科研产出
基于多尺度和注意力机制的番茄病害识别方法
《浙江农业学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：番茄病害的及时发现与治理有助于提高番茄产量与质量,增加农户经济收益。利用物联网和人工智能可以无损害有效检测番茄病害,该研究提出了一种改进的AT-InceptionV3（Attention-InceptionV3）神经网络番茄叶部病害检测模型,该网络以InceptionV3为主干网络,结合多尺度卷积和注意力机制CBAM（convolutional block attention module, CBAM）模块,增强了病害信息表达并抑制无关信息干扰;同时引入迁移学习,防止样本数据量较少时出现过拟合的情况。为了评价优化模型的有效性,在Plant Village公开番茄病害数据集上进行了实验仿真测试。改进的模型在测试阶段对番茄健康叶片、细菌性斑疹病、晚疫病、叶霉病和黄曲病5种番茄常见叶片图像分类准确率达到98.4%,优化效果显著。为了进一步验证该方法在不同物联网中的普适性,实验对比了模型对不同分辨率病害图像的分类效果,结果表明,图像精度部分损失不会降低病害分类准确率。该模型能够为番茄温室智能网络决策判断提供重要依据。
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无人机成像高光谱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）的精准监测是农田生产管理的重要环节,因此快速准确地估算AGB,对于精准农业的发展十分重要。传统上,获取AGB的方法是采用破坏性取样法,这使得大面积、长期的测量变得困难。无人机高光谱遥感因具有机动性强、光谱分辨率高和图谱合一的优势,成为当前估算大面积作物AGB最有效的技术手段。该研究通过无人机平台搭载成像高光谱传感器分别获取马铃薯块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期的冠层高光谱影像以及利用烘干称重法获取相应生育期实测AGB数据。然后,采用相关性分析法（CAM）、随机蛙跳算法（RFM）和高斯过程回归波长分析工具（GPR-BAT）分别筛选冠层原始光谱（COS）和一阶导数光谱（FDS）的敏感波长,结合偏最小二乘回归（PLSR）和高斯过程回归（GPR）构建各生育期的AGB估算模型,并对比不同模型的估测效果。结果显示:（1）基于同种方法分别筛选COS和FDS的特征波长,结合2种回归技术估算AGB的效果均从块茎形成期到淀粉积累期由好变差。（2）基于FDS分别通过3种方法筛选的特征波长,通过同种回归技术构建的模型效果要优于基于COS的相应效果。（3）基于COS和FDS使用CAM, RFM和GPR-BAT方法筛选的特征波长个数在块茎形成期分别为28, 12, 6个和12, 23, 10个,在块茎增长期分别为32, 8, 2个和18, 28, 4个,在淀粉积累期分别为30, 15, 3个和21, 33, 5个。（4）各生育期基于COS和FDS通过3种方法筛选的敏感波长估算AGB效果由高到低依次均为GPR-BAT, RFM和CAM。（5）各生育期基于FDS通过GPR-BAT方法筛选的敏感波长,结合PLSR建立的模型精度更高、稳定性更强,R2分别为0.67, 0.73和0.65, NRMSE分别为16.63%, 15.84%和20.81%。研究表明利用无人机高光谱成像技术可以准确地估算AGB,这为实现马铃薯作物长势动态监测,提供科学指导和参考。
关键词： 马铃薯 无人机 成像高光谱 随机蛙跳 高斯过程回归 地上生物量
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密云水库2008-2019年水生态服务功能评价
