科研产出
采用双模态联合表征学习方法识别作物病害
《农业工程学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：基于深度卷积神经网络的视觉识别方法在病害诊断中表现出色,逐渐成为了研究热点.但是,基于深度卷积神经网络建立的视觉识别模型通常只利用了图像模态的数据,导致模型的识别准确率和鲁棒性,都依赖训练数据集的规模和标注的质量.构建开放环境下大规模的病害数据集并完成高质量的标注,通常需要付出巨大的经济和技术代价,限制了基于深度卷积神经网络的视觉识别方法在实际应用中的推广.该研究提出了一种基于图像与文本双模态联合表征学习的开放环境下作物病害识别模型(bimodalNet).该模型在病害图像模态的基础上,进行了病害文本模态信息的嵌入,利用两种模态病害信息间的相关性和互补性,实现了病害特征的联合表征学习.最终bimodalNet在较小的数据集上取得了优于单纯的图像模态模型和文本模态模型的效果,最优模型组合在测试集的准确率、精确率、灵敏度、特异性和F1值分别为99.47%、98.51%、98.61%、99.68%和98.51%.该研究证明了利用病害图像和病害文本的双模态表征学习是解决开放环境下作物病害识别的有效方法.
关键词： 模型;病害;双模态;联合表征学习;少样本;开放环境;病害识别
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北部冬麦区杂交小麦亲本配合力及杂种优势分析
《麦类作物学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：为了解北部冬麦区普通小麦品种间的杂种优势及其与配合力关系,选用14个普通小麦品种为亲本材料,按照NCⅡ不完全双列杂交法配制49（7×7）份杂交组合,对亲本及杂交组合的8个农艺性状进行杂种优势和配合力效应分析,并根据亲本的性状表现和一般配合力（GCA）划分杂种优势群。结果表明,杂交小麦具有普遍的中亲优势,对照优势较强,多数性状的超亲优势不强,穗粒数和千粒重是制约杂交小麦产量优势的主要因素。长6452、周麦30号、京生麦1号、中麦175的单株产量GCA较高,强优势组合有中麦175/周麦30号、中麦175/泰科麦33、京花12/周麦30号、农大5181/长6452、京生麦1号/长6452、京冬17/长6452、中麦175/石优20、京生麦1号/周麦30、中麦175/长6452、农大5181/中优206。依据双亲之一的GCA效应值或者双亲GCA效应之和较大的要求进行亲本选配,强优势组合出现的几率较大。经聚类分析,依据8个性状的GCA和表现值将14个亲本分别划分为5个和4个类别。
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丛枝菌根真菌侵染指标与植物促生效应相关性分析
《中国农业大学学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：为探讨不同丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)生长特性与功能(植物生长和养分吸收)的相关性.采用分室根箱装置,以玉米(Zea mays L.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)为宿主植物,选取7种AMF:摩西斗管囊霉Funneliormis mosseae、变形球囊霉Glomus versiforme、根内根孢囊霉Rhizophagus intraradices、幼套近明球囊霉Claroideoglomus etunicatum、近明球囊霉C.claroideum、细凹无梗囊霉Acaulospora scrobiculata、黏屑多样孢囊霉Diversispora spurca,以不接种为对照进行温室盆栽试验,测定菌根侵染率、根外菌丝密度、植物地上部生物量、磷/锌吸收量、植物根系AMF gDNA丰度以及玉米根系ZmPht1;6的相对表达量.结果 表明:接种F.mosseae、R.intraradices、G.versiforme、C.etunicatum的玉米和紫花苜蓿根系侵染率及根外菌丝密度较高,对植株生长和磷、锌吸收均表现为正效应;C.claroideum、A.scrobiculata、D.spurca根系侵染率和根外菌丝密度较低,C.claroideum对紫花苜蓿生长和磷吸收表现为促进效应,而对玉米表现出抑制效应,后两者对植株生长和磷、锌吸收无显著效应或抑制作用;AMF的生长指标(菌根侵染率和根外菌丝密度)与菌根生长效应以及磷、锌吸收效应之间均具有较高的正相关性,根系AMF总侵染率对玉米菌根生长效应、磷/锌吸收效应变异的解释量分别为79.0%,77.6%和74.1%;菌丝侵染率对紫花苜蓿菌根生长效应、磷/锌吸收效应变异的解释量分别为76.5%,72.6%和74.0%;此外,仅紫花苜蓿根系AMF gDNA丰度与根系总侵染率显著正相关,玉米根系ZmPht1;6基因的相对表达量与菌根磷吸收效应显著正相关.综上,AMF的侵染指标显著影响植物生长和养分吸收效应,AMF gDNA丰度可作为表示AMF生长的指标,但因植物而异,玉米根系ZmPht1;6的相对表达量在一定程度上可反映AMF吸磷能力.
