不同氮肥处理下小麦冠层和叶片光谱特征及产量分析

摘要：

利用遥感光谱无损、快速分析出氮肥的施用时期和施用模式,对于保护环境、产量及氮肥利用率的提高具有重要意义.利用FieldSpec 4 Wide-Res Field Spectrum radiometer便携式地物光谱仪,测定了不同氮水平下小麦冠层和叶片两种模式光谱特征及红边参数变化规律;提出一个新指数——归一化差异最大指数(normalized difference maximum index,NDMI),并分析其与叶面积指数(leaf area index,LAD、SPAD(soil and plant analyzer development)值、MDA(malondialdehyde)含量、旗叶氮含量和产量的相关性.结果表明,小麦叶片原始光谱在开花后26 d起800～1 330nm区间的光谱反射率以N3(1/3底施+1/3冬前追肥+1/3拔节期追肥)处理为最高,N1处理(1/2底施+1/2冬前追肥)次之.主要原因是由冬前和拔节期两个时期均施三分之一氮肥,增强了叶片光合能力.小麦冠层原始光谱,在400～700nm波段,N2(1/2底施+1/2拔节期追肥)处理最低;在760～1 368nm波段区间,由于群体结构不同,在开花期至灌浆中期N1处理的光谱反射率最高,N3处理次之;N3处理的冠层光谱反射率在开花后26和33 d最高.建议用400～700和760～1 368 nm波段的冠层原始光谱数据,分别来辨别小麦旗叶含氮量的高低及施肥模式.叶片模式下一阶微分光谱在500～750 nm区间出现两个“峰”,通过峰的位置偏移程度和偏移时期来估测施氮的模式.在670～740 nm区间冠层一阶微分光谱值在开花期最高,开花后10 d的一阶微分光谱值最低.在开花期至开花后10d N1处理的一阶微分光谱值高于N3处理;灌浆中期至开花后33 d N3处理的一阶微分光谱值高于N1处理.可以通过一阶微分最大值来推测小麦所处的生育期和施肥的方式及施肥时期.在开花期至灌浆中期,冠层反射率一阶导数最大值(FD-Max) N1处理最高,N3处理次之;在开花后26～33 d,N3处理的群体结构较其他处理密,导致其一阶导数最大值一直最高.四个处理叶片一阶导数最大值变化趋势不如冠层显著.四个处理的反射率一阶导数最大值对应的红边位置(REPFD-Max)中,N1和N3冠层REPFD--Max在灌浆中期后偏移显著;在开花后26～33 d,N3处理的群体上层结构密,叶片宽且厚,冬前追施氮肥影响REPFD-Max偏移程度.基于NDVI基础上,筛选出一个新指数——归一化差异最大指数.冠层归一化差异最大指数(CNDMI)与农化参数的相关系数高于叶片归一化差异最大指数(LNDMI),且CNDMI与产量的相关性比LNDMI显著.冠层归一化差异最大指数与旗叶氮含量、SPAD值和MDA含量有着显著的相关性,相关系数r分别为0.812 88,0.928 21和-0.722 17.综上所述,借助光谱数据和红边参数可以推测小麦含氮量的高低,所处的生育期和施氮肥的模式,进而为田间施肥管理及施肥诊断提供依据.CNDMI与小麦产量有着更好的相关性,符合我国资源卫星的光谱波段范围,具有可实际操作性.

关键词：小麦、氮肥处理、光谱特征、归一化差异最大指数、产量

所属期刊栏目：38

分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：科技部十三五重点研发项目2016YFD0300107,2017YFD0300202-3;国家自然科学基金项目31371580

在线出版日期：2018-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：3534-3540