《水土保持通报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：[目的]对重要饮用水源地密云水库水生态服务功能的动态变化及其受南水北调工程的影响进行分析,为该水库生态系统平衡和水资源保护提供依据。[方法]运用市场价值法、替代工程法、替代成本法、碳交易法、支付意愿法、比例折算法和成果参照法,定量研究密云水库水资源供给,提供水产品,调蓄洪水,增加湿度,夏季降温,净化水质,涵养水源,固定CO2,释放O2,保护生物多样性,旅游休闲和科研教育等生态服务价值的变化情况。[结果] 2008—2019年密云水库水生态服务价值介于709.96～1 003.60亿元之间,呈先小幅波动后增大的趋势,其中,支持服务价值（尤其是保护生物多样性）占主导地位（64%～80%）;调节服务价值处于次要地位（18%～33%）,主要表现为涵养水源、增加湿度、夏季降温和调蓄洪水;供给服务价值和文化服务价值合计比例不足5%。南水北调工程使密云水库的增加湿度价值、夏季降温价值、涵养水源价值、净化水质价值、旅游休闲价值、科研教育价值和水生态服务总价值极显著提升（p<0.01）,调蓄洪水价值极显著下降（p<0.01）。[结论]密云水库水生态服务功能除了取决于气候等自然因素外,还受南水北调工程、交通便利程度等人为因素的影响。建议加强密云水库水量水质监测和文化生态潜能开发,以保障北京市饮用水储备安全可靠。
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利用功能反应模型评价球孢白僵菌对东亚小花蝽捕食二斑叶螨的影响
《昆虫学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】天敌昆虫和生防菌剂的应用都是害虫生物防治的有效手段,在生产中通过两者联合进行害虫的生物防治具有极强的应用前景和潜在的防控增效作用,然而生防菌对天敌的安全性评价是必不可少的。本研究旨在评估球孢白僵菌Beauveria bassiana与东亚小花蝽Orius sauteri联合应用进行害虫生物防治的可行性。【方法】测定了东亚小花蝽5龄若虫经2种不同浓度的球孢白僵菌孢悬液（常规浓度:1×107孢子/mL;低浓度:5×103孢子/mL）和孢子粉（1×107孢子/头）处理后成虫羽化率以及经上述处理后的东亚小花蝽5龄若虫对不同密度下的二斑叶螨Tetranychus urticae雌成螨的捕食能力。【结果】东亚小花蝽5龄若虫经白僵菌孢子粉（1×107孢子/头）处理后,成虫羽化率显著降低,其余处理的成虫羽化率与对照无显著差异。3个处理组中东亚小花蝽5龄若虫对二斑叶螨雌成螨的捕食功能反应均符合Holling II型,搜寻效应随猎物密度增加逐渐降低。经低浓度球孢白僵菌孢悬液（5×103孢子/mL）处理的东亚小花蝽5龄若虫的理论日最大捕食量(Na-max)最高,猎物处理时间最短（Th）,搜寻效应回归线随猎物密度增加下降趋势最小;而球孢白僵菌孢子粉处理的东亚小花蝽5龄若虫理论日最大捕食量最低,猎物处理时间最长。【结论】低浓度的白僵菌孢悬液对东亚小花蝽5龄若虫对二斑叶螨雌成螨的捕食能力无影响,而孢子粉对该天敌5龄若虫捕食二斑叶螨雌成螨造成不利影响。本研究初步证明低浓度白僵菌孢悬液与东亚小花蝽联合应用防控二斑叶螨具有可行性。
关键词： 东亚小花蝽 二斑叶螨 球孢白僵菌 生防菌 天敌昆虫 Holling模型 搜寻效应 生物防治
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不同砧木对鲜食葡萄生长和香气品质的影响
《中国农业科学 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：【目的】研究葡萄玫瑰香味性状,为生产中筛选合适的砧木以及相关配套栽培技术提供依据。【方法】将早熟玫瑰香味葡萄品种‘瑞都香玉’和‘瑞都红玉’嫁接在5种砧木（110R、1103P、SO4、3309M、5BB）上,以自根苗为对照,形成10个砧穗组合。以成熟期果实为试材,采用顶空固相微萃取的方法,借助气相色谱-质谱联用仪检测果实中挥发性香气化合物和糖苷结合态化合物的种类和含量,依据NIST11谱库和化合物保留指数进行化合物定性,建立标准曲线进行化合物的定量和半定量。比较不同砧穗组合葡萄果实香气含量的差异,并进行主成分分析、回归分析和香气轮廓分析。