关键词： 丛枝菌根真菌;玉米;紫花苜蓿;侵染率;根外菌丝密度;磷吸收量
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玉米抗禾谷镰孢菌穗粒腐病种质资源鉴定
《植物遗传资源学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：穗粒腐病是玉米主产区普遍发生的穗部真菌性病害,发掘优异的抗性种质资源和选育优良抗病品种,是防治玉米穗粒腐病最为经济有效的措施。本研究采用针刺果穗注射接种法,在北京通州和小汤山两个试验点,对国内外324份玉米自交系种质资源进行禾谷镰孢菌抗性鉴定。综合2个试验点的抗性评价结果,鉴定到了9份禾谷镰孢菌穗粒腐病表现高抗的自交系,分别为OQ603、百黄混、PI 539921、Mo17、PI 406119、F321、X178、B09和PHG39。有48份自交系对禾谷镰孢菌的穗粒腐病抗性,在2个试验点均为抗级以上（包括高抗和抗）。从不同种质类群自交系的抗性分布情况来看,P群种质整体上表现出较强的抗性,Iodent群和X群次之,而在其他类群中抗性分布趋势并不明显。这些自交系的鉴定,丰富了我国玉米穗粒腐病抗性种质资源,也为抗病育种和理论研究奠定了基础。
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基于卷积神经网络的生菜多光谱图像分割与配准
《农业机械学报 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对多光谱图像中由于多镜头多光谱相机各通道之间存在的偏差以及传统分割方法的不适用,图像分析处理过程往往会出现无法自动化分割或分割精度较低的问题,提出采用基于相位相关算法和基于UNet的语义分割模型对田间生菜多光谱图像进行各个通道的精确配准并实现前景分割。使用Canny算法对多光谱各通道图像进行边缘提取,进而使用相位相关算法对多光谱各通道图像进行配准,单幅图像平均处理时间0.92 s,配准精度达到99%,满足后续图像分割所需精度;以VGG16作为主干特征提取网络,直接采用两倍上采样,使最终输出图像和输入图像高宽相等,构建优化的UNet模型。实验结果表明:本文所提出的图像配准和图像分割网络,分割像素准确率达到99.19%,平均Io U可以达到94.98%,能够很好地对生菜多光谱图像进行前景分割,可以为后续研究作物精准表型的光谱分析提供参考。
关键词： 生菜 多光谱图像 图像配准 图像分割 卷积神经网络
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多酚复合材料的种类及应用研究进展
《食品科学 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：多酚复合材料是多酚与某种配合物通过共价键或非共价键相互作用合成的新型复合体。与多酚结合的配合物种类多样,尤以多糖、蛋白质、磷脂等生物大分子以及金属元素居多。通过合成多酚复合材料可显著改善某些天然多酚水溶性差、稳定性差、生物利用率低等问题,不仅可以增强多酚作为口服营养素或药物的靶向释放,还可以用作体外植物源抑菌剂,很大程度上扩大了多酚在食品、药品、农产品质量安全等领域的应用范围。本文在总结近年来多酚复合材料最新研究结果的基础上,综述了多酚复合材料的不同类型、结构表征和功能性质以及应用现状,最后针对多酚复合材料在目前研究中存在的问题以及今后的重点研究方向提出了合理建议。
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无人机多光谱影像的马铃薯地上生物量估算
