科研产出
基于无人机高光谱遥感的冬小麦全氮含量反演
《光谱学与光谱分析 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：氮素是作物生长发育必需的营养元素之一,作物的全氮含量是表征其氮素状况的主要指标.田块尺度的冬小麦全氮含量空间分布监测可以辅助其精准定量追肥,减少环境污染.无人机高光谱遥感具有分辨率高、时效性高、成本低等优势,可为作物长势信息反演提供重要数据源.XGBoost(extreme gradient boosting)作为一种新兴集成学习算法,运行效率高,泛化能力强,可以有效的应用于构建冬小麦全氮含量遥感反演模型,预测田块尺度冬小麦全氮含量空间分布.以农业部蒙城砂姜黑土生态环境站内拔节期冬小麦为研究对象,开展以下工作:(1)以低空无人机搭载高光谱成像仪获取冬小麦拔节期冠层成像光谱影像,结合地面采样数据,获取126个样点全氮含量数据;(2)分析拔节期冬小麦冠层光谱特征,并根据Person相关系数分析176个波段的光谱反射率与全氮含量之间的相关性;(3)构建基于XGBoost算法的不同土壤肥力条件下拔节期冬小麦全氮含量无人机高光谱反演模型.结果表明:(1)176个波段(400~1000 nm)的光谱反射率与冬小麦全氮含量之间具有较强的相关性,除了735.5 nm外其他波段光谱反射率与全氮含量之间的相关系数均大于0.5;(2)基于XGBoost算法构建的拔节期冬小麦全氮含量无人机高光谱遥感反演模型具有较高的反演精度(R2=0.76,RMSE=2.68);(3)基于XGBoost算法的冬小麦全氮含量反演模型可以获取不同土壤肥力条件下田块尺度的全氮含量空间分布图,总体上呈现较为显著的空间差异.该研究可为冬小麦精准定量追肥提供一定的科学依据,也为发展无人机高光谱遥感的精准农业应用提供了参考.
关键词： 冬小麦全氮含量 无人机高光谱 XGBoost 遥感反演
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长期施肥对砂姜黑土可溶性碳淋溶的影响
《农业工程学报 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：研究施肥对砂姜黑土可溶性碳淋溶的影响,对有机肥的可持续利用有重要意义.该研究依托33 a的长期试验,分析常规施肥(MF)、化肥+低量小麦秸秆(MFL)、化肥+高量小麦秸秆(MFH)、化肥+猪粪(MFP)和化肥+牛粪(MFC)等施肥方式对土壤剖面(0~60 cm)理化性质、微生物性状、可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)和可溶性无机碳(Dissolved Inorganic Carbon,DIC)含量与分布的影响,探寻可持续的有机肥利用方式.结果表明,长期增施有机肥后0~60 cm剖面各土层有机碳、微生物量碳、氮均有不同程度提升,而对土壤全氮、容重和pH值的影响主要发生在0~20 cm表层.与MF处理相比,增施有机肥后0~20和>20~40 cm土层DOC含量均有显著(P<0.05)提高,而对>40~60 cm土层无显著影响.相对而言,0~60 cm各土层DIC的含量均有显著提升.长期增施有机肥后0~60 cm各土层DOC的UV280吸收值和芳香性指数分别较MF处理均有显著提高,其中以MFC处理最为显著,0~20、>20~40和>40~60 cm土层DOC的芳香性指数分别提高71.2%、153.3%和38.1%,这说明长期增施有机肥后土壤剖面DOC结构发生明显改变,芳香化合物含量提高,化合物结构变得更加复杂.逐步线性回归模型表明,土壤剖面DOC和DIC分布主要受pH值和微生物量碳的共同影响,且pH值的影响强度大于微生物量碳,而土壤剖面DOC化学结构受微生物量碳的影响.总体而言,外源有机物料投入的类型和数量是影响土壤剖面可溶性碳分布的重要措施,长期增施农家肥的碳淋失风险高于秸秆还田.
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小麦施用生物炭下化肥减施潜力研究
《安徽农业科学 》 2021
摘要：利用砂姜黑土区小麦玉米轮作制下开展的连续3年定位试验,分析了生物炭与化肥配施对小麦产量、产量要素、氮素吸收量、氮素回收率及土壤物理性状的影响,以期为砂姜黑土区小麦生物炭施用下化肥合理减量施用提供依据。结果表明,施肥仍是砂姜黑土区小麦高产的关键。在施氮量为225kg/hm2水平下,生物炭与化肥配施,减少10%的氮肥,小麦可以达到稳产以及略有增产的效果,氮肥减量达20%时,小麦产量略有下降,氮肥减量幅度达30%以上时,小麦产量显著下降。生物炭与化肥配施下减量施肥可以提高氮素回收率,随着试验年限增长,氮素回收率有增加趋势。与单施化肥相比,施用生物炭土壤容重下降0.04～0.06 g/cm3,降幅2.92%～4.38%,土壤田间持水量提高2.97～4.47百分点,增幅11.8%～17.8%,方差分析结果,差异均达显著水平。因此,在淮北砂姜黑土冬小麦种植上,配施生物炭30t/hm2,较常规施肥减少10%的氮肥、20%的磷钾肥,可以保障小麦增产稳产,提高氮肥回收率。
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沿江单季稻区控释掺混肥施用效应研究
