国家自然科学基金(40871145) 作品数:11 被引量:213 H指数:7 相关作者: 王德建 张刚 王灿 汪军 王远 更多>> 相关机构: 中国科学院 中国科学院研究生院 中国科学院大学 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 中国科学院知识创新工程重要方向项目 中国科学院知识创新工程 更多>> 相关领域: 农业科学 环境科学与工程 自动化与计算机技术 更多>>
基于数码相机的水稻冠层图像分割及氮素营养诊断 被引量:42 2012年 利用数码相机对作物进行快速准确的营养诊断,需要对图像中作物冠层部分与非冠层部分进行有效的分割。该文依据绿色植被和土壤在可见光区域反射光谱的差异,提出了根据数字图像绿色通道和红色通道差值的大小设定阈值对图像进行分割的方法。阈值设定为10~20之间时对水稻冠层图像有较好的分割效果,拔节期和孕穗期获得最佳图像分割效果的阈值分别为10与20。分割后图像中提取的特征参数与SPAD值、叶片含氮量等指标间具有良好的相关关系,其中红光标准化值NRI与两者间的相关系数达到-0.87和-0.65。该方法能准确地分割水稻冠层图像,且简便易行,对绿色植被的图像分割具有普适性,有较高应用价值。 王远 王德建 张刚 王灿关键词:机器视觉 数码相机 图像分割 营养诊断 水稻 基于数码相机的水稻氮素营养诊断 被引量:8 2012年 作物叶片的颜色与其氮素营养状况密切相关,因此可以用叶片的绿色程度来反映其氮素水平。为了量化水稻叶片颜色特征并建立其与氮素营养状况间的关系,使用数码相机拍摄了不同品种、氮肥用量的水稻叶片图像,并比较了3个图像特征参数色相(H)、明度(V)、深绿色指数(DGCI)与SPAD值及水稻叶片含氮量的关系。结果表明,H、V、DGCI与SPAD值间存在良好的线性关系,拔节期、孕穗期DGCI和SPAD值间的决定系数分别为0.62**、0.60**。同时,3个特征参数和叶片含氮量间也存在良好的线性关系,孕穗期H、V、DGCI与叶片含氮量间的决定系数分别为0.53**、0.63**、0.59**。利用图像特征参数对水稻进行氮素营养诊断时选择孕穗期较好,3个特征参数中V较稳定,与水稻氮素营养间关系最好。 王远 王德建 张刚关键词:数码相机 水稻 氮素诊断 图像处理 长期施磷的产量效应及其环境风险评价 被引量:12 2013年 基于太湖地区8 a的长期试验,应用常规化学分析法和数学统计方法,研究了不同施肥方式即单施化肥(NPK)、化肥配施稻麦全量秸秆还田(NPK+S)、无机肥配施鲜猪粪7.5 t.(hm2.a)-1(NPK+M7.5)及无机肥配施鲜猪粪15.0 t.(hm2.a)-1(NPK+M15)对稻麦轮作农田的作物产量、土壤各形态磷的累积及其潜在环境效应的影响.结果表明,在单施无机磷肥基础上,无论是秸秆全量还田还是配施不同量的猪粪,稻麦均没有显著增产;长期以常规无机磷肥用量配施猪粪,其土壤Olsen-P、Mehlich3-P、草酸盐磷(Pox)、CaCl2-P、水浸提磷(WEP)、总磷(TP)及土壤磷饱和度(degree of P saturation,DPS)等均显著增加,且配施猪粪量越大,各形态磷的累积量越大,土壤积累磷的环境风险越高;长期在常规无机磷肥用量基础上进行全量秸秆还田,与秸秆不还田处理相比,土壤各形态磷并无显著累积.综合考虑稻麦的产量效应、土壤磷库表观收支平衡、磷素长期累积的环境风险及经济效益等,在本研究区域目前的土壤环境条件下,常规磷肥施用量(45 kg·hm-2)基础上进行全量秸秆还田这一施肥方式是值得推荐的. 颜晓 王德建 张刚 冉景 郑继成关键词:猪粪 秸秆还田 环境风险 长期不同施肥处理对麦季土壤酶活性的影响 被引量:6 2013年 为了明确长期不同施肥方式下麦季土壤酶对肥力水平的响应机制,基于中科院常熟农业生态实验站的长期定位试验,研究了不同施肥处理(无肥、化肥、化肥+中量猪粪、化肥+高量猪粪)对小麦拔节期和收获期土壤脲酶、转化酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性的影响。