1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
1.课题意义：
南方双季稻种植面积约占全国的49%，双季稻生产在保障我国粮食安全与社会经济发展中占有举足轻重的地位。精确监测双季稻生长状况是双季稻精确管理体系中的核心环节，它有助于制定产中最佳动态调控措施，如施肥用量与时机等技术措施。因此，如何快速、无损、准确地获取双季稻生长指标信息，倍受水稻栽培育种专家的关注。近年来，基于地物光谱特性的多光谱及高光谱遥感技术发展迅速，使得实时、快速、无损、定量获取作物生长和植株营养状况成为可能，从而为作物生长的无损监测提供了新的途径和方法。目前用于水稻生长指标监测的光谱参数虽较多，但受不同区域、不同品和生长状况的影响，水稻冠层结构差异较大，导致水稻生长指标的敏感光谱参数缺乏专一性，定量监测模型的普适性和精度还较低。目前，有关双季稻冠层光谱反射特征参数与生长指标之间的规律性关系的研究还鲜有报道。因此，有必要围绕双季稻生长指标的敏感光谱参数与定量监测模型进一步开展精细化和系统化的研究，对于科学、实时、精确地指导南方双季稻氮素施用具有非常重要的现实意义。
20世纪70年代以来，国内外许多学者广泛开展了作物叶片氮素监测诊断研究，寻找氮素的敏感波段及其反射率在不同氮素水平下的表现。Thomas等[1]利用550nm和670nm两个波段定量估算了甜椒的氮素含量。Stone等[2]研究指出，可利用671nm和780nm这2个波段的光谱反射率组合植株氮光谱指数估测小麦全氮含量。以上研究提出的氮素敏感波段多位于可见光波段，并且认为绿光附近效果最佳。在阐明氮素敏感波段后，国内外学者利用各种统计方法寻找氮含量与光谱反射率及其演生参数间的定量关系，且构建了估算作物氮素含量的监测模型。如Nguyen等[3]采用偏最小二乘法预测了水稻叶片氮素状况。Inoue等[4]研究指出，可利用可见光和近红外区域内高光谱数据的多元回归模型来估测水稻叶片的氮素含量。杨长明等[5]研究发现，水稻叶片氮素含量和1376nm波段的冠层光谱反射率呈负相关。朱艳等[6]研究指出，小麦和水稻的叶片氮素含量都与归一化差值植被指数(1220，610)具有很好的相关性，可利用共同的波段与光谱指数来监测其叶片氮素含量。谭昌伟等[7]分析了水稻氮素含量和原始光谱反射率、一阶微分光谱及高光谱参数间的定量关系，建立与检验了以光谱参数为变量的水稻氮素营养监测诊断模型。田永超等[8]研究发现，绿光560nm和红边705nm波段附近光谱反射率与叶层全氮含量呈极显著负相关，两者分别与近红外波段组合而成的光谱比值指数可较好地监测水稻叶层全氮含量，其中绿光、红边窄波段比值指数SR(R780，R580)和SR(R780，R704)表现较好。覃夏等[9]建立基于水稻冠层归一化植被指数NDVI的早稻氮素诊断模型，并利用模型指导水稻生产实践，实现水稻氮素追肥的精确定量。由于水稻冠层光谱反射率受到叶片面积、角度、土壤覆盖度和含水量等因子影响，同时，上述因子具有明显的时空动态性，所以，这样构建的氮素光谱诊断模型具有明显的局限性，难以用于建模以外的时空条件，如何提高氮素光谱诊断模型的普适性有待进一步深入探讨。
2. 研究的基本内容和问题
1.研究目标
基于CGMD建立植株氮素指标与光谱植被指数模型来诊断双季稻氮素情况。
3. 研究的方法与方案
1.技术路线详见附件
2.实验方案：
2013-2014年在江西省余江县平定乡、新干县大洋洲镇、新干县溧江镇、南昌县八一乡、南昌县泾口乡和南昌县塘南镇开展早、晚稻不同品种和不同施氮水平的田间小区试验。早、晚稻试验均设2个当地主栽品种和4个施氮水平（2014年八一乡设5个施氮水平，具体见表2-1），3次重复，小区面积30 m2，采用人工移栽，株行距为14 cm24 cm，3本移栽，南北行向，小区之间以埂相隔，埂上覆膜，独立排灌，其它栽培管理措施同一般高产田。
表2-1 早晚稻小区试验供试品种与施氮水平
Table 2-1 Early and late rice experiment varieties and nitrogen levels
年份 | 生态点 | 早稻 | 晚稻 | ||
品种 | 施氮水平(kg hm-2) | 品种 | 施氮水平（kg hm-2） | ||
2013 | 八一乡 泾口乡 大洋洲镇 平定乡 | 中嘉早17、潭两优83 中嘉早17、淦鑫203 淦鑫203、丝苗 嘉育173、淦鑫203 | 0, 75, 150, 225 0, 75, 150, 225 0, 75, 150, 225 0, 75, 150, 225 | 岳优9113、天优华占 德农316、H优518 五丰优T025、泰优398 五优308 、黄莉占 | 0、90、180、270 0、90、180、270 0、90、180、270 0、90、180、270 |
2014 | 八一乡 | 中嘉早17、潭两优83 | 0, 75, 150, 225, 300 | 岳优9113、天优华占 | 0、90、180、270、360 |
塘南镇 | 中早35、赣早籼56 | 0, 75, 150, 225 | 科优6418、五丰优T025 | 0、90、180、270 | |
溧江镇 | 株两优1号、株两优3号 | 0, 75, 150, 225 | 五丰优T025、淦鑫600 | 0、90、180、270 | |
平定乡 | 中嘉早17、淦鑫203 | 0, 75, 150, 225 | 五优308 、黄莉占 | 0、90、180、270 |
4. 研究创新点
本研究针对双季稻生产对生长信息实时监测的迫切需要这一科学问题与研究热点，综合运用新兴光谱监测和定量建模方法，连续动态准确的获取双季稻氮素指标和冠层光谱反射特征参数数据，构建基于反射光谱的双季稻氮素指标光谱监测模型。研究结果具有很强的实用性，有助于开创南方双季稻生长状况无损监测的新方法和新技术，提高双季稻生产的管理水平和综合效益。
5. 研究计划与进展
研究计划
2015年5月-7月，在江西省农科院工程所进行早稻试验，利用CGMD302测定早稻各处理冠层光谱反射率，并进行取样获得植株干物质量及氮浓度等数据。
2015年8月-10月，在江西省农科院工程所进行晚稻试验，利用CGMD302测定晚稻各处理冠层光谱反射率，并进行取样获得植株干物质量及氮浓度等数据。
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