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探寻沿江单季稻区高效环保的施氮方式,进行了不同用量控释掺混肥田间试验,分析单季稻休闲种植制度下不施肥（CK）、常规施肥（NPK,225 kg/hm2）、控释等氮（CRF1）、控释减氮15%（CRF2）和控释减氮25%（CRF3） 5种施肥方式对水稻氮素吸收、氮肥利用率、土壤氨氧化菌和田面水氮的影响。结果表明,与NPK处理相比,CRF1、CRF2和CRF3处理均不会造成水稻减产,其中CRF2处理水稻产量、植株地上部吸氮量、氮肥利用率和经济效益分别提高7.4%、10.7%、43.4%和27.2%;氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA）是稻田土壤氨氧化菌的优势菌（占73.5%～88.4%）,CRF1、CRF2和CRF3处理分别较NPK处理使AOA的比例降低了13.6%、9.9%和6.0%（p <0.05）,说明控释掺混肥可有效降低以AOA为主导的土壤氨氧化强度;与NPK处理相比,CRF2和CRF3处理可显著降低田面水总氮含量（降低比例分别为13.2%和24.9%）、可溶性总氮含量（10.6%和22.9%）和颗粒态氮含量（33.7%和40.6%）。总之,施用控释掺混肥可提高水稻产量、减弱土壤氨氧化强度、提高氮肥利用率和减少氮素流失风险,具有显著的经济和生态效益,其中以控释减氮15%（190 kg/hm2）效果最好,宜在沿江单季稻区广泛应用。
关键词： 单季稻 氮肥利用率 氨氧化微生物 田面水氮 控释掺混肥
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施肥方式对砂姜黑土钾素利用及盈亏的影响
《土壤学报 》 2017 北大核心 CSCD
摘要：以砂姜黑土长期施肥试验为平台,研究砂姜黑土冬小麦—夏大豆轮作系统下作物钾素吸收量、钾素回收率、土壤钾素盈亏量和速效钾含量的演变特征,探明土壤速效钾与外源钾投入、土壤累积钾盈亏的响应关系,分析不施肥(CK)、常规化肥(CF)、化肥+麦秆(SCF)、化肥+猪粪(PCF)、化肥+牛粪(CCF)等施肥方式对土壤钾素利用及盈亏的影响,以期探寻砂姜黑土地区高产高效的施钾方式。结果表明:29 a作物钾素平均回收率在55.1%~66.1%,高低顺序为CCF>PCF>SCF>CF。土壤累积钾盈亏与土壤速效钾增量呈显著线性关系(p<0.05),土壤中钾素每盈余100 kg hm-2,CF、SCF、PCF和CCF处理土壤速效钾含量分别增加1.4、1.8、2.3和15.8 mg kg-1;土壤钾素投入量与速效钾含量呈显著线性关系(p<0.05),CF处理每投入钾100 kg hm-2,土壤速效钾含量增加0.4 mg kg-1,而SCF、PCF和CCF处理每投入钾100 kg hm-2,土壤速效钾含量分别增加0.5、0.6和4.3 mg kg-1,这说明适当增施有机肥可提升土壤钾素的供应能力。综上所述,投入有机物料是影响土壤钾素利用的重要调控措施,长期增施有机肥可提高作物钾素回收率以及土壤中盈余的钾素向速效钾的转化能力,本试验条件下以增施牛粪效果最好,猪粪和秸秆次之。因此,砂姜黑土小麦—大豆轮作系统下秸秆养畜过腹还田是实现作物高产高效的一种推荐施钾方式。
关键词： 长期施肥 有机物料 钾素利用 钾素盈亏 土壤速效钾
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长期施肥对砂姜黑土作物产量及土壤物理性质的影响
《中国农业科学 》 2015 北大核心 CSCD
摘要：【目的】保持和提高土壤肥力,提升土壤生产力,是农业持续发展的重要内容。研究无机肥与牛粪、猪粪和小麦秸秆长期配合施用对砂姜黑土作物产量及土物理性质的影响,为培肥改良砂姜黑土、提升砂姜黑土生产力提供理论依据。【方法】利用1982年建立在安徽省蒙城县砂姜黑土上的长期定位试验,分析牛粪、猪粪、秸秆等不同有机物料与无机肥料配施对作物产量、土壤容重和土壤田间持水量的影响,评价有机物料与无机肥配施对砂姜黑土的培肥效果。【结果】长期不施肥处理的小麦、大豆产量持续下降,平均年降低分别为39.0和70.9 kg·hm-2,25年后产量在极低水平波动。单施无机肥或无机肥与有机物料配施,小麦产量均呈逐年增高的趋势。无机肥和有机物料配施的处理与单施无机肥(NPK)处理相比均表现出增产效果,年均增产率在5%以上。不同有机物料处理间的增产效果是牛粪处理(NPK+CM)优于猪粪处理(NPK+PM),而猪粪处理优于秸秆处理(NPK+S)。小麦、大豆产量年际间波动幅度较大,长期不施肥处理小麦产量变异系数(CV)最高,增施肥料可以降低CV,有机物料和无机肥配施的处理CV低于单施无机肥处理,牛粪处理CV最小。牛粪、猪粪、秸秆与无机肥料长期配合施用能降低砂姜黑土土壤容重,显著提高土壤田间持水量,小麦、大豆产量与土壤容重呈显著负相关,与土壤田间持水量呈显著正相关,有机物料与无机肥配施可以改善砂姜黑土不良的物理性状。【结论】长期均衡施用无机肥料或有机物料与无机肥配施均能提高土壤肥力水平,小麦产量呈逐年增高的趋势。有机物料与无机肥配施能提高作物产量,降低产量变异,增强产量稳定性,作物高产稳产;能改善砂姜黑土不良的物理性状,提高土壤肥力。有机物料与无机肥配施是安徽省砂姜黑土地区较为适宜的施肥模式。
关键词： 长期施肥 砂姜黑土 作物产量 小麦 大豆 土壤物理性质
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