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1、中国农业科学 2007,40(9):1907-1913Scientia Agricultura Sinica收稿日期：2006-09-06 ；接受日期：2007-01-10基金项目：国家自然科学基金（40471093，40571118） ，北京市自然科学基金（4052014）和国家 973 项目（2005CB121103）作者简介：蒋阿宁（1982-） ，女，内蒙古阿荣旗人。研究方向为遥感在农业上的应用。E-mail ：；Tel：13164286097。通讯作者赵春江（1964-） ，男，河北定县人，研究员，博士，研究方向为农业信息化及智能化应用。E-mail ：基于光谱指数的冬小麦变量施肥效
2、应研究蒋阿宁 1,2，黄文江 1，赵春江 1，刘克礼 2，刘良云 1，王 纪华 1（ 1 国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097； 2 内蒙古农业大学农学院，呼和浩特 010019）摘要：【目的】由适时获得的高光谱数据代替传统繁琐的实验室土壤养分测定数据来进行变量施肥，实现冬小麦高产优质的目标。 【方法】本研究利用冬小麦起身期和拔节期冠层 光谱数据， 选用反映冬小麦长势信息的优化土壤调节植被指数（OSAVI， optimization of soil-adjusted vegetation index）和变量施肥模型进行变量施肥管理（变量区），以相邻地块常规非变量（均一）施肥区（对
3、照区）为对照，研究了不同氮肥处理冬小麦冠层光谱特征及其施肥效应。【结果】变量施肥之后两种氮肥处理在敏感波段 670 nm 和 760900 nm 处反射率差异明显，而 670nm 和760900nm 是氮素和冠层的敏感波段，说明进行变量施肥时，利用基于 这两个波段组合的光谱指数 OSAVI 优于其它波段组合的光谱指数；OSAVI 不同生育时期的变化情况，反映了 变量施肥在 调控作物长势及群体结构上的优势；与对照区相比变量区提高产量达 378.72 kgha-1，并降低了各小区 产量之 间的变异,变量区土壤硝态氮浓度降低，氮肥利用率提高，生态效益较为明显。 【结论】该技术通过改善冬小麦群体 质量
4、，延缓了植株衰老，促进干物质和氮积累，增加冬小麦 产量和氮肥利用率。关键词：冬小麦；冠层光谱；变量施肥；产量Effects of Variable Nitrogen Application Based on Characteristics of Canopy Light Reflectance in Wheat JIANG A-ning1,2, HUANG Wen-jiang1, ZHAO Chun-jiang1, LIU Ke-li2, LIU Liang-yun1, WANG Ji-hua1(1National Engineering Research Center for Informa
5、tion Technology in Agricultural, Beijing 100097; 2Agricultural College, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019)Abstract: 【Objective】The aim of this study was to develop the time-specific and time-critical method to overcome the limitations of traditional field sampling methods for var
6、iable rate of fertilization.【Method】Experiments with uniform (CK) and variable rate of nitrogen fertilization were carried out during 2005-2006 on an experimental farm in Beijing (4010N, 11626E). The relationship between the vegetation index (OSAVI, optimization of soil-adjusted vegetation index) an
7、d nitrogen content of wheat plant was used to determine the amount of nitrogen fertilizer recommended for variable rate management in precision agriculture. 【Result】 There was a big difference for canopy spectral reflectance between the two nitrogen application types in wavebands of 670 nm and 760-9
8、00 nm after variable-rate nitrogen fertilization. It was proved that the reliability of using OSAVI was preferable than other wavebands. OSAVI was used to estimate of the influence of variable rate nitrogen fertilization on winter wheat growth condition. Analysis based on the OSAVI variability of di