结果表明,施肥能有效提高土壤脲酶、转化酶和酸性磷酸酶活性,降低多酚氧化酶活性,化肥+中量猪粪处理效果最佳,与无肥对照区的差异达到显著水平。相关分析表明,土壤酶活性与小麦产量的相关性优于土壤养分,不同施肥处理小麦拔节期和收获期各种土壤酶活性变化趋势一致。 彭小兰 王德建 王灿 颜晓 张刚关键词:土壤酶活性 有机肥配施 小麦 生育期 长期施磷稻田土壤磷素累积及其潜在环境风险 被引量:32 2013年 应用常规化学分析法和数学统计方法,基于太湖地区13年的长期定位试验,研究长期不同施磷水平下[0(不施磷)、30 kg.hm 2.a 1(低磷)、60 kg.hm 2.a 1(适磷)、90 kg.hm 2.a 1(高磷)]稻麦轮作系统稻田土壤磷素累积规律及磷素流失引发的环境风险。在本试验区土壤环境条件下,可能发生稻田磷素淋溶及径流的土壤耕层(0~15 cm)Olsen-P临界值分别为26.0 mg.kg 1和24.8 mg.kg 1。连续13年适磷、高磷施肥,土壤耕层Olsen-P含量分别达到26.9 mg.kg 1和33.2 mg.kg 1,均高于临界值浓度,且已导致稻田田面水与30 cm渗漏水中总磷浓度显著升高,大大提高了稻田磷素淋溶及径流的风险。低磷施肥土壤Olsen-P长期稳定在(10.1±2.0)mg.kg 1水平,并且每年的稻麦产量与高磷、适磷处理相比并无显著差异,而长期低磷施肥土壤磷的流失风险也较小。因此,在太湖地区稻麦轮作体系下,磷肥不宜以常规适磷水平长期施用,建议以低磷水平(30 kg.hm 2.a 1)长期施用或以适磷水平(60 kg.hm 2.a 1)间歇式施用。 颜晓 王德建 张刚 薄录吉 彭小兰关键词:稻麦轮作系统 OLSEN-P 耕层土壤 田面水 渗漏水 不同农田施肥方式下土壤碳氮变化特征及其环境意义 被引量:7 2013年 为了明确不同农田施肥方式对土壤碳氮变化及其对环境的影响,通过长期定位试验研究了不同施肥方式下土壤碳氮变化特征。结果表明:土壤有机碳、全氮在土壤剖面中呈上高下低趋势,秸秆还田作用主要发生在0~10 cm处的耕层;单施化肥和化肥配施秸秆均能增加土壤有机碳、全氮含量,长期无肥处理的土壤有机碳、全氮含量明显下降,单施化肥对农田土壤有机碳、全氮含量影响不显著,长期化肥配施秸秆显著增加土壤有机碳、全氮含量,4年内增幅分别达到35.8%和17.3%;土壤有机碳和全氮含量呈极显著正相关(R2=0.78,P〈0.01),两者含量变化趋势相同;太湖地区土壤C/N比呈下降趋势,现阶段土壤C/N比主要集中在10.0左右,化肥配施秸秆可以增加土壤C/N比,促进土壤碳氮循环。化肥配施秸秆能够改善农田土壤理化性状,提高农田生产力,是一种值得推广的施肥方式。 张刚 王德建 王灿关键词:有机碳 全氮 施肥方式 厌氧池-复合型人工湿地系统污水处理效果的季节变化 被引量:7 2012年 利用厌氧池-复合型人工湿地(AT-ICW)系统处理农村生活污水,探讨工艺系统不同季节对污水的处理效果。结果表明,该工艺系统春、夏、秋季对氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)表现出稳定且较好的去除效果,去除率分别为92.8%~97.0%和56.4%~65.9%,冬季去除率相对较差,平均去除率分别为67.1%和42.5%。NO3--N的去除效果差,四季均出现积累,累积率达到71.5%~342.9%。系统春、夏季对总氮(TN)去除效果较好,去除率为57.3%~68.9%,秋、冬季去除效果相对较差,为24.5%~35.8%。系统夏季COD去除效果好,平均去除率达到78.3%,冬、春季去除效果较差,为37.8%~43.5%。各项污水排放指标均达到城镇污水处理厂污染物排放一级A类标准。AT-ICW系统不仅处理效果好,而且运行费用低,适用于农村分散型生活污水处理。 