智慧农业前沿技术导论 课件 第15章 作物生理与现代农业

作物生理与现代农业HUAZHONGAGRICULTURALUNIVERSITY1目录CONTENTS第一节精准农业第二节作物生长监测与评价第三节精准农业发展第四节精准农业决策制定23基于作物生理的精准农业体系结构精准农业(精准农作、实时实地作物管理)是指通过对大田作物群体内部生长及田间环境差异进行实时实地监测，基于这些监测数据并根据生产目标进行综合评价后，采取精细田间管理的农业生产技术体系。实现农场或更大尺度上资源的最优化投入与收益“土壤-作物-气候”系统目标立足点一、精准农业监测内容生长潜力水分状况病虫害非生物胁迫营养状况监测4二、作物生长监测与评价5二、作物生长监测与评价作物营养状况的监测化学分析诊断法形态诊断法56二、作物生长监测与评价6冠层内部氮素的垂直分布无损原位诊断法（Pengetal.,1993）基于叶片或冠层的光谱特征参数基于叶绿素含量与氮素含量之间存在线性关系（Edalatetal.,2019）发展作物营养状况的监测（Lacasaetal.,2022）7二、作物生长监测与评价作物水分状况的监测植物水分状态的表示方式基于鲜重的含水量=(鲜重−干重)/鲜重·100%基于干重的含水量=(鲜重−干重)/干重·100%相对含水量=(鲜重−干重)/(组织水分饱和时鲜重−干重)·100%在密闭空间中，某一种样品的平衡蒸气压与相同温度下纯水的饱和蒸气压的比值。含水量水活度：水

势：每摩尔体积水在一个系统中的化学势与纯水在相同温度、压力下的化学势间的差再除以水的偏摩尔体积。8二、作物生长监测与评价作物水分状况的监测基于作物冠层反射光谱的作物水分监测技术(贾雯晴,2013)基于作物冠气温差的作物水分监测技术(郭子卿,2014)基于土壤水分的作物水分监测技术(刘奇,2023)9二、作物生长监测与评价作物光合能力的监测光化学效率（ФPSII）、电子传递速率（ETR）、非光化学猝灭（NPQ）等光合参数叶绿素荧光仪10二、作物生长监测与评价作物光合能力的监测单叶单株Li-680011二、作物生长监测与评价作物光合能力的监测植物冠层光合气体交换测量系统（CAPTS）(Songetal.,2016)12三、精准农业发展植物生理生态传感器土壤传感器大气环境传感器作物生理类传感器的发展缓慢。未来植物生理传感器需要考虑微型化和集成化，更需要考虑把不同生理传感器与环境监测类传感器融合，实现网络化、一体化、数字化和智能化。13三、精准农业发展作物生长监测的发展营养监测增加植物中P、K、Zn等其他营养元素的监测。增加对营养元素存在形态，在冠层内部的分配、不同组织器官之间的分配等内容监测。水分状况解决间接类监测技术的滞后性、精度不高、灵敏度不够等问题。发展包括含水量、径流、水导、组水势以及组织膨压、渗透压等水势组分的直接监测。引入X射线计算机断层成像（X-raycomputedtomography，X-CT）、核磁共振（nuclearmagneticresonance，NMR）、纳米探针等技术手段。14三、精准农业发展作物生长监测的发展生长监测根部性状的生长监测处于起步阶段。基于图像非接触重叠技术可能是果实、穗部监测发展的方向之一。光合作用监测加强叶绿素荧光参数和光谱参数与光合作用速率的机理研究以及设备开发。加强原位实时气孔导度、气体交换等监测设备的开发研究力度。激素类物质动态监测：目前植物激素的测定依然重度依赖实验室内的化学测定方法，急需发展包括电化学方法、纳米传感器方法在内的植物激素动态监测设备和方法体系。代谢产物监测：加强对葡萄糖等植物代谢物质的实时监测，对于病虫害的早期预警具有重要意义。15四、精准农业决策制定作物生长模型作物生长模型是基于作物生理生态过程的动态系统模拟模型，综合考虑了作物基因型、环境、栽培管理技术，定量描述作物生长发育、光合同化物的积累与分配、籽粒发育动态、养分和水分的吸收与平衡等过程。APSIM模型结构图（沈禹颖等,2002）DSSAT模型结构图（史源等,2015）16四、精准农业决策制定作物生长模型WOFOST模型结构图（Witetal.,2019）CropGrow模型结构（朱艳等,2020）作物生长模型的未来发展加强模型基础研究，包括加强新功能的研发、模型构建机理的研究，提高模型适用性和精确度，加快智慧农业技术落地。推进模型应用研究，包括优化参数获取与校准方法，实现参数获取与校准自动化、智能化，不同类型模型的多尺度模型耦合与联合应用，以及适应农业物联网、农业云、农业大数据、农业人工智能、农业区块链及5G技术的发展。17四、精准农业决策制定基于作物生长模型的精准农业决策系统

基于作物生长模型的精准农业决策系统是指将作物生长模型与地理信息系统、遥感技术相结合，通过实时实地监测农作物生长过程，将农业过程全面数字化，模拟预测不同时期作物生长发育与产量品质形成过程，构建作物生长模拟系统与决策支