柑橘大小年差異分析及生化參數(shù)估測(cè)研究.pdf

1、柑橘大小年結(jié)果現(xiàn)象是十分普遍的現(xiàn)象，直接影響柑橘樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育，近期影響果樹(shù)產(chǎn)量不穩(wěn)定，大年供過(guò)于求，小年供不應(yīng)求，遠(yuǎn)期會(huì)使果樹(shù)提前衰老，易遭病蟲(chóng)害，使果實(shí)品質(zhì)變差，果實(shí)產(chǎn)量逐年下降，核心影響是果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。因此，柑橘生產(chǎn)上必須采取有效措施，克服柑橘大小年結(jié)果現(xiàn)象，促使柑橘年年穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。然而形成柑橘大小年的內(nèi)在原因是樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)失調(diào)。葉片營(yíng)養(yǎng)分析是柑橘樹(shù)營(yíng)養(yǎng)狀況分析的重要技術(shù)手段之一，高效的植物營(yíng)養(yǎng)診斷方法是柑橘營(yíng)養(yǎng)

2、工作者一直研究的熱點(diǎn)課題之一。高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展為從遙感數(shù)據(jù)中提取生化參數(shù)成為可能，利用反射光譜數(shù)據(jù)可以估測(cè)葉片內(nèi)生化成分的濃度或含量，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中實(shí)時(shí)、快速、無(wú)損、準(zhǔn)確地獲取作物營(yíng)養(yǎng)信息提供重要的理論依據(jù)。
　　本研究基于柑橘大小年的普遍現(xiàn)象，以北碚錦橙為研究對(duì)象，采用野外光譜輻射儀測(cè)量柑橘樹(shù)冠層的光譜反射率，并同步對(duì)葉片進(jìn)行水分、氮、鉀、磷含量的測(cè)定，在成熟期以樹(shù)為單位獲取產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)期間柑橘大小年存在的嚴(yán)重程度，分析

3、大小年4-12月生化參數(shù)差異。通過(guò)高光譜遙感技術(shù)處理冠層光譜數(shù)據(jù)，獲取光譜變量。分析柑橘大小年萌芽期(3月)生化參數(shù)差異和光譜差異，結(jié)合柑橘大小年形成的主要原因:營(yíng)養(yǎng)失調(diào)。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)分析法，分析柑橘萌芽期的葉片生化參數(shù)與光譜變量之間的相關(guān)關(guān)系，并建立預(yù)測(cè)葉片生化參數(shù)的模型。通過(guò)對(duì)葉片營(yíng)養(yǎng)元素的診斷來(lái)控制柑橘大小年現(xiàn)象。研究的主要結(jié)果如下:
　　(1)本實(shí)驗(yàn)期間柑橘存在嚴(yán)重的大小年情況，連續(xù)三年產(chǎn)量數(shù)據(jù)中有80％以上的柑橘樹(shù)存在

4、大小年現(xiàn)象，其中60％以上的柑橘樹(shù)存在極嚴(yán)重的大小年現(xiàn)象。這與試驗(yàn)區(qū)果農(nóng)的管理有一定關(guān)系。
　　(2)對(duì)柑橘大小年的生化參數(shù)差異分析可看出，從4月到12月葉片的水分、氮、磷、鉀含量都呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)榇杭臼歉涕俑髌鞴偕L(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，此時(shí)期柑橘樹(shù)需要大量營(yíng)養(yǎng)元素，再加上果農(nóng)在早春施肥致使此時(shí)期各生化參數(shù)偏高。除鉀含量外，葉片的其余生化參數(shù)小年比大年偏高，這是因?yàn)楦涕僭谛∧昶诠麑?shí)比大年期少，樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)供給營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，致使葉片營(yíng)養(yǎng)含量小年比

5、大年高。
　　(3)根據(jù)柑橘葉片營(yíng)養(yǎng)診斷分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及周學(xué)伍的錦橙葉片礦質(zhì)元素含量指標(biāo)，氮含量2.75-3.25為適量階段，小年期柑橘樹(shù)在4月處于過(guò)量狀態(tài)，其余時(shí)期氮含量都處于低量階段，亦柑橘在大小年產(chǎn)量都不高。鉀含量0.7-1.5為適量區(qū)間，大小年的葉片鉀含量都較低，這不利于果實(shí)的生長(zhǎng)發(fā)育，影響果樹(shù)產(chǎn)量。磷含量適宜階段:0.14-0.17，其中柑橘樹(shù)小年中的4月份磷含量過(guò)量，7月處于高量狀態(tài)，大年期葉片磷含量處于適量階段。
　

