





中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (23): 4979-4992.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.23.013
梁雪1(
), 姜艳1,*(
), 危常州1, 薛冰2, 李芳芳1, 崔怡蕊1, 张夏然1
收稿日期:2024-12-09
接受日期:2025-04-15
出版日期:2025-12-01
发布日期:2025-12-09
通信作者:
联系方式:
梁雪,E-mail:1844823969@qq.com。
基金资助:
LIANG Xue1(
), JIANG Yan1,*(
), WEI ChangZhou1, XUE Bing2, LI FangFang1, CUI YiRui1, ZHANG XiaRan1
Received:2024-12-09
Accepted:2025-04-15
Published:2025-12-01
Online:2025-12-09
摘要:
【目的】 采用无人机遥感技术,构建快速、无损与准确监测玉米农田土壤水分的诊断模型,最大程度地提高农业用水的效率,为玉米的精准灌溉管理提供理论基础与科学依据。【方法】 以大田玉米为研究对象,通过田间小区试验设置4个水分处理,分别为低水分处理,灌水495 mm(W1);常规滴灌水量575 mm(对照,W2);高水分处理,灌水 660 mm(W3)和灌水740 mm(W4)。在玉米关键生育时期,同步测定玉米冠层温度(Tc)、空气温度(Ta)、土壤水分等信息,并结合K-Means法和统计技术提取并优化玉米Tc。同时,基于作物水分胁迫指数(CWSI)、Tc、Ta、冠气温差等指标构建水分-冠气温差指数(WCAI,CWSI与冠气温差之和)和水分-冠气相对温差指数(WRTI,CWSI与相对冠气温差之和),并筛选最优诊断模型明确土壤水分阈值。【结果】 Tc与土壤水分呈负相关关系。构建的模型WCAI不能很好地反映土壤水分变化趋势,而基于WRTI模型的土壤含水量预测值与实测值决定系数 R2均达到0.744以上,表明WRTI是诊断土壤水分效果较优的模型。通过比较WRTI在玉米不同生育时期与不同土层含水量的相关性可以发现,拔节期WRTI诊断0—20 cm土层含水量效果较优,R2为0.785和0.859;而大喇叭口期、抽穗期、灌浆期诊断0—40 cm土层含水量效果较优,R2范围为0.796—0.900。基于WRTI与玉米产量的相关关系得到各生育时期WRTI阈值范围为0.218—0.301,进一步根据WRTI与土壤含水量的关系反演出土壤水分阈值范围为67.8%—80.1%。【结论】 由于WCAI模型参数“冠气温差”受环境影响大,与WRTI和CWSI在不同水分处理下的变化趋势相比,WCAI与土壤水分没有明显关系,不适用于土壤水分诊断。而WRTI模型参数“相对冠气温差”削弱了环境的影响,其与CWSI结合可以更好的反映出土壤水分的变化,提高了基于遥感诊断农田土壤水分的精度,有效降低水资源的浪费,实现节水高产。研究结果为无人机遥感实时监测农田土壤水分和实施精准灌溉提供参考。
梁雪, 姜艳, 危常州, 薛冰, 李芳芳, 崔怡蕊, 张夏然. 基于无人机遥感的玉米农田土壤水分诊断模型研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(23): 4979-4992.
LIANG Xue, JIANG Yan, WEI ChangZhou, XUE Bing, LI FangFang, CUI YiRui, ZHANG XiaRan. Research on Soil Moisture Diagnosis Model of Maize Farmland Based on Remote Sensing of Unmanned Aerial Vehicles[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(23): 4979-4992.
表1
玉米各生育时期土壤相对含水量阈值"
| 生育时期 Growth period | 登海618 DH618 | 先玉335 XY335 | ||
|---|---|---|---|---|
| WRTI阈值 WRTI threshold | 土壤相对含水量阈值 Threshold of soil relative water content (%) | WRTI阈值 WRTI threshold | 土壤相对含水量阈值 Threshold of soil relative water content (%) | |
| 拔节期 Jointing stage | 0.300 | 75.183 | 0.301 | 73.780 |
| 大喇叭口期 Big flare stage | 0.254 | 79.376 | 0.300 | 78.467 |
| 抽穗期 Heading stage | 0.218 | 79.058 | 0.250 | 80.052 |
| 灌浆期 Grain filling stage | 0.241 | 70.222 | 0.286 | 67.797 |
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