刘芬芬 王德建 张刚关键词:复合型人工湿地 生活污水 水稻基肥尿素干施与湿施对氮素损失及水稻氮素吸收的影响 被引量:6 2010年 运用大型原状土柱在田间条件下比较了水稻基肥干耕施(干施)与湿耙施(湿施)对氮素损失与水稻氮素吸收的影响,试验设尿素干施、湿施与对照3个处理,同步测定了施肥后小区的氨挥发、淋洗以及水稻的吸氮量。结果表明:(1)干施法氨挥发显著低于湿施法,模拟试验分别为40.1与68.8 kg hm-2,占施氮量的13.4%与22.9%,2004年的大田试验分别为19.2与26.2 kg hm-2,占施氮量的7.7%与10.4%;(2)而干施法的总氮(TN)淋洗量显著大于湿施法,分别为14.3与4.6 kg hm-2,占施氮量的4.8%与1.5%,氮的淋洗以NO3--N为主,占总量的73.7%~97.3%,两者的NH4+-N淋洗量差别很小;(3)与湿施法相比,干施法净减少氮肥损失19.0 kg hm-2,水稻吸氮量增加15.1 kg hm-2,氮肥利用率提高了5个百分点,产量略有提高,而土壤含氮量没有显著变化。因此,水稻基肥尿素干深施法是一项值得推广的施肥方法。 王德建 张刚 汪军 王灿 刘勤关键词:水稻基肥 氮素损失 秸秆还田条件下氮肥用量对稻田氮素淋失的影响 被引量:12 2010年 通过田间小区试验,研究了秸秆还田条件下不同氮肥用量对稻田田面水、渗漏水中氮素动态变化和淋失量的影响.结果表明,稻季秸秆还田量为6t/hm2,氮肥用量分别为0,120,180,240,300kg/hm2时,稻季田面水、渗漏水中无机氮(NH4+-N与NO3--N)浓度随氮肥用量的增加而显著增加,秸秆还田显著降低田面水和渗漏水中NH4+-N和NO3--N浓度;田面水中NH4+-N浓度在每次施肥后的第2d、NO3--N在第2~4d达到峰值,渗漏水中NH4+-N在每次施肥后的第2~4d,NO3--N在施基肥后的第20d左右达到峰值;不同处理田面水中NH4+-N、NO3--N的平均浓度及变幅分别为1.23±0.88(0.01~9.89)、1.14±0.18(0.14~2.86)mg/L,渗漏水中分别为1.78±1.60(0.03~22.66)、1.42±0.24(0.22~2.66)mg/L.稻田渗漏量与水稻移栽后天数呈极显著负相关,整个水稻生育期内的总渗漏量为298mm.不同施氮处理稻季NH4+-N、NO3--N的平均净淋失量分别为4.77±4.37(0.45~12.33)、1.76±1.08(0.49~3.31)kg/hm2,占施氮量的2.57%~4.11%、0.41%~0.56%,氮素损失以NH4+-N为主. 汪军 王德建 张刚 王灿关键词:秸秆还田 氮肥 氮素淋失 太湖地区稻麦轮作体系下秸秆还田配施氮肥对水稻产量及经济效益的影响 被引量:58 2011年 秸秆还田与配施化肥是未来农业持续发展的方向。为明确秸秆还田条件下获得较高产量和最佳经济效益的氮肥用量,研究设计了秸秆全量(6 t·hm-2)还田条件下N0、N1、N2、N3和N4 5个氮肥用量的田间试验(肥料N用量分别为0、120 kg·hm-2、180 kg·hm-2、240 kg·hm-2、300 kg·hm-2)。两年试验结果表明:秸秆还田条件下水稻产量随着氮肥用量的增加呈先增加后降低的趋势,2007年、2008年水稻最高产量分别为8 543 kg·hm-2、7 772 kg·hm-2,施氮处理比无氮处理(N0)分别增产9.6%~19.4%、13.0%~17.8%;当氮肥用量达300 kg·hm-2时,边际产量、氮肥农学利用率、结实率、千粒重、新增纯收益率以及边际成本报酬率均显著低于其余处理(N0~N3),其中2008年上述各指标值分别为-4.5 kg·kg-1、3.0 kg·kg-1(N)、69.9%、25.1 g、0.91%、1.03元.元-1。由水稻产量、经济效益与氮肥用量拟合方程求得最大经济收益时的氮肥用量为218~223 kg·hm-2,水稻产量和经济收益分别为7 686~8 295 kg·hm-2和7 413~8 607元·hm-2。因此,秸秆还田条件下合理配施氮肥,不仅可以获得最佳经济收益,还可以获得较高水稻产量和氮肥利用率。 汪军 王德建 张刚关键词:秸秆还田 氮肥用量 水稻产量 氮肥利用率