许昌地区冬小麦长势空间变异研究
2022-06-09
摘要：现代农业信息技术可以定量描述作物长势在空间和时间上存在的差异，以河南省许昌市不同区域的农田为研究对象，获取冬小麦在不同生长期的土壤养分数据、冠层光谱数据及实测叶面积指数，对不同区域冬小麦长势空间变异进行分析，结果表明，作物在生长早期受土壤养分的影响较大，空间变异较为明显；生长旺盛期，不同的土壤条件和区域环境反映出叶面积指数存在较大差异，即使同一试验区的不同区域间也有较为敏感的表现；冬小麦的光谱信息与其长势有较好的相关性，在生长早期和稳定期表现出不同的空间变异情况。
关键词：冬小麦；光谱指数；叶面积指数；空间变异
中图分类号：S-3；S512.1+1 文章标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）15-3508-04
Growth Spatial Variation of Winter Wheat in Xuchang city
YU Zheng-zheng1， XU Yong-xin1， LI Jing-zhong1， ZHANG Zhen-yu2
（1.College of Urban Planning & Landscape Architecture， Xucang University， Xuchang 461000， Henan，China；
2.Department of Industry Technology of Henan Province，Zhengzhou 450008，China）
Abstract： Using several farmlands in Xuchang district as research target， the soil nutrient data ， canopy spectrum data and leaf area index data were collected and the growth spatial variation of winter wheat was analyzed. The results showed that in the early phase， the soil nutrient had tremendous influence on the crops and its spatial variation was very obvious. In the wheat bearing phase， the leaf area index had wide difference on the different soil condition and regional environment. In the same area， the leaf area index had a hypersensitive phenomenon. The spectrum and growth stage of wheat were closely correlated. Different spatial variation was existed in its early phase and stable phase.
Key words： winter wheat； spectrum index； leaf area index； spatial variation
小麦是中国的主要粮食作物，传统作业模式下的小麦生产存在很多问题，使种植者的投入不能收到最大化效益。随着农业信息化的发展，寻求小麦生长状况科学的监测方法，指导小麦的生产管理及加工，对提高小麦产量和农民生产效益具有重大意义。大量研究表明，在气象因素相似的情况下，土壤类型、质地和肥力水平成为决定小麦品质的重要因素[1]。遥感等空间信息技术为大面积作物长势监测提供了有效途径。诸多学者在此方面开展研究，Bhatti等[2]将TM影像技术用于作物及土壤有机质实测研究中，得出土壤性质与作物产量之间的相关性。国家农业信息化工程技术研究中心在此领域做了大量工作，宋晓宇等[3，4]利用航空成像光谱数据研究土壤供氮量及变量施肥对冬小麦长势的影响，并且利用高光谱遥感影像研究了冬小麦长势的空间差异；潘瑜春等[5]进行了土壤氮素积累与小麦长势的遥感监测研究；蒋阿宁等[6]、黄文江等[7]开展了光谱指数与冬小麦变量施肥的效应及小麦品质指标与冠层光谱特征的相关性研究；薛绪掌等[8]开展了土壤肥力与小麦目标产量的相关性研究，并评价了小麦变量施氮的效果；李卫国等[9]研究了利用遥感和作物生长模型监测作物长势的方法。利用现代农业信息技术不仅可以在同一试验地块内进行作物管理，而且还可以研究区域内作物的长势和品质变异情况。
本研究以河南省许昌市为研究区域，选取有代表性的试验区，利用作物关键生育时期地面实测小麦光谱数据和获取的土壤养分数据为基础，分别计算各区域的叶面积指数和光谱指数，通过求取各指标的均值和标准差，对研究区域内冬小麦长势及品质的空间变异情况进行分析和评价，为有针对性地调控作物生长状况进而提高作物品质和产量提供科学依据。
1 研究区域概况
许昌市位于河南省中部，地形以平原为主，温、光、水资源丰富，并与小麦生育时期相适应，常年小麦种植面积在20万hm2以上，是河南省粮食主产区之一，也是国家农业信息化首批试点城市。为了充分体现冬小麦空间变异特征，本研究所选的区域分别位于长葛市东部的石象乡S325线与董石路交叉口东北部麦田（Ⅰ区）、 许昌市魏都区魏武路与永昌大道东南部麦田（Ⅱ区）及襄城县茨沟乡肖庄村S329线南部麦田（Ⅲ区）。
2 试验方法及数据获取
