地上生物量和叶绿素是紫花苜蓿生长过程中的重要指标, 可以为其生长的动态监测与管理提供有效的帮助。 紫花苜蓿作为最为重要的饲草作物, 如何利用现代光谱智能技术有效且准确地预测其状态是紫花苜蓿种植过程中的重要问题。 基于无人机多光谱对不同品种紫花苜蓿的地上生物量和叶绿素含量的估算结果进行研究并为此构建预估模型。 共研究了21个紫花苜蓿品种, 采用无人机搭载多光谱相机在天气晴朗无风时起飞并拍摄图像, 将无人机拍摄得到的多光谱图像采用ENVI 5.3软件进行分析, 挑选出NDVI、 EVI、 SAVI、 Green NDVI、 NDGI、 DVI、 NGBDI、 OSAVI、 NDRE 和MSR共10个植被参数和无人机多光谱相机自带的5个光谱波段（蓝、 绿、 红、 红边、 近红外）进行特征分析, 再使用Matlab 2020b软件, 采用支持向量机（SVM）构建不同品种紫花苜蓿的地上生物量和叶绿素含量的预测模型。 然而在实际操作的运行中, 发现使用SVM构建的预估模型其准确率不理想, 因此使用智能算法鲸鱼(WOA)和灰狼(GWO)对SVM预估模型进行优化, 发现使用SVM预估模型能预估不同品种的紫花苜蓿的地上生物量和叶绿素含量, 其中经WOA智能算法优化后的SVM预估模型在估算不同品种的紫花苜蓿的地上生物量和叶绿素含量时其准确率最高。 研究中构建的预估模型为筛选品质较好的紫花苜蓿品种有一定的指导意义, 同时也为今后无人机多光谱预估紫花苜蓿的生物量及其相关的生理生态指标提供了有效的帮助和合理的参考依据。

针对目前粮食产量定量评估模型泛化能力不足、 预测时间滞后以及早期估产时间窗口难以确定等问题, 以Sentinel-2遥感数据和实测玉米产量作为数据源, 开展县域尺度玉米估产及早期最优估产时间窗口确定研究。 基于玉米生长期内的时序影像数据集, 通过玉米产量实测数据与影像植被指数建立相关关系, 并采用MLRM（多元线性回归模型）, GPR（高斯过程回归模型）, LSTM（长短期记忆人工神经网络模型）, 建立玉米时序估产模型。 实验结果表明, 基于LSTM在NDVI、 GNDVI、 以及GN（NDVI与GNDVI组合）这三种植被指数作为参数建立的时序估产模型中, 无论在估产精度, 模型可靠性、 产量异常值捕捉、 以及早期最优估产时间窗口确定等方面均优于基于GPR、 MLRM建立的时序估产模型。 同时基于LSTM时序估产模型, 采用截止到抽雄期的NDVI时序影像数据作为参数, 其结果的决定系数R2可达0.83、 均方根误差RMSE为0.26 t·ha-1、 相对分析误差RPD为3.52; GNDVI时序影像数据作为参数, 其结果的决定系数R2为0.79、 均方根误差RMSE为0.30 t·ha-1、 相对分析误差RPD为2.87; 以GN时序影像数据作为参数, 其结果决定系数R2为0.83、 均方根误差RMSE为0.27 t·ha-1、 相对分析误差RPD为3.05; 以NDVI作为LSTM模型参数的估产效果最优, 相较于玉米收获期可提前2个月就能预测当年的玉米产量, 对于县域尺度玉米产量预报具有一定的现实意义, 同时也为类似作物的估产研究提供相关参考。

以蛋白核小球藻为研究对象，通过毒性胁迫、光照胁迫和温度改变蛋白核小球藻的光合活性，研究蛋白核小球藻叶绿素荧光产量与光合活性参数F_v/F_m的变化关系。结果表明：3种不同生长环境下，蛋白核小球藻的叶绿素荧光产量随着F_v/F_m改变而发生较为明显变化，最大变化范围为235~668 （μg·L^-1）^-1；F_v/F_m与叶绿素荧光产量之间具有明显负线性相关性，线性优度R²超过0.91。该研究结果为发展更为准确的藻类叶绿素a质量浓度活体荧光检测方法提供了重要依据。

运用经典系综方法研究了线偏振激光场和双色反旋圆偏振激光场中CO₂分子非序列双电离的产量。结果表明：在激光强度较高的区域，双色反旋圆偏振激光场下CO₂分子非序列双电离的产量高于线偏振激光场；在激光强度较低的区域，结果则刚好相反。这是因为当激光强度较低时，CO₂非序列双电离产量的主要影响因素是抑制势垒，当激光强度较高时，由于抑制势垒发生扭曲，其产量主要受激光场结构的影响。