9、fferent growth states of winter wheat showed that variable rate nitrogen fertilization can improve the growth of wheat. Compared to the CK, the variable-rate nitrogen fertilization reduced the variability of wheat yield and increased wheat yield. It could also prevent under ground water pollution an
10、d environmental deterioration. 【Conclusion】 The results suggested that accumulation rate of dry matter and N makes wheat yield and N use efficiency increase because of improving wheat population and leaving Senescence after variable rate nitrogen fertilization.Key words: Winter wheat; Canopy spectra
11、l reflectance; Variable nitrogen application; Yield1908 中 国 农 业 科 学 40 卷0 引言【研究意义】施用氮肥是小麦生产中的重要措施，适量施氮能提高小麦籽粒产量、蛋白质含量并改善加工品质 13，但过量或不合理施氮不仅不能达到高产优质的目的，还会降低氮肥利用率，增加氮肥损失，污染环境 4。本研究通过高光谱分析技术监测植株营养水平动态，在冬小麦氮肥响应敏感的作业单元内，根据作物的生长状况（冠层光谱数据）进行变量施肥，提高氮肥利用率，为施肥决策与适时观测数据相结合进行田间施肥管理奠定理论基础。【前人研究进展】对变量施肥的效果，国内外学者们
12、做了一些研究。英国国家土壤资源所的 Wood 等 5,6在英国小麦高产栽培经验的基础上，用冠层绿色面积指数（green areage index， GAI）或群体密度（population，P ）来指导变量施肥。若作物 GAI 或 P 数值大于标准值，则施肥量低于标准用量；若其数值小于标准值，则施肥量高于标准量。其中增减肥料的用量等于单位 GAI需要的氮量与 GAI 的增减值的乘积。 Wittry 等 7对比了玉米和大豆轮作种植情况下变量施磷与传统施磷的试验结果，认为施肥方法不影响作物对磷的反应，变量施磷减少了 12%41%磷肥用量。美国科罗拉多州大学 Koch 等 8研究了变量施氮的经济可行
13、性，研究表明变量施肥比传统施肥有更大的经济可行性。Mamo 等 9研究了空间和时间上最经济的玉米施肥量，结果表明变量施氮比统一施氮肥料用量少，经济收益高。在中国，2001 年薛绪掌等 10对冬小麦变量施氮的效果进行研究，结果表明，变量施氮区产量略低于均匀施肥，且产量变异系数增加；变量区的经济效益略低于对照区，但变量施氮降低了土壤硝态氮浓度，减少了污染地下水的可能，生态效果明显。宋晓宇等11通过变量施肥前后作物光谱信息的变化，建立了冬小麦拔节期与灌浆初期光谱特征值的变化量与变量施肥量之间的关系，对变量施肥的效果进行了初步的评价，结果表明变量施肥能够改善冬小麦长势状况。梁红霞等 12,13对冬小麦
14、变量施肥效益也做了研究，结果显示通过变量施肥能够改善冬小麦的长势差异状况，显著提高了冬小麦籽粒产量。张书慧等 14研究发现变量施肥可以在一定程度上提高玉米的产量，并具有均衡土壤养分的作用。【本研究切入点】但是将施肥决策与适时观测数据相结合进行田间施肥管理方面的报道并不多，特别是根据冠层光谱指数OSAVI（optimization of soil-adjusted vegetation index）的变量施肥的资料更少。【拟解决的关键问题】本研究根据作物的生长状况（冠层光谱数据）进行变量施肥，满足作物生长时期的养分需求，从而降低各生化参数之间的差异，并就变量施肥对作物长势、产量及生态效益进行了评
15、价。1 材料与方法1.1 试验设计与处理试验于 20052006 年在国家农业信息化工程技术研究中心精准农业试验基地进行。国家精准农业示范基地位于北京市昌平区小汤山镇，地处北纬 4010，东经 11626。试验选用主栽品种京冬 8 作为供试材料。播种时间为 2005 年 9 月28 日，播种量 330345 kgha-1，不施基肥。在冬小麦起身、拔节期测定其光谱指数值提取 OSAVI，根据冬小麦追肥计算公式（1-6），获得每个小区的施肥量作为变量施肥区（共 10 个小区，分别记做：Y-01、Y-02 、Y-03、Y-10，以下简称变量区），1 个对照（10 个重复，分别记为：CK-01、CK-
16、02、CK-03、CK-10，各个重复施肥量为变量施肥区的平均施肥量，以下简称对照区），随机区组排列，其它条件完全相同。小区面积为 3 m3 m，变量施肥于 2006年 4 月 14 日进行，按各小区所用肥量，分别称量装袋，人工撒施。收获时间为 2006 年 6 月 18 日。1.2 供试土壤试验地土壤类型为潮土，土壤中 00.3 m 土层中硝态氮含量为 3.0015.04 mgkg-1，全氮含量为0.094% 0.098%，有机质含量为 1.53%1.58%，有效磷含量为 2.2021.18 mgkg-1，速效钾的含量分别为 106.96132.77 mgkg -1。1.3 测定项目与方法1.3.
