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利用光谱无损技术监测烤烟氮素吸收利用状况具有重要的理论和实践意义，本试验进行了不同施氮水平下烤烟冠层生化组分垂直分布的光谱特征研究。试验于2010-2011年在广东粤北烟区始兴县马市镇进行。以烤烟品种K326为材料，研究了不同时空条件对烤烟冠层光谱特征的影响，明确了烤烟光谱测定最佳时空条件。同时，研究了不同施氮水平对烤烟生化组分垂直分布的影响及其光谱响应规律，分析了不同施氮水平下烤烟冠层光谱特征及其对烤烟氮素吸收利用率、产量产值的影响，在此基础上确定了烤烟氮素积累量最佳光谱监测参数及始兴烟区旱地烤烟生态经济适宜施氮量。主要结论如下： 1.通过对不同时相及空间尺度下烤烟冠层光谱反射率及其变异系数分析，得出10:00-12:00时所测量的烤烟冠层光谱的变异系数均小于其它时段，稳定性较高；不同探头高度烤烟冠层反射光谱的变异系数在可见光(460－710nm)波段表现为，探头高度1.0m与1.5m所测定的光谱数据稳定性差异不大，但都明显好于探头高度0.5m所测光谱数据稳定性；近红外(760－1650nm)波段探头高度为1.5m时所测量的光谱数据最稳定，其次是探头高度为1.0m时所测量的光谱数据，探头高度为0.5m光谱数据变异系数最大，稳定性最差。综上所述，烤烟光谱测定最佳时空条件为：探头高度1.5m，测定时间为10:00-12:00。 2.通过比较不同氮素水平下烤烟冠层光谱反射率的变化模式，提出了烤烟氮素营指标的敏感光谱特征；通过分析不同光谱参数对烤烟地上部氮素积累量的估测能力，发现比值植被指数RVI(680，810)、差值植被指数DVI(680，810)、归一化植被指数NDVI(680，810)、加强植被指数EVI810、土壤调节植被指数SAVI及优化土壤调节植被指数OSAVI都能建立较好的氮素积累量回归模型。经检验发现EVI810、OSAVI实测数据和模型预测数据有较好的拟合效果，明显改善了反演精度：基于红边特征参数分析，构造红边振幅与烤烟植株地上部氮素积累量的回归方程y=8.376x2.0901，经检验分析得RMSE为0.197，具有较好的反演效果。 3.通过研究不同施氮水平对烤烟叶面积指数、干物质积累量、氮素积累量、烟碱积累量、蛋白质积累量、钾积累量及碳氮比的影响，并对不同叶层及其组合上述理化指标进行光谱分析，发现烤烟植株不同叶层及其组合叶面积指数、氮素积累量、蛋白质积累量、钾积累量、碳氮比与6个光谱指数及红边振幅均达到显著相关水平；干物质积累量与植被指数RVI(810，680)、DVI(810，680)、NDVI(810，680)、SAVI、OSAVI达到显著相关水平，与EVI810、红边振幅相关关系不明显；烟碱积累量与6个植被指数及红边振幅相关关系均不显著。不同叶层叶面积系数、干物质积累量、氮素积累量、蛋白质积累量、钾积累量与比值植被指数RVI(810，680)相关性最高，且都达到极显著相关水平，可以利用RVI(810，680)对各叶层及其组合进行有效反演。 4.通过分析施氮水平对烤烟氮素积累量、部分氮肥利用率指标及产量产值的影响，得出本试验条件下始兴烟区施氮水平为150 kg·hm-2时，烤烟氮肥利用率最高，对烟叶增产作用较为明显。采用环境经济学Coase原理及农业技术经济学的边际收益分析原理，从协调作物高产、优质、高效、生态、安全的目标出发，得出当前生产条件和技术条件下始兴烟区旱地烤烟生产、生态和经济效益兼顾的适宜氮肥用量为162.20-184.24 kg·hm-2，相应的产量为2677.96-2726.97 kg·hm-2。