在大区域尺度实现快速、精确的作物产量估测对我国粮食安全、作物种植结构调整、进出口贸易等具有重要意义。遥感技术的发展为农业估产领域带来了新的技术和手段。以湖北省油菜为研究对象，针对如何利用有限的地面观测数据进行大区域范围油菜产量估测的问题，结合遥感数据和气象数据，通过WOFOST模型进行数据同化，模拟油菜生长过程中的叶面积指数（LAI）变化，提取油菜关键生长期的LAI，以弥补大区域尺度数据的不足。之后，利用LAI作为中间量构建基于GF-1 WFV数据的大区域尺度油菜估产算法。研究发现，油菜蕾苔期和花期的综合LAI能够实现提前、准确的油菜产量预估，在蕾苔期SR植被指数与LAI相关性最好，在花期则是可见光大气阻抗（VARI_green）植被指数与LAI相关性最好。为了验证估产算法的有效性和鲁棒性，在阳新县进行了测试。结果表明，与统计年鉴的产量数据相比估产误差低于6%，说明所提算法在大区域尺度油菜估产领域具有很强的潜力。

为探讨旋耕秸秆还田和免耕秸秆覆盖对旱地小麦生长及产量的影响, 在临汾市尧都区长期保护性耕作试验区进行大田试验, 以‘晋麦102号’为试验材料, 研究旋耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖两种耕作模式对麦田土壤含水量、小麦叶片抗旱生理指标、渗透调节指标、光合作用、生物量、叶面积指数、小麦产量的影响。结果表明: 1)在旱地小麦关键生育期, 免耕秸秆覆盖较旋耕秸秆还田可明显提高0～50 cm、120～200 cm土层的含水量, 增加小麦可利用的水分; 2)免耕秸秆覆盖较旋耕秸秆还田减少抗氧化酶活性失衡, 减少膜质受损, 缓解体内细胞渗透失衡, 维持小麦正常生长需要的水分, 延缓叶片衰老; 3)免耕秸秆覆盖可提高小麦叶片叶绿素含量, 缓解叶绿素a的降解, 促进小麦的光合作用和营养积累; 4)免耕秸秆覆盖可提高小麦叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率; 5)免耕秸秆覆盖增加叶面积指数, 促进籽粒灌浆, 增加小麦分蘖数和每平方米穗数, 从而提高旱地小麦产量。本研究可为旱作小麦合理耕作提供科学依据。

C4糜子(Panicum miliaceum L.)具有较强的抗旱性, 在干旱和半干旱地区被广泛种植。不同糜子品种产量形成与其光合作用以及源库关系密切相关。目前关于糜子光合作用和源库关系与其产量变异之间关系的研究仍然缺乏。本研究通过田间试验测定了半干旱地区9个糜子品种的气体交换参数、叶绿素荧光动力学参数、单株叶面积(LA)、干物质量、收获指数(HI)、产量及产量构成因素, 研究了不同糜子品种光合作用和源库关系对产量形成的影响。结果表明, 高光利用能力(Pmax较大)的糜子表现出明显的遗传变异, 而弱光利用能力(α较小)的糜子则没有。不同品种糜子水分利用效率(WUE和iWUE)与产量表现出显著的正相关性, 而单叶净光合速率(Pn)与产量则没有这种相关性, 这能够作为糜子品种选育的目标性状。糜子源库关系遗传变异显著, 供试品种根据源库关系的差异可以分成源大库小型、源小库大型和源库关系平衡型。具体表现为: 源小库大型品种叶光合速率和单株叶面积较低, 源限明显, 产量较低(如内蒙古红糜子), 但光合潜力较大; 源大库小型品种虽然叶光合速率和单株叶面积较大, 干物质量较大, 但HI显著较低, 库限明显(如白黍子), 产量较低; 源库平衡型品种叶光合速率、单株叶面积和HI都较高, 具有较好的源库关系, 产量明显较高, 如靖远中集青糜、宁糜14, 而且该类型品种的蒸腾速率和水分利用效率显著高于其他糜子品种。该研究结果将有利于辅助糜子的育种工作。

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, LAI)、 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800～1 330 nm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400～700 nm波段, N2(1/2底施+1/2拔节期追肥)处理最低; 在760~1 368 nm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10 d 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。

为了明确外源激素诱导水稻抗旱性的效果及其生理机制。以中嘉早17为材料,分析外源激素在淹水灌溉、干湿交替灌溉和干旱灌溉方式下叶绿素荧光参数的差异及其对产量与产量构成的影响。结果表明,干旱灌溉显著降低了叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学量子产量、实际光量子效率、非光化学猝灭值、有效穗数、每穗粒数、结实率,孕穗期比分蘖期更为敏感,表现为相同胁迫时间下最大光化学量子产量、每穗粒数、单株穗数等下降更显著。赤霉素(gibberellin, GA3)处理后降低了PSⅡ最大光化学量子产量、非光化学猝灭和光化学猝灭系数,导致有效穗数减少、千粒重和结实率降低。脱落酸(abscisic acid, ABA)处理能缓解孕穗期干旱胁迫,减轻水稻叶片的光抑制程度,提高叶绿素荧光参数,增强抗旱能力。综合来看,以分蘖期淹水条件下结合IBA处理产量最高,比对照增产7.4%,这可能与淹水条件下吲哚丁酸(indolebutyric acid, IBA)处理能提高光合效率有关。