基于Greenseeker冠层光传感器的棉花精准施氮技术规程

2018-02-15张建国朱永江单娜娜

新疆农业科技 2018年4期

张建国，朱永江，单娜娜、，张炎，赖波＊

1.新疆海南良种繁育基地，乌鲁木齐 830001

2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091

关键字：归一化植被指数；冠层光传感器；精准施氮技术

新疆是我国最大的优质商品棉和唯一的长绒棉生产基地，2015年棉花种植面积达到了227.31×104hm2，皮棉产量达到了 429.80×104t。已形成了“世界棉花形势看中国，中国棉花市场看新疆”的格局。棉花生产是新疆国民经济的主导产业和农民增收的主要途径，棉花种植面积占全疆耕地面积的35.40%。棉花产业为新疆提供了40%以上劳动人口的就业机会。

对于棉花来说，氮素是其生长发育重要营养元素，对棉花产量的贡献率可达23.2%，施用氮肥是提高棉花产量的关键举措之一。随着新疆农业生产水平的提高，加大了氮肥的投入，但是利用效率较低。氮肥当季利用率30%～35%，低于美国等发达国家20个百分点。造成了大量的资源浪费，同时，带来了严重的环境污染问题，威胁到了新疆的生态安全。棉花氮肥精准管理技术是目前迫切需要开展的工作，能够有效的提高氮肥利用效率，减少化石能源的使用，降低环境污染风险。

Greenseeker是目前用于近地面快速获取归一化植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）的主要工具，克服传统方法时效性差的缺点，同时摆脱了被动高光谱遥感对外界光源的严格要求而被广泛应用[1]。NDVI与作物生长状况和营养信息有很好的相关性，估测作物产量，并且用于反演作物的叶片氮含量、叶片叶绿素含量、叶面积指数和产量等。该方法是近地面遥感监测方法之一，即能方便的对棉花生长发育的季节性变化进行评估，也能实时高效、快速准确、自动无损的提供作物长势信息和营养状态诊断，在信息化精准农业生产中极为重要，并且便于农户操作，适时采取农艺措施（施肥、灌水、耕作、收割以及病、虫、草、鼠害防治等）。新疆具有规模化开展棉花种植的基础，同时现代节水灌溉技术的推广应用也为精准施氮技术提供了技术保障，将棉花氮营养诊断技术进行引进并应用，是推动新疆棉花生产、减少化学肥料污染、降低棉花生产成本的主要途径。

1 技术适用范围

本技术适用于北疆早熟、机采、水肥一体化植棉区。

2 品种选择及播前准备

2.1 棉花品种选择及种子处理

选择早熟性好（生育期≤125 d），株形紧凑，果枝上抬，叶枝少，株型舒朗，通透性好，果枝始节高度≥18 cm。茎秆粗壮、抗倒伏性好；叶片中小、叶层分布合理，对脱叶剂敏感，落叶效果好；成铃集中，铃壳较薄，吐絮集中，吐絮畅、含絮性好。抗病抗逆性强。霜前花率高，单铃重≥5 g，衣分≥40%，纤维比强度≥30 cN/tex，马克隆值3.8～4.5[2]的棉花品种。

100%种子包衣，种子包衣前晒种1～2 d以增加种子发芽势；用26%多福甲1∶50进行机械拌种，堆闷12 h，摊开晾干（避免阳光直射）。

2.2 播前准备

适熵犁地，耕深28～30 cm，整地质量达到“齐、平、松、碎、墒、净、直”[3]。整地前用48%氟乐灵100～120 g/666.7m2进行土壤封闭，封闭后及时耙地。耙地深度在4～5 cm[4]。

3 播种

开春后，5 cm地温连续3 d稳定在12℃时开播，一般在4月10～30日之间播种。

采用精量播种，一膜6行，株行距为宽窄行（10 cm+66 cm+10 cm）。

4 田间管理

重点突出“密植”、“早熟”。高密度种植收获株数达到1.5万株/666.7m2以上。播种后早放苗、早中耕、早打顶、早防病虫草害，促早熟、保稳产，创高产。

科学化调。全生育期棉花滴灌9次左右，化调5～6次，每次使用缩节胺4～6 g/666.7m2，控制株高在70 cm左右。

适时打顶。机采棉果枝台数平均达到8台左右时开始打顶，7月10日前结束，打顶后株高在70～75 cm。

5 病虫害综合防治

棉花病害主要有黄、枯萎病。播种前，对土壤进行消毒，发现病株，选用多菌灵、福美双等药物进行喷洒或灌根。虫害主要有红蜘蛛、棉蚜、棉铃虫及棉蓟马。防治虫害以农业防治为基础、生态控制为主、化学防治为辅。早发现、早防治，可以针对虫害多发的棉田，进行种子预处理、设置保护带、种植玉米诱集带等方法进行防控。发生虫害时，及时对症喷洒药物。

6 棉花氮营养调控

Greenseeker光谱仪是美国Oklahoma州立大学与N～tech公司开发的目前较先进的一种地面主动遥感高光谱仪器，可以快速的获取归一化植被指数（Normalized difference vegetation index，NDVI）。基本不受大气和天气状况的影响，分辨率高，可实现米级测量[5]。

6.1 仪器组成

Greenseeker RT200变量施肥系统由RT200接口模块、PDA和6个传感器组成。

6.2 工作原理

Greenseeker RT200变量施肥系统是一个基于对作物营养状况实时诊断的变量施用农业化学制剂的工具。本系统安装在农业机械上。农业机械在田间作业时，实时读取和收集作物的NDVI值，生成分布图，并且通过历史数据的分析，确定作物的农业化学制剂的施用量。冠层光传感器Greenseeker波段为660 nm和770 nm，带宽为25 nm，视场角为（24+4）″×（0.6+0.2）″[6]。传感器距冠层1m。传感器测量近红外敏感波段的反射率（NIRref）和红外敏感波段的反射率，和。

6.3 操作方法

根据新疆棉花田间管理的特点，将RT200变量施肥系统装在喷洒农药的机械上，每次灌溉后扫描，进行氮营养诊断，并根据诊断数据，给出每个生育时期的施氮量。根据机采棉株行距配置（10 cm+66 cm+10 cm），确定传感器的水平距离为76 cm，一次扫描2膜12行。为避免喷洒农药时液体影响传感器的使用，将传感器装在机械的前部。扫描时间见下表：