氮素是影响冬小麦生长的重要元素, 如何根据冬小麦需求适时变量施用氮肥是现代农业精准施肥研究需要解决的关键问题之一。 无人机遥感技术在冬小麦生长情况监测中具有高分辨率、 高时效性、 低成本等优势, 为解决施肥需求监测问题提供了重要数据源。 因此研究无人机多光谱影像数据, 构建其与冬小麦产量与施肥量之间的关系模型对于精准施肥研究十分重要。 选择冬小麦典型生产区山东省桓台县为实验区, 布置4种不同施氮水平的田间实验。 利用无人机搭载Sequoia多光谱传感器, 采集实验区不同氮素施肥水平的冬小麦返青初期多光谱影像, 同时测得冬小麦冠层叶绿素含量(soil and plant analyzer development, SPAD)数据及产量数据。 通过多光谱影像数据计算获得归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、 叶绿素吸收指数(modified chlorophyll absorption ratio index, MCARI2)等6种形式植被指数, 建立无人机多光谱影像植被指数与小麦冠层SPAD值的线性、 二阶多项式、 对数、 指数和幂函数模型, 优选地面氮素状况最优植被指数模型, 反演冬小麦不同施氮水平的状况, 进而根据不同施氮水平与敏感植被指数和冬小麦产量的关系, 构建了基于植被指数指标的氮肥变量施肥模型, 并将模型应用于同时期小麦多光谱影像。 结果如下: (1)地面实测的SPAD值能较好的反映冬小麦施氮水平及生长状况。 无人机多光谱数据分区统计结果表明不同施氮水平冬小麦冠层反射率有较大差异性。 (2)结构性植被指数与SPAD拟合效果优于其他类型指数。 MCARI2的二阶多项式模型精度最优(R2=0.790, RMSE=0.22), 其能较好的移除冬小麦返青初期土壤背景等因素的影响, 为氮肥敏感植被指数。 (3)基于产量-施氮量模型和产量-敏感植被指数模型, 构建敏感植被指数的氮肥变量施肥模型为Nr=10 707.63×MCARI22-5 992.36×MCARI2+715.27。 通过模型应用生成了实验区冬小麦氮肥变量施肥图, 与实际情况具有较高一致性。 该研究提出了利用无人机多光谱数据进行冬小麦施氮决策的模型及方法, 为冬小麦精准施肥的进一步研究提供了依据。

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。

通过小麦氮素和品种对比试验, 分析不同氮素和品种处理小麦生育期氮肥偏生产力与光谱参数的相关关系, 建立小麦氮肥偏生产力的光谱参数估算模型, 结果表明绿度植被指数（GREENNDVI）在拔节期与小麦氮肥偏生产力呈极显著相关, 相关系数0.640　4。　用GREENNDVI在拔节期建立小麦氮肥偏生产力的估算模型, 均方根误差0.459　7。 研究表明利用光谱参数可以有效地估算小麦氮肥偏生产力。

应用ICP-MS研究了(NH₄)₂SO₄ 和CO(NH₂)₂肥料中植物营养元素的含量,以期为今后的氮肥肥效试验和农业生产提供基础数据。结果表明,(NH₄)₂SO₄和CO(NH₂)₂肥料中含有多种植物必需元素,包括Mg,P,K,Ca,Mn,Ni,Cu,Zn和Mo,含量达到μg·g-1级的有Mg,P,K,Ca,Mn和Fe;含量为ng·g-1级的有Ni,Cu,Zn和Mo;除了Mo以外,(NH₄)₂SO₄中的其他元素的含量均显著高于尿素。(NH₄)₂SO₄和CO(NH₂)₂肥料中有益元素有Na,Al,Si,Co和Se,其中Al和Co的含量(NH₄)₂SO₄ 显著高于CO(NH₂)₂;Si的含量CO(NH₂)₂显著高于(NH₄)₂SO₄。尿素未检测到Se和Fe。由于上述元素对于植物的生长发育有明显影响,所以在研究不同形态肥料差异和氮肥肥效时,应当全面分析影响因素。建议在做氮肥肥效试验时选择纯度高、杂质元素含量少的单一化合物肥料。

