東北春玉米氮營(yíng)養(yǎng)光譜診斷精準(zhǔn)追肥模型的研究

東北春玉米氮營(yíng)養(yǎng)光譜診斷精準(zhǔn)追肥模型的研究玉米生產(chǎn)維系著國(guó)家糧食安全,氮素對(duì)玉米產(chǎn)量的增加和品質(zhì)的改善具有顯著的作用。人為診斷作物氮素營(yíng)養(yǎng)狀況無(wú)法量化,室內(nèi)對(duì)大量作物樣品進(jìn)行氮素分析時(shí)效性差,而利用GreenSeeker光譜儀獲取作物信息快速且具有非破壞性等優(yōu)點(diǎn),因此這一方法現(xiàn)已在大田作物氮素營(yíng)養(yǎng)診斷和施肥推薦方面得到廣泛應(yīng)用。本論文基于東北地區(qū)玉米種植面積廣泛及氮肥利用率較低的背景,借鑒Raun等人就作物冠層NDVI（NormalizedDifferenceVegetationIndex）和氮肥追施量建立的最優(yōu)施肥算法（Nfertilizationoptimizationalgorithm,NFOA）,引進(jìn)新的農(nóng)學(xué)參數(shù)（玉米品種生育期、無(wú)氮區(qū)玉米產(chǎn)量等）,并且考慮玉米從土壤吸收的N量以及氮肥利用率的變化,采用田間試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,對(duì)不同施氮水平下玉米拔節(jié)期的冠層歸一化植被指數(shù)（NDVI）和地上部氮素營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行測(cè)試,旨在研究在引進(jìn)新的農(nóng)學(xué)參數(shù)后玉米拔節(jié)期NDVI值與植株含氮量、產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系,以此為重新構(gòu)建最優(yōu)施肥算法模型（NFOA）提供理論依據(jù),并應(yīng)用于玉米施肥決策。以期實(shí)現(xiàn)玉米無(wú)損診斷和精準(zhǔn)、變量化推薦施肥,進(jìn)而提高玉米生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。本文有以下幾個(gè)研究成果:（1）基于NDVI值與玉米產(chǎn)量的相關(guān)分析得出:玉米產(chǎn)量與NDVI值呈正相關(guān),NDVI值達(dá)到最大0.82時(shí),玉米獲得最高產(chǎn)量12.86t/hm²。玉米NDVI值與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為0.87（P<0.05）,達(dá)到顯著性水平。（2）基肥和追肥處理下,成熟期玉米地上生物部分以及籽粒的全氮累積量均以N4最高施氮水平下獲得最大值,且二者均隨氮肥施用量的增加而增大,追肥處理高于基肥處理,玉米地上生物部分全氮量增加了11.39%,玉米籽粒全氮量增加了4.61%;玉米籽粒全氮量普遍高于地上生物部分,表明植株氮素隨著玉米生育期發(fā)展,大多轉(zhuǎn)移到籽粒,用以提高玉米質(zhì)量。（3）施加氮肥可以增加玉米產(chǎn)量,基肥處理比無(wú)氮區(qū)處理下玉米增產(chǎn)幅度為3.55%¹4.17%,追肥處理相比于無(wú)氮處理增產(chǎn)8.06%¹9.15%,且追肥處理比基肥處理下玉米產(chǎn)量增加4.36%⁵.36%。而氮肥基肥量的高低對(duì)農(nóng)學(xué)利用率的影響無(wú)顯著差異,基肥農(nóng)學(xué)利用率平均為21.56kg/kg;不同N處理下基肥農(nóng)學(xué)利用率普遍高于追肥農(nóng)學(xué)利用率,本試驗(yàn)在N1處理下追肥農(nóng)學(xué)利用率最高,為14.01kg/kg。（4）通過(guò)利用2016年田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)原NFOA模型進(jìn)行分析,原模型中確定玉米潛在產(chǎn)量YP0沒(méi)有考慮玉米品種生育期對(duì)NDVI變化速率的影響,依據(jù)原模型計(jì)算出的當(dāng)季氮肥追肥量由于沒(méi)有考慮減去玉米吸收土壤氮量,導(dǎo)致氮肥追施計(jì)算值遠(yuǎn)高于實(shí)際生產(chǎn)所需量,因此本試驗(yàn)為了依據(jù)追肥模型推薦追肥量更加符合實(shí)際生產(chǎn),提出對(duì)原模型中預(yù)測(cè)玉米潛在產(chǎn)量子模型和當(dāng)季氮肥追肥量子模型進(jìn)行重新構(gòu)建。（5）在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,玉米吸收土壤氮量及追肥利用率在玉米追肥之前是未知量,本試驗(yàn)通過(guò)假設(shè)玉米吸收土壤氮量、追肥利用率與玉米潛在產(chǎn)量分別有一定的相關(guān)關(guān)系,依據(jù)2016年田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)初步確立兩個(gè)關(guān)系式:追肥后玉米吸收土壤氮占總吸氮量的百分比（y,%）與潛在產(chǎn)量（x,t/hm²）的相關(guān)方程為:y=18.476x²-438.72x+2661.6,方程相關(guān)系數(shù)r=0.96（p<0.05）。追肥利用率（y,%）與潛在產(chǎn)量（x,t/hm²）的相關(guān)方程為:y=-16.283x²+355.74x-1871.2,方程相關(guān)系數(shù)r=0.70（p<0.05）。（6）通過(guò)引進(jìn)玉米生育期、無(wú)氮區(qū)玉米產(chǎn)量等農(nóng)學(xué)參數(shù),重新分析NDVI值與玉米氮營(yíng)養(yǎng)診斷指標(biāo)之間的相關(guān)性關(guān)系,用于重新構(gòu)建原NFOA模型中預(yù)測(cè)玉米潛在產(chǎn)量子模型,重新構(gòu)建的子模型應(yīng)用方程為YP0=9.7185+1E-05e^{6.7206INSEY’},相關(guān)系數(shù)r為0.86（p<0.05）;考慮玉米吸收土壤氮量以及氮肥追施利用率會(huì)因土壤肥力產(chǎn)生變化,用于重新構(gòu)建原NFOA模型中當(dāng)季氮肥追肥量子模型,重新構(gòu)建的子模型應(yīng)用方程為FNR=（GNUP-FNUP）*（1-SN/PTN）/ZFU,其中SN/PTN表示玉米種植小區(qū)追肥后SN占PTN的百分比,ZFU表示種植小區(qū)追肥利用率。并經(jīng)由2017年獨(dú)立試驗(yàn)進(jìn)行模型驗(yàn)證。利用2017年兩個(gè)品種玉米在拔節(jié)期獲得的NDVI值進(jìn)行模型初步檢驗(yàn)