6、　(4)通過(guò)對(duì)柑橘樹(shù)大小年時(shí)期的葉片生化參數(shù)含量做配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，水分含量的顯著性差異除10月份外，其他月份都存在P＜0.01的差異顯著水平。氮含量整個(gè)時(shí)期大小年都存在P＜0.01的差異顯著水平;鉀含量除8、10月份無(wú)顯著性差異外，其余月份都存在顯著性差異;磷含量除7月外，其余月份都存在P＜0.05的差異顯著水平。這說(shuō)明柑橘葉片中的營(yíng)養(yǎng)元素是與柑橘大小年現(xiàn)象有一定的關(guān)系。
　　(5)分析柑橘大小年萌芽期生化參數(shù)差異得到:生化參數(shù)中

7、差異最大的是氮含量，其他生化參數(shù)差異都較小，除鉀含量外，大年含量大于小年，這是因?yàn)?，此時(shí)期為萌芽期，果農(nóng)的肥水管理對(duì)此時(shí)期柑橘葉片的營(yíng)養(yǎng)元素有一定影響。根據(jù)周學(xué)伍的錦橙葉片礦質(zhì)元素含量指標(biāo)，氮和鉀含量絕大部分的樹(shù)未達(dá)到指標(biāo)的適宜值，磷含量大年時(shí)期絕大部分樹(shù)達(dá)到適宜值，小年時(shí)期低于適宜值。結(jié)合前面分析結(jié)果，可根據(jù)柑橘葉片的營(yíng)養(yǎng)元素含量來(lái)判斷大小年，葉片營(yíng)養(yǎng)元素過(guò)高或過(guò)低會(huì)形成小年，只有適量或接近適量值才利于柑橘生長(zhǎng)發(fā)育，形成大年，亦估測(cè)柑

8、橘葉片的營(yíng)養(yǎng)元素是十分重要的，對(duì)克服柑橘大小年現(xiàn)象具有重大意義。
　　(6)對(duì)柑橘大小年萌芽期光譜差異分析可得:冠層光譜反射率曲線走勢(shì)起伏一致，但反射率高低有一定的差異，小年期的反射率在可見(jiàn)光和近紅外波段都比大年期反射率高，這可得出綠峰、紅谷都會(huì)存在一定的差異，小年期反射率曲線較平滑，大年期反射率曲線在700-800間有較明顯的反射峰。通過(guò)微分技術(shù)處理后，除在一些拐點(diǎn)區(qū)域存在較大差異外，其他波段區(qū)域差異較小，可推出大小年的紅邊位置

9、，紅邊幅值存在較大差異。利用柑橘大小年萌芽期的冠層光譜參數(shù)進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)和方差分析得出:紅邊位置、紅邊幅值、黃邊位置、黃邊幅值、綠峰反射率、紅谷反射率、綠峰/紅谷、綠峰紅谷歸一化值8個(gè)光譜參數(shù)具有顯著性差異，其余光譜參數(shù)沒(méi)有顯著性差異，這說(shuō)明柑橘大小年冠層的一些光譜數(shù)據(jù)能一定程度上反應(yīng)柑橘葉片中的生化參數(shù)差異。這為利用柑橘冠層光譜信息反演柑橘葉片生化參數(shù)提供可能。
　　(7)通過(guò)對(duì)柑橘萌芽期的葉片生化參數(shù)與柑橘冠層高光譜變量進(jìn)

10、行相關(guān)分析，所有生化參數(shù)與光譜變量都存在顯著相關(guān)性，氮含量與光譜變量相關(guān)性最好，達(dá)到0.885，水分含量其次，鉀含量最低。利用相關(guān)系數(shù)較高的光譜變量與生化參數(shù)建立模型并進(jìn)行精度檢驗(yàn)，最后得到以下最佳模型。
　　氮含量:光譜變量Dλ403，反演模型:y=2.617-1315X-5.554*106X2-7.486*109X3，R2=0.885。
　　水分含量:光譜變量Dλ591，反演模型:y=58.4-921.7X+4.97*1

11、09X3， R2=0.638。
　　磷含量:光譜變量Dλ605，反演模型:y=-0.05945-1642X-4239000X2-3.52*109X3，R2=0.748。
　　鉀含量與光譜變量的相關(guān)性達(dá)到了顯著水平，但建立的模型未能達(dá)到顯著性水平，這可能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法、建模方法有一定關(guān)系。結(jié)論說(shuō)明，利用高光譜遙感估測(cè)葉片生化參數(shù)是有可能的，這為柑橘葉片營(yíng)養(yǎng)診斷提供理論依據(jù)，為柑橘大小年的科學(xué)管理，控制柑橘大小年現(xiàn)象提供科