《光谱学与光谱分析 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：地上生物量(AGB)是评估作物生长发育和指导田间农业生产管理的重要指标.因此,高效精准地获取作物AGB信息,可以及时准确地估算产量,对于保障粮食供应和贸易提供有力依据.传统获取AGB的方法是采用破坏性取样法,这使得大面积、长期的测量变为困难.然而,随着精准农业的快速发展,无人机遥感技术被认为是估算大面积作物AGB最有效的技术方式.通过无人机平台搭载多光谱传感器获取马铃薯块茎形成期、块茎增长期和淀粉积累期的多光谱影像,地面实测株高和AGB以及地面控制点(GCP)的空间位置信息.首先,基于SFM(structure from motion,SFM)技术利用无人机影像数据结合GCP的三维坐标生成试验田的DSM(digital surface model,DSM),通过DSM提取出马铃薯各生育期的株高(Hdsm);然后,选取原始4个单波段植被指数、9个多波段组合的植被指数、红边波段的高频信息(HFI)和提取的Hdsm分别与AGB作相关性分析;最后基于单波段植被指数(x1)、多波段组合的植被指数(x2)、植被指数结合Hdsm(x3)、植被指数结合HFI(x4)以及植被指数融合HFI和Hdsm(x5)为模型输入参数,采用偏最小二乘回归(PLSR)和岭回归(RR)估算各生育期的AGB.结果表明:(1)提取的Hdsm和实测株高拟合的R2为0.87,NRMSE为14.34%;(2)各模型参数都与AGB达到极显著水平,相关性均从块茎形成期到淀粉积累期先升高后降低;(3)各生育期以5种变量使用同种方法估算马铃薯AGB的效果,均从块茎形成期到淀粉积累期先好后变差,其估算精度由高到低依次为x5>x4>x3>x2>x1;(4)各生育期使用PLSR以不同变量估算AGB的效果要优于RR方法,其中在块茎增长期基于x5变量估算马铃薯AGB效果最佳,R2为0.73,NRMSE为15.22%.因此,选取多光谱植被指数结合红边波段的高频信息和Hdsm并使用PLSR方法可以明显提高AGB的估算精度,这为大面积马铃薯作物AGB的监测提供了新的技术支撑.
关键词： 马铃薯;多光谱;株高;植被指数;高频信息;地上生物量
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海河流域农业面源污染潜在风险识别方法
《中国环境科学 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：在综合分析农业面源污染风险源汇因子的基础上,筛选出影响海河流域农业面源污染的8个主要因子（年降水量、溶解态面源污染物入河系数、吸附态面源污染物入河系数、年植被覆盖度、坡度、土壤可侵蚀性因子、农田氮表观平衡量和农田磷表观平衡量）,建立了农业面源污染潜在风险识别指标体系,采用多因子综合分析法对海河流域农业面源污染潜在风险等级进行评价,并与DPe RS模型风险识别结果进行偏差分析.结果表明,海河流域有61.91%的区域存在农业面源污染潜在风险,集中分布在流域的中部和南部地区,高风险区主要分布在北京市东南部、天津市中部、流域山东段东北部和河南段南部等区域;与DPe RS模型识别结果对比验证,显示同一风险等级面积相差不超过12%,且高风险级别面积相差仅为0.12%,97.17%以上的区域均为偏差小或无偏差,表明该识别方法具有与DPe RS模型法同等水平的农业面源污染潜在风险识别精准度,可实现区域农业面源污染潜在风险的快速、高效识别.
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基于GR-MWCNT-Au/叉指电极的无酶碳水化合物传感器
《传感器与微系统 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：为了实现实际样品中碳水化合物含量的原位、现场检测,制备了一种无酶碳水化合物传感器.采用石墨烯、多壁碳纳米管与金纳米粒子组成的复合材料(GR-MWCNT-Au)作为修饰材料,用滴涂法将其修饰在叉指金电极表面,催化氧化几种碳水化合物(葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、木糖).这几种碳水化合物的结构相似,产生的催化反应也相似,表明:构建的传感器可以用于检测这几种碳水化合物.本文传感器的检测范围较宽,实际样品回收率在99.45%~104.39%之间,表明传感器具有较高的实际应用潜力.
关键词： 碳水化合物;无酶;传感器;原位
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