【摘 要】
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氮素是夏玉米生长发育最重要的限制因子,缺氮会显著降低夏玉米的产量和品质,过量施氮又会对环境有害。因此准确及时地监测作物氮素状况,对提高粮食产量及品质具有重要意义。本研究以不同施氮水平下的夏玉米为研究对象,将夏玉米冠层按照株高差异平均分为4层,并将其生命周期划分为出苗-拔节期、拔节-抽穗期、抽穗-灌浆期和灌浆-成熟期,研究了夏玉米各层叶片含氮量、叶绿素含量、叶片及植株氮营养指数以及叶片生物量随生育时
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氮素是夏玉米生长发育最重要的限制因子,缺氮会显著降低夏玉米的产量和品质,过量施氮又会对环境有害。因此准确及时地监测作物氮素状况,对提高粮食产量及品质具有重要意义。本研究以不同施氮水平下的夏玉米为研究对象,将夏玉米冠层按照株高差异平均分为4层,并将其生命周期划分为出苗-拔节期、拔节-抽穗期、抽穗-灌浆期和灌浆-成熟期,研究了夏玉米各层叶片含氮量、叶绿素含量、叶片及植株氮营养指数以及叶片生物量随生育时段及施氮水平的变化规律,并利用经验模型和物理模型构建了各种农学参数的监测模型,同时基于多种农学参数构建了综合生育时段的夏玉米产量估算模型,为大区域氮营养状况诊断和产量估算提供了有效手段。（1）针对夏玉米冠层叶片含氮量垂直分布遥感监测问题,分析了叶片含氮量的垂直分布规律及各层叶片含氮量随生育时段及施氮水平的变化规律,利用光谱指数构建分生育时段组合模型模拟了夏玉米各层叶片含氮量及总叶片含氮量,经两年数据检验,R~2均高于0.1200,RE均低于58.00%,研究结果为作物含氮量垂直分层模拟应用提供理论与技术支持。（2）分析了夏玉米植株及叶片氮营养指数与产量的相关性发现叶片氮营养指数与产量在各生育时段的相关性均较好,同时分析了各层及平均叶片叶绿素含量与叶片氮营养指数的相关性,发现平均叶绿素更能代表叶片氮营养指数,因此构建并筛选了各生育时段基于平均叶绿素估算叶片氮营养指数的最佳模型,R~2均高于0.2300,RE均低于26.00%,实现了利用叶绿素监测叶片氮营养指数的估算方式,为基于PROSAIL模型监测叶片氮营养指数奠定了基础。（3）针对夏玉米冠层叶片叶绿素含量垂直分布遥感监测问题,分析了叶绿素含量的垂直分布规律及各层叶片叶绿素含量随生育时段及施氮水平的变化规律,结合PROSAIL模型和EFAST法筛选出叶绿素敏感波段,构建各层叶片叶绿素含量及平均叶绿素含量的监测模型,经两年数据检验,各模型的RE均低于46%,实现了基于PROSAIL模型的夏玉米叶绿素含量垂直分层模拟,为作物叶绿素垂直分层模拟应用提供了理论与技术支持。（4）利用光谱指数构建了各生育时段叶片生物量和叶片氮营养指数最佳监测模型,同时利用叶片含氮量及叶片生物量的最佳监测模型根据叶片氮营养指数模型构建了叶片氮营养指数的间接估算模型,并通过PROSAIL模型以平均叶绿素为中间变量构建了叶片氮营养指数的监测模型（PCN模型）。经两年数据验证发现PCN模型的监测精度及稳定性最优,各生育时段的R~2均高于0.3200,RMSE均低于0.3000,MAE均低于0.2400,RE均低于23.00%,因此基于PCN模型利用哨兵2号影像估算了大兴区各生育时段的叶片氮营养指数。（5）分别利用各层叶片含氮量及总叶片含氮量、各层叶片叶绿素含量及平均叶绿素含量、叶片生物量和叶片氮营养指数等作为中间变量,构建综合生育时段的夏玉米产量监测模型,经两年数据验证发现基于PROSAIL模型以平均叶绿素为中间变量估算产量的模型精度及稳定性最优,两年间的R~2均在0.7800以上,RMSE在0.9600t?ha-1以下,MAE在2.9600t?ha-1,RE在16.00%以内,因此基于PROSAIL模型结合哨兵2号影像估算了大兴区的夏玉米产量。本研究以物理模型和经验模型构建了夏玉米垂直分层含氮量及叶绿素含量以及叶片生物量和叶片氮营养指数的估算模型,并以多种农学参数为中间变量构建了产量估算模型,利用两年数据对比验证筛选出最优监测模型并应用于北京市大兴区,为实现区域尺度作物氮营养诊断及产量估算提供理论依据,也为实现农业现代化提供理论支撑。
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