摘要
我国西北地区农业用水短缺且降雨时间与春冬季作物需水时间不相匹配，并且该地区肥料的施用不合理，肥料利用效率低下，造成资源浪费和环境污染等问题。针对以上问题，本研究以常见的冬油菜品种“陕油18”为研究材料，开展为期两年的田间试验（2020.10-2021.6；2021.10-2022.6）。试验共设置3个灌水水平（I0：不补灌，I1：越冬期补灌，I2：越冬期和蕾薹期补灌）和5个施氮量水平（N0：0kg/ha，N1：120kg/ha，N2：200kg/ha，N3：280kg/ha，N4：360kg/ha），共15个处理，各处理设三个重复。测定了冬油菜不同生育期生理生长指标、水分养分指标以及最终籽粒品质产量指标，并与田间试验同步获取了不同生育期冬油菜冠层多光谱图像。研究提出了适宜西北关中地区冬油菜水氮管理模式，为该地区冬油菜体质增产高效生产提供了理论依据和技术支撑。以下为主要研究结论： （1）探明了不同水氮处理对冬油菜生理生长指标的影响。 两年田间试验研究表明，施氮和灌溉处理对冬油菜的生理生长指标均有显著影响。相同灌水水平下，冬油菜株高、茎粗、叶面积指数、叶绿素含量等指标基本随着施氮量增加呈现先增加再减低的趋势，均在N2或N3达到最大，且两者之间基本无显著性差异；相同施氮量水平下，冬油菜生理生长指标均在I2下达到最大。 （2）明确了不同水氮施用水平下，冬油菜耗水量、水氮利用效率及其各器官氮素累积分配规律。 相同灌水水平下，冬油菜水分利用效率和降雨利用效率均在N3达到最大，但与N2之间无显著性差异；相同施氮量水平下，I2下冬油菜耗水量高于I1和I0，但两年的水分利用效率和降雨利用效率均在I2下达到最大。施氮量对冬油菜不同生育期各器官氮素累积和氮肥利用效率有显著影响，收获期冬油菜氮肥农学利用效率、氮肥生理利用效率以及冬油菜各器官的氮素累积量均在N2或N3下达到最大，且N2和N3之间基本无显著性差异。 （3）提出了有利于该地区冬油菜优质、高产、高效、环保等综合目标下最佳的水氮施用管理策略。 两年冬油菜籽粒产量均在I2N3下达到最大，分别为2460.40kg/hm2（2020-2021）和2668.98kg/hm2（2021-2022），但均与I2N2无显著性差异。各处理冬油菜籽粒中对于人体有害的硫苷和芥酸含量均符合国家要求。最后基于熵权TOPSIS方法对冬油菜主要品质和产量指标进行综合评价，结果表明I2N2处理综合评分均为最高，说明蕾薹期和越冬期进行补灌和施氮量为200kg/ha的组合为适合关中地区冬油菜种植的水氮施用组合。 （4）建立了基于冬油菜冠层多光谱数据的冬油菜不同生长阶段长势指标的估算模型。 基于PSO-SVM和GA-SVM对冬油菜长势指标的估算精度优于SVM和RF，PSO-SVM的估算效率要高于GA-SVM，综合对比估算结果，PSO-SVM对冬油菜不同生长阶段长势指标估算效果更好。估算模型对于冬油菜叶面积指数的估算效果最好，其次是地上部生物量。同时，估算结果表明对于营养生长阶段估算效果要优于生殖生长阶段，其中营养生长阶段基于PSO-SVM估算冬油菜地上部生物量、叶面积指数和叶片含水率验证集的R2分别为0.946、0.931和0.883，RMSE分别为41.346kg/ha、0.125cm2/cm2和0.077，RPD分别为3.921、3.795和2.334。
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