2.1 试验方法
2.1.1 研究区域划分 为了准确采集农田养分数据和小麦生长光谱数据，在每个所选试验麦田内分别选取5块面积1 m2左右的试验单元，共计15个，试验单元应具有代表性，均匀分布于试验区域内，为减小滞尘量的影响，试验区域应距公路10 m以上。
关键词：冬小麦；光谱指数；叶面积指数；空间变异
中图分类号：S-3；S512.1+1 文章标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）15-3508-04
Growth Spatial Variation of Winter Wheat in Xuchang city
YU Zheng-zheng1， XU Yong-xin1， LI Jing-zhong1， ZHANG Zhen-yu2
（1.College of Urban Planning & Landscape Architecture， Xucang University， Xuchang 461000， Henan，China；
2.Department of Industry Technology of Henan Province，Zhengzhou 450008，China）
Abstract： Using several farmlands in Xuchang district as research target， the soil nutrient data ， canopy spectrum data and leaf area index data were collected and the growth spatial variation of winter wheat was analyzed. The results showed that in the early phase， the soil nutrient had tremendous influence on the crops and its spatial variation was very obvious. In the wheat bearing phase， the leaf area index had wide difference on the different soil condition and regional environment. In the same area， the leaf area index had a hypersensitive phenomenon. The spectrum and growth stage of wheat were closely correlated. Different spatial variation was existed in its early phase and stable phase.
Key words： winter wheat； spectrum index； leaf area index； spatial variation
小麦是中国的主要粮食作物，传统作业模式下的小麦生产存在很多问题，使种植者的投入不能收到最大化效益。随着农业信息化的发展，寻求小麦生长状况科学的监测方法，指导小麦的生产管理及加工，对提高小麦产量和农民生产效益具有重大意义。大量研究表明，在气象因素相似的情况下，土壤类型、质地和肥力水平成为决定小麦品质的重要因素[1]。遥感等空间信息技术为大面积作物长势监测提供了有效途径。诸多学者在此方面开展研究，Bhatti等[2]将TM影像技术用于作物及土壤有机质实测研究中，得出土壤性质与作物产量之间的相关性。国家农业信息化工程技术研究中心在此领域做了大量工作，宋晓宇等[3，4]利用航空成像光谱数据研究土壤供氮量及变量施肥对冬小麦长势的影响，并且利用高光谱遥感影像研究了冬小麦长势的空间差异；潘瑜春等[5]进行了土壤氮素积累与小麦长势的遥感监测研究；蒋阿宁等[6]、黄文江等[7]开展了光谱指数与冬小麦变量施肥的效应及小麦品质指标与冠层光谱特征的相关性研究；薛绪掌等[8]开展了土壤肥力与小麦目标产量的相关性研究，并评价了小麦变量施氮的效果；李卫国等[9]研究了利用遥感和作物生长模型监测作物长势的方法。利用现代农业信息技术不仅可以在同一试验地块内进行作物管理，而且还可以研究区域内作物的长势和品质变异情况。
本研究以河南省许昌市为研究区域，选取有代表性的试验区，利用作物关键生育时期地面实测小麦光谱数据和获取的土壤养分数据为基础，分别计算各区域的叶面积指数和光谱指数，通过求取各指标的均值和标准差，对研究区域内冬小麦长势及品质的空间变异情况进行分析和评价，为有针对性地调控作物生长状况进而提高作物品质和产量提供科学依据。
1 研究区域概况
许昌市位于河南省中部，地形以平原为主，温、光、水资源丰富，并与小麦生育时期相适应，常年小麦种植面积在20万hm2以上，是河南省粮食主产区之一，也是国家农业信息化首批试点城市。为了充分体现冬小麦空间变异特征，本研究所选的区域分别位于长葛市东部的石象乡S325线与董石路交叉口东北部麦田（Ⅰ区）、 许昌市魏都区魏武路与永昌大道东南部麦田（Ⅱ区）及襄城县茨沟乡肖庄村S329线南部麦田（Ⅲ区）。
2 试验方法及数据获取
2.1 试验方法
2.1.1 研究区域划分 为了准确采集农田养分数据和小麦生长光谱数据，在每个所选试验麦田内分别选取5块面积1 m2左右的试验单元，共计15个，试验单元应具有代表性，均匀分布于试验区域内，为减小滞尘量的影响，试验区域应距公路10 m以上。