基于遥感技术的寒地水稻氮素动态精准管理

针对基于常规土壤、植株测试的精准氮肥管理难以在我国大面积推广应用的现状及近年发展迅速的黑龙江农垦规模经营寒地水稻氮肥中后期管理缺乏有效理论和技术支撑的实际需要，本项目提出应用遥感技术进行寒地水稻氮肥动态精准管理的新思路，以主动光源作物传感器、高光谱仪和高精度卫星遥感影像为工具，在水稻幼穗分化期对水稻氮营养状况进行无损诊断并预测水稻产量及对氮肥的反应，确定适宜的氮肥追施数量，以实现对水稻穗肥进行实时、实地的精准管理，达到高产高效、环境友好的目的。基于此思路，本项目选定黑龙江农垦规模化经营寒地水稻为研究对象，准备开展以下研究工作：（1）基于主动作物传感器的水稻穗肥优化推荐方法；(2) 基于新型高光谱植被指数的水稻中后期氮肥优化管理方法；（3）基于高精度卫星遥感信息的大面积寒地水稻氮肥动态精准管理方法。本项目的研究结果将为大面积作物氮肥优化管理及高产高效提供重要的科学依据和新的技术途径。

本研究针对基于常规土壤、植株测试的精准氮肥管理难以在我国大面积推广应用的现状及近年发展迅速的黑龙江农垦规模经营寒地水稻氮肥中后期管理缺乏有效理论和技术支撑的实际需要，采用多光谱主动作物冠层传感器GreenSeeker和Crop Circle ACS 470、高光谱作物冠层传感器ASD FieldSpec3以及FORMOSAT-2多光谱卫星遥感影像等手段,水稻氮营养状况进行无损诊断并建立动态氮素精准管理新方法。所取得的主要进展包括：（1）建立了基于GreenSeeker传感器的水稻氮素精准管理策略.以区域优化施氮量为基础，按固定比列确定基肥和分蘖肥的数量， 然后在拔节期应用GreenSeeker传感器对不施穗肥可能获得的产量及对追施穗肥的可能反应进行预测，在此基础上确定穗肥的追施数量。该方法经田间验证， 可以在不减产的情况下比农户常规管理提高氮素偏生产力48%；（2）将基于GreenSeeker的精准氮素管理技术与水稻高产技术进行集成， 与农户常规管理相比同时提高水稻产量（8-17%）和氮素利用效率(12-100%)；（3）研究结果表明3波段Crop Circle ACS 470传感器比GreenSeeker传感器在寒地水稻氮营养诊断与精准管理方面具有更好的应用潜力；（4）筛选出高光谱植被指数MTCARI3,比GreenSeeker NDVI和RVI能在拔节期更好估测水稻产量潜力；（5）建立了基于卫星遥感诊断的水稻氮素精准管理方法， 经田间验证可以比农户常规管理平均提高产量6%并提高氮肥偏生产力60%。以上结果表明， 基于主动冠层传感器及卫星遥感诊断的氮素精准管理均可以提高氮素利用效率。