深入研究提供参考，推动水稻精准生产和农业可持续发展。

关键词：水稻生产遥感产量模拟决策算法智慧农业

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不同产量水平下稻茬小麦的氮素营养指标特征

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植物营养与肥料学报 2020年第8期26卷 1420-1429页

作者：杜宇笑李鑫格张羽程涛刘小军田永超朱艳曹卫星曹强南京农业大学国家信息农业工程技术中心/农业农村部农作物系统分析与决策重点实验室/智慧农业教育部工程研究中心/江苏省信息农业重点实验室江苏南京210095

【目的】明确长江中下游地区不同产量水平稻茬小麦氮营养指标变化规律,为小麦氮素营养状况实时诊断提供理论依据。【方法】本研究通过江苏省多年多点田间不同氮肥、播期、密度和品种试验,构建不同产量水平小麦大数据,分析不同产量水平... 详细信息

【目的】明确长江中下游地区不同产量水平稻茬小麦氮营养指标变化规律,为小麦氮素营养状况实时诊断提供理论依据。【方法】本研究通过江苏省多年多点田间不同氮肥、播期、密度和品种试验,构建不同产量水平小麦大数据,分析不同产量水平小麦在不同生育时期的干物质积累量、植株氮积累量和植株氮浓度的变化规律,并通过计算小麦临界氮浓度,得到累积氮亏缺和氮营养指数的动态变化规律,进而明确高产稻茬小麦氮素营养指标特征。【结果】干物质积累量和植株氮积累量的变化趋势一致,随着小麦生育进程的推进均逐渐增加,植株氮浓度逐渐减小,累积氮亏缺和氮营养指数会出现波动。整个生育期内,干物质积累量和植株氮积累量在高产小麦和中产小麦之间的差异不显著,但二者植株氮积累量均显著高于中低产小麦,中低产小麦又显著高于低产小麦。在抽穗期、开花期和灌浆期,高产和中产小麦干物质积累量显著高于中低产小麦,中低产小麦又显著高于低产小麦。依据累积氮亏缺值判断氮素营养状况,高产和中产小麦的累积氮亏缺变化趋势一致,在起身—孕穗期,高产小麦的累积氮亏缺值由0.3 kg/hm^2降低为-23.0 kg/hm^2,中产小麦由7.0 kg/hm^2降低为-14.6kg/hm^2,孕穗—抽穗期又呈升高趋势,高产小麦由-23.0 kg/hm^2升高为-11.4 kg/hm^2,中产小麦由-14.6 kg/hm^2升高为2.4 kg/hm^2,开花—灌浆期的波动较小。表明高产小麦氮营养除起身期之外均为过剩,中产小麦在拔节—孕穗期的累积氮亏缺小于0,其余时期累积氮亏缺均大于0,但该水平的累积氮亏缺值一直在适宜范围内波动。中低产小麦在起身—拔节期,累积氮亏缺值由14.2 kg/hm^2降低为9.5 kg/hm^2,之后逐渐升高,灌浆期达到最大为43.9 kg/hm^2;低产小麦在起身期到灌浆期,累积氮亏缺值由17.3 kg/hm^2升高为71.1 kg/hm^2。表明中低产和低产的小麦氮营养水平在整个生育期内逐渐降低,且整个生育期均处于亏缺状态(累积氮亏缺值>0)。在拔节期、孕穗期、抽穗期和灌浆期,高产水平的小麦植株实际氮浓度高于植株临界氮浓度,中产小麦在孕穗期的植株实际氮浓度高于临界氮浓度,而中低产和低产的小麦在整个生育期植株实际氮浓度低于植株临界氮浓度。高产和中产的小麦氮营养指数在1附近波动,其中高产小麦的氮营养指数在起身—孕穗期由0.9升高为1.1,在抽穗—灌浆期,氮营养指数呈现先降低后升高趋势,其值分别为1.0、0.9和1.0,中产小麦与高产小麦的变化趋势一致,起身—孕穗期的氮营养指数由0.8升高为1.0,之后逐渐下降,其值均小于1,抽穗—灌浆期分别为0.9、0.9和0.9。中低产和低产的小麦氮营养指数始终低于1,中低产小麦在起身—拔节期氮营养指数由0.7升高为0.8,之后则逐渐下降,低产小麦从起身—开花期均逐渐下降,而这两个产量水平的氮营养指数在灌浆期会呈现略微上升趋势。【结论】随着产量水平的提高,小麦植株干物质和氮积累量、植株氮浓度、氮营养指数等都相应增加,累积氮亏缺相应下降。较高的干物质积累量和植株氮积累量是提高小麦产量的主要原因,在小麦生长过程中氮营养指数和累积氮亏缺均能准确诊断小麦氮营养状况,可为小麦氮肥精准管理提供理论支持。

关键词：小麦产量水平氮素营养临界氮浓度氮营养指数累积氮亏缺

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