基于Greenseeker冠層光傳感器的棉花精準施氮技術規程

張建國，朱永江，單娜娜、，張 炎，賴 波＊

1.新疆海南良種繁育基地，烏魯木齊 830001

2.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，烏魯木齊 830091

關鍵字：歸一化植被指數；冠層光傳感器；精準施氮技術

新疆是我國最大的優質商品棉和唯一的長絨棉生產基地，2015年棉花種植面積達到了227.31×104hm2，皮棉產量達到了 429.80×104t。已形成了“世界棉花形勢看中國，中國棉花市場看新疆”的格局。棉花生產是新疆國民經濟的主導產業和農民增收的主要途徑，棉花種植面積占全疆耕地面積的35.40%。棉花產業為新疆提供了40%以上勞動人口的就業機會。

對于棉花來說，氮素是其生長發育重要營養元素，對棉花產量的貢獻率可達23.2%，施用氮肥是提高棉花產量的關鍵舉措之一。隨著新疆農業生產水平的提高，加大了氮肥的投入，但是利用效率較低。氮肥當季利用率30%～35%，低于美國等發達國家20個百分點。造成了大量的資源浪費，同時，帶來了嚴重的環境污染問題，威脅到了新疆的生態安全。棉花氮肥精準管理技術是目前迫切需要開展的工作，能夠有效的提高氮肥利用效率，減少化石能源的使用，降低環境污染風險。

Greenseeker是目前用于近地面快速獲取歸一化植被指數（Normalized difference vegetation index，NDVI）的主要工具，克服傳統方法時效性差的缺點，同時擺脫了被動高光譜遙感對外界光源的嚴格要求而被廣泛應用[1]。NDVI與作物生長狀況和營養信息有很好的相關性，估測作物產量，并且用于反演作物的葉片氮含量、葉片葉綠素含量、葉面積指數和產量等。該方法是近地面遙感監測方法之一，即能方便的對棉花生長發育的季節性變化進行評估，也能實時高效、快速準確、自動無損的提供作物長勢信息和營養狀態診斷，在信息化精準農業生產中極為重要，并且便于農戶操作，適時采取農藝措施（施肥、灌水、耕作、收割以及病、蟲、草、鼠害防治等）。新疆具有規模化開展棉花種植的基礎，同時現代節水灌溉技術的推廣應用也為精準施氮技術提供了技術保障，將棉花氮營養診斷技術進行引進并應用，是推動新疆棉花生產、減少化學肥料污染、降低棉花生產成本的主要途徑。

1 技術適用范圍

本技術適用于北疆早熟、機采、水肥一體化植棉區。

2 品種選擇及播前準備

2.1 棉花品種選擇及種子處理

選擇早熟性好（生育期≤125 d），株形緊湊，果枝上抬，葉枝少，株型舒朗，通透性好，果枝始節高度≥18 cm。莖稈粗壯、抗倒伏性好；葉片中小、葉層分布合理，對脫葉劑敏感，落葉效果好；成鈴集中，鈴殼較薄，吐絮集中，吐絮暢、含絮性好。抗病抗逆性強。霜前花率高，單鈴重≥5 g，衣分≥40%，纖維比強度≥30 cN/tex，馬克隆值3.8～4.5[2]的棉花品種。

100%種子包衣，種子包衣前曬種1～2 d以增加種子發芽勢；用26%多福甲1∶50進行機械拌種，堆悶12 h，攤開晾干（避免陽光直射）。

2.2 播前準備

適熵犁地，耕深28～30 cm，整地質量達到“齊、平、松、碎、墑、凈、直”[3]。整地前用48%氟樂靈100～120 g/666.7m2進行土壤封閉，封閉后及時耙地。耙地深度在4～5 cm[4]。

3 播種

開春后，5 cm地溫連續3 d穩定在12℃時開播，一般在4月10～30日之間播種。

采用精量播種，一膜6行，株行距為寬窄行（10 cm+66 cm+10 cm）。

4 田間管理

重點突出“密植”、“早熟”。高密度種植收獲株數達到1.5萬株/666.7m2以上。播種后早放苗、早中耕、早打頂、早防病蟲草害，促早熟、保穩產，創高產。

科學化調。全生育期棉花滴灌9次左右，化調5～6次，每次使用縮節胺4～6 g/666.7m2，控制株高在70 cm左右。

適時打頂。機采棉果枝臺數平均達到8臺左右時開始打頂，7月10日前結束，打頂后株高在70～75 cm。

5 病蟲害綜合防治

棉花病害主要有黃、枯萎病。播種前，對土壤進行消毒，發現病株，選用多菌靈、福美雙等藥物進行噴灑或灌根。蟲害主要有紅蜘蛛、棉蚜、棉鈴蟲及棉薊馬。防治蟲害以農業防治為基礎、生態控制為主、化學防治為輔。早發現、早防治，可以針對蟲害多發的棉田，進行種子預處理、設置保護帶、種植玉米誘集帶等方法進行防控。發生蟲害時，及時對癥噴灑藥物。

6 棉花氮營養調控

Greenseeker光譜儀是美國Oklahoma州立大學與N～tech公司開發的目前較先進的一種地面主動遙感高光譜儀器，可以快速的獲取歸一化植被指數（Normalized difference vegetation index，NDVI）。基本不受大氣和天氣狀況的影響，分辨率高，可實現米級測量[5]。

6.1 儀器組成

Greenseeker RT200變量施肥系統由RT200接口模塊、PDA和6個傳感器組成。

6.2 工作原理

Greenseeker RT200變量施肥系統是一個基于對作物營養狀況實時診斷的變量施用農業化學制劑的工具。本系統安裝在農業機械上。農業機械在田間作業時，實時讀取和收集作物的NDVI值，生成分布圖，并且通過歷史數據的分析，確定作物的農業化學制劑的施用量。冠層光傳感器Greenseeker波段為660 nm和770 nm，帶寬為25 nm，視場角為（24+4）″×（0.6+0.2）″[6]。傳感器距冠層1m。傳感器測量近紅外敏感波段的反射率（NIRref）和紅外敏感波段的反射率，和。

6.3 操作方法

根據新疆棉花田間管理的特點，將RT200變量施肥系統裝在噴灑農藥的機械上，每次灌溉后掃描，進行氮營養診斷，并根據診斷數據，給出每個生育時期的施氮量。根據機采棉株行距配置（10 cm+66 cm+10 cm），確定傳感器的水平距離為76 cm，一次掃描2膜12行。為避免噴灑農藥時液體影響傳感器的使用，將傳感器裝在機械的前部。掃描時間見下表：

表1 RT200變量施肥系統掃描時間表

6.4 各時期推薦施肥模型

根據試驗數據，棉花各生育時期NDVI臨界值與追施N量見下表：

表2 棉花各生育時期的臨界NDVI值

根據經濟產量計算出臨界NDVI值，根據各時期掃描數據，小于臨界值的，進行氮肥追施，大于臨界值的，則不追施氮肥。追施氮肥的量按照下式計算：

其中Nd為追施氮量，N臨界為NDVI臨界值，為NDVI實測值，N0.001為NDVI值每少0.001，需要追施氮量。

7 適時采收

氣溫適宜，棉花基本成熟時，噴灑脫葉催熟劑，一般北疆在9月上旬，吐絮率達到20%，或日均溫度達到15℃以上，最低溫度不能低于12℃。噴施脫葉催熟劑18～25 d后，棉花脫葉率≥90%，吐絮率達到95%以上，即可進行機械采收。