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玉米冠层光谱氮营养诊断追肥模型的研究

赵福刚  
【摘要】: 在我国,化肥尤其是氮肥的施用存在利用率低、污染环境等问题,为解决这些问题,必须进行精准变量施肥。 国内外在变量施肥控制系统的研究方面有很多成果和进展。国外的成型系统尽管性能优良,但其总体造价都很昂贵,且其所依据的气候和土壤条件等都与我国不甚相同,不适宜在我国国内推广。而国内所研究的变量施肥系统则具有机械机构复杂,受肥料物理特性影响较大且造价较高的缺点。 近几年,遥感技术的迅速发展及其在精准农业中不断深入的应用使近地遥感测试与变量施肥的结合也有了进一步的发展。归一化植被差异指数(NDVI)是作物生长中重要的冠层结构参数之一,对群体光分布、光能利用和作物产量有着重要的影响。 本文主要是针对吉林省在推广测土配方施肥过程中,广大农户悄然兴起的改玉米氮肥基、追施用为一次性施肥:即农民不能按照决策施肥卡中规定的氮肥施用方法(基肥和追肥)去做,而是在播种时将氮肥全部以基肥形式施入的现象。提出玉米氮肥的施用应采用以作物营养诊断为主的追肥制施肥方式,并依据NDVI值与玉米追肥模型的关系,通过对玉米生育期中实时获取的现场玉米冠层归一化植被指数点状NDVI数据的分析,得出了适合本地区玉米带区最优氮肥用量模型(NFOA)中的参数。其结果如下: 1.由成熟期无N肥产量和拔节期无N区NDVI值计算预测玉米潜在产量子模型YP_0(无N肥产量):YP_0=0.5348e~(308.93)(INSEY)) 2.应用最高产量区的NDVI值除以变量追肥区NDVI值可以得到氮肥响应指数模型,变量追N区各处理RI_(NDVI)的平均值为RI_(N1)=1.059(基N量14.66kg/hm~2,追N量29.33kg/hm~2),RI_(N2)=1.081(基N量29.33kg/hm~2,追N量58.66kg/hm~2),RI_(N3)=1.153(基N量44kg/hm~2,追N量88kg/hm~2)。 3.由成熟期无N肥产量(YP_0)和模型②的结果计算预测目标产量(YP_N)子模型,变量追N区各处理YP_N的平均值为YP_(N1)=7.77Mg/hm~2(基N量14.66kg/hm~2,追N量29.33kg/hm~2),YP_(N2)=7.92Mg/hm~2(基N量29.33kg/hm~2,追N量58.66kg/hm~2),YP_(N3)=8.41Mg/hm~2(基N量44kg/hm~2,追N量88kg/hm~2)。 4.由成熟期玉米的吸氮量和模型③的结果计算玉米平均含N%量(PNG)子模型:PNG=1.8891-0.0463YP_N 由PNG和模型③的结果计算玉米N的吸收总量(GNUP),变量追N处理的玉米N的吸收总量的平均值GNUP_(N1)=102.619kg/hm~2(基N量14.66kg/hm~2,追N量29.33kg/hm~2),GNUP_(N2)=113.769kg/hm~2(基N量29.33kg/hm~2,追N量58.66kg/hm~2),GNUP_(N3)=137.117kg/hm~2(基N量44kg/hm~2,追N量88kg/hm~2)。 5.由变量追N处理不追N小区得到的NDVI值和拔节期玉米植株的含氮量计算玉米追肥前N的吸收量(FNUP)子模型:FUNP=19.217e~(0.3077*NDVI) 6.由模型④和⑤的结果计算当季氮肥追肥量子模型,变量追N处理的当季氮肥追肥量的平均值FNR_(N1)=113.349kg/hm~2(基N量14.66kg/hm~2,追N量29.33kg/hm~2),FNR_(N2)=131.00kg/hm~2(基N量29.33kg/hm~2,追N量58.66kg/hm~2),FNR_(N2)=160.25kg/hm~2(基N量44kg/hm~2,追N量88kg/hm~2)。 通过最优氮肥用量模型(NFOA)中参数的获得为以后将GreenSeeker近红外光谱传感器集成到中耕施肥机械上,研制具有实时营养诊断、决策、变量追肥机械奠定了基础。进而可以简化以往的精准施肥程序,实现玉米用肥量最大的氮肥追施精准变量化,以期减少氮肥施用量,提高氮肥利用率,并对提高经济效益和环境效益均有重要意义。


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