摘要: 本研究针对精准农业技术体系中作物长势、养分信息的准确获取、处理以及施肥决策中存在的问题，开展基于多监测指标的冬小麦施肥决策及长势空间变异研究，试验于2013-2014年度在北京市小汤山国家精准农业研究示范基地进行。试验以田间充足施肥对照带(... 展开 本研究针对精准农业技术体系中作物长势、养分信息的准确获取、处理以及施肥决策中存在的问题，开展基于多监测指标的冬小麦施肥决策及长势空间变异研究，试验于2013-2014年度在北京市小汤山国家精准农业研究示范基地进行。试验以田间充足施肥对照带(N-rich Strip)作为氮素营养丰缺状况参考带，N-rich Strip的氮肥施用量为本研究区域150％常规推荐施氮量，基肥与正常施肥相同，通过越冬期、返青期增加追施氮肥量构建N-rich Strip;并设置常规氮肥推荐量均匀施肥处理、无氮肥处理作为对照，以ASD地物光谱仪、Multiplex3紫外-可见光便携式荧光仪、SPAD叶绿素仪、Dualex多功能叶片测量仪测量的相关指标作为田间长势及营养状况信息无损监测的手段，结合试验室内理化参数测定，筛选起身期不同监测指标下与氮素相关性较好的作物群体长势监测指标(冠层光谱参数OSAVI、红边拐点位置REPLI，冠层氮素平衡指数NBI-R)以及作物个体养分监测指标（叶片叶绿素SPAD、叶片氮素平衡指数NBI），与N-rich Strip处理对应参数比较，判定氮素的丰缺状况及其程度，拟定施肥算法并计算各小区所需追肥量，在拔节期进行变量追肥。研究对不同变量施肥处理小区冬小麦在不同生育期的长势动态变化进行分析对比，以期探讨明确基于个体及群体不同长势指标的冬小麦N-Rich Strip对照变量施肥的效果;同时，研究基于地统计学方法获取不同生育期作物的长势、产量和品质指标的空间结构参数，通过Kriging插值得到研究区作物长势分布图，研究分析了作物个体及群体长势指标反映的作物长势的时空变异特点及其对作物产量品质的影响。研究取得结果如下: (1) N-rich Strip在生物量、LAI等长势数量指标和叶片含氮量等理化指标上明显高于其他施肥处理，在作为田间对照指导变量施肥方面可以起到良好的营养状况参考对照带作用。各监测手段支持下基于N-Rich Strip对照的变量施肥处理，与同等施肥水平下的常规均匀施肥处理相比，在减小长势指标参数、产量、品质指标等的田间差异方面均具有明显的优势，同时获得了相对的高产、优质，说明基于N-Rich Strip对照进行变量施肥可以平衡基础地力、基础长势的差异获得较均匀的长势及产量，从而达到变量施肥的目的。 (2)除无氮处理和N-rich Strip产量显著低于其他处理外，其他各变量施肥处理及同等施肥水平的均一施肥处理间产量均无显著差异，但各变量施肥处理拟定追肥量的变幅及田间变异系数有较大差异。基于群体监测指标(REPLI、NBI-R)的变量施肥与基于个体测试相应的指标(SPAD、NBI)相比，变量施肥的效果更明显。尤其是基于REPLI的变量施肥处理，追肥前田间长势差异最大，拟定施肥量差异也最大，但在此基础上，该处理获得了最高的产量水平和相对最小的差异程度，在本试验条件下变量施肥的效果最明显。 (3)对不同生育期长势监测各指标与叶片氮含量地统计插值图进行比对及与叶片氮素的空间相关关系分析表明，基于个体的监测指标(SPAD、NBI)优于基于群体的监测指标（OSAVI、NBI-R、REPLI）。叶片氮素与产量、品质指标空间相关性最好的时期分别是灌浆期和挑旗期，与叶片氮素一致，灌浆期和挑旗期的NBI和REPLI分别与产量和品质空间空间相关性最好，可以用来预测产量、品质及其空间变异程度。 (4)在本试验条件下，基于个体的监测指标(SPAD、NBI)与基于群体的监测指标(OSAVI、NBI-R、REPLI)在指导的变量施肥的效果及在空间上反映氮素营养状况方面的表现不一。在农业机械化及农业生产规模化的大趋势下，从应用范围前景来讲，与本研究中采用的其他田间长势监测手段相比，基于高光谱信息进行作物养分的管理将获得更大的应用空间。如何高效提取和挖掘高光谱蕴含的丰富信息，尤其是准确定量的反演作物长势信息并量化其在空间上的真实差异，是利用高光谱手段进行作物营养管理的关键。 收起