光化学植被指数PRI(photochemical reflectance index)为估算植被的光能利用率LUE(light use efficiency)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对PRI和LUE之间关系的影响,这些因素包括水分含量、CO2浓度等等。文章选择了不同氮、钾施肥量处理的小麦,测量其LUE和PRI,分析不同肥料处理对二者关系的影响。实验表明,氮、钾施肥量的增加将提高冠层光谱的PRI值和叶片内部叶绿素的含量,在此基础上提高小麦的LUE。对于不同氮、钾处理的小麦,PRI和LUE之间都获得了很好的相关关系,总的相关系数R2分别是0.710 4和0.853 4。随着氮、钾肥量的增加,PRI和LUE之间的相关性也在增加。对1,2,3份的氮施肥量,相关系数R2分别是0.602 0,0.640 4和0.801 4;钾施肥量为1,2,3份时,R2分别为0.379 1,0.640 4和0.676 9。因此,PRI不仅能够获可靠精度的LUE,并且为监测小麦的肥料状况提供了一种间接方法,这将为田间管理和精细农业提供了必要的参考信息。

氮肥的施用量和形态对植物的影响很大。实验借助于一种新型光谱仪SPAD-502叶绿素仪, 研究了不同氮肥水平和氮肥形态对苗期玉米叶片叶绿素含量的影响。结果表明,每公顷施用0,100和200 kgN时,SPAD值在43.3-43.7之间,差异不显著;每公顷施用400 kgN时最后一片展开叶的叶绿素含量显著高于对照和每公顷施用100和200 kgN的处理,估计可能与肥料中其他成分有关,但原因尚需进一步研究。通过不同形态氮肥试验,表明氨态氮处理的叶片叶绿素含量显著高于硝态氮处理,可能的原因是:(1)氨态氮易于吸收,施用初期效果快;(2)氨态氮中微量元素比较高。

选用激光诱变育成的菜用大豆品种AC₁₀,通过在开花初期追施不同的氮素水平,研究其对主要生理指标及产量和产量构成因素的影响.结果表明:花期追施适量氮肥,能明显提高菜用大豆品种AC10植株花后叶面积指数、叶绿素含量、光合速率和荚果可溶性糖含量,从而提高鲜豆荚产量,其中以每公顷追施75.0kg～112.5kg尿素,单株鲜豆荚产量达到92.15 g～90.37g,比对照增产8.0%～7.1%;但过量追施氮肥,影响植株生长,造成减产,当每公顷追施尿素达150kg时,单株鲜豆荚产量为81.19 g,比对照减产5.1%.

本文应用15N示踪技术研究了水稻对控释氮肥和尿素氮吸收利用效率的影响以及氮的去向.结果表明,施肥后11天内,水稻控释氮肥和尿素的NH3挥发损失分别占施入氮量的0.69%和1.81%.NH3的挥发损失在施肥后第5天时达到最大值,此后逐渐降低.水稻控释氮肥和尿素氮的淋溶损失分别占施入氮量的0.95%和1.02%.水稻控释氮肥氮的淋溶损失在水稻整个生长期间均比较平缓,施肥后40天时略有上升,此后又缓慢降低.用氮素平衡帐中的亏缺量扣除氨的损失量后计为硝化-反硝化损失量?慕峁砻?水稻控释氮肥氮的硝化-反硝化损失量占施入氮量的3.46%,而尿素氮的硝化-反硝化损失量却高达37.75%.肥料氮在土壤中的残留主要集中在0～35?cm的土层中,达91.4-91.5%,残留在35?cm以下土层中的氮甚微.水稻控释氮肥残留在土壤中的氮量略高于尿素处理.水稻控释氮肥利用率高达73.8%,比尿素高出34.9%.水稻控释氮肥氮利用率高的原因是因氮从颗粒中缓慢释放、受淋溶、氨挥发、尤其受硝化-反硝化途径损失的氮较少.在施等氮量的条件下,施用水稻控释氮肥的稻谷产量比尿素的增产25.5%,达到p=0.05的显著水平.