【结果】就香气化合物种类而言,各种组合一共检测到56种游离态化合物和33种糖苷结合态化合物。其中,5BB对两个品种的游离态香气化合物种类没有影响,瑞都香玉/3309M中未检测到2-甲基-3-丁烯-2-醇、庚醛和3-甲基丁醛,瑞都红玉/3309M中未检测到1-己醇和β-大马士酮。此外,就香气化合物含量而言,1103P、110R和SO4可显著增加‘瑞都香玉’果实中游离态萜烯化合物总量,而5BB对‘瑞都香玉’各类游离态化合物的浓度表现出显著的抑制作用。5种砧木都可以提高‘瑞都红玉’果实中游离态萜烯化合物总量,但对两个品种果实中糖苷结合态化合物的影响都不显著。利用主成分分析可以明显将两个品种区分开。回归分析表明,1-己醇、香叶酸和里那醇是‘瑞都红玉’各种砧穗组合中共有的特征化合物。从香气轮廓上看,110R、1103P、SO4和3309M对‘瑞都香玉’果实中柑橘香和其他花香的贡献显著高于自根苗,而5BB则对‘瑞都红玉’果实中的花香贡献最大。【结论】为充分发挥香气品质,推荐使用110R、1103P和SO4作为‘瑞都香玉’的砧木,不建议使用5BB作为‘瑞都香玉’的砧木;110R、1103P、SO4、5BB和3309M都适合用作‘瑞都红玉’的砧木。
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小麦核质互作杂交种农艺性状和籽粒性状的杂种优势分析
《麦类作物学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：为探究核质互作杂交种不同性状间的遗传变异规律和杂种优势,用8种小麦同核异质、同质异核雄性不育系分别与恢复系R5174、R2726组配获得16个杂交组合,对其F1代及亲本的11个农艺性状和6个籽粒物理性状进行遗传变异、杂种优势、相关性、主成分及聚类分析。结果表明:（1）F1表型性状的变异系数为3.00%～32.72%,农艺性状的变异系数大于籽粒性状;（2）不同性状间杂种优势差异显著,中亲优势和超亲优势分别为0.22%～12.50%和-13.51%～3.61%,其中正中亲优势组合最低比例为50%,正超亲优势组合最高比例可达81.25%;（3）粒形与旗叶面积呈显著正相关,与穗长、小穗数、穗粒数呈显著负相关;（4）从通过主成分分析得到的F1代综合得分看,P型和Y型细胞质背景下的AK58不育系与R2726的杂交组合F1表现最好;（5）通过聚类分析可将F1分为两大类,其中第二大类包含除AS细胞质背景的AK58异质不育系与恢复系R2726组配的杂交组合,其共同的特征是籽粒表面积大、千粒重高及旗叶性状较好,表型性状的综合表现优于第Ⅰ类群,说明杂交种的性状受恢复系和不育系核背景影响较大。
关键词： 小麦 核质互作雄性不育 农艺性状 籽粒性状 杂种优势
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耐抽薹普通白菜新品种'春油4号'
《园艺学报 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：普通白菜‘春油4号’是由120754和120758两个高代自交不亲和系杂交而成的一代杂种。株形直立、束腰紧凑;春季栽培定植50 d后株高20.2 cm,开展度19.5 cm;叶面平,叶色翠绿,有光泽,叶片数9片,叶宽12 cm;叶柄绿,蜡粉少,叶柄宽4.3 cm,叶柄厚0.83 cm;单株质量0.19 kg;抗TuMV、黑腐病和霜霉病;耐抽薹性强;植株商品性好;适宜北京、天津、河北、山东、辽宁、陕西、甘肃、江苏、上海、安徽等多地冬春季保护地栽培和春季露地栽培。
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基于免疫传感器和激光诱导击穿光谱的痕量农药测量方法
《光谱学与光谱分析 》 2021 EI 北大核心 CSCD
摘要：农药在农作物病虫害及农作物高产稳产等方面起到了相当重要的作用,但是农药的长期大量使用,对生态和人类健康造成了极大的危害。根据相关文献查阅,基于免疫传感器和激光诱导击穿光谱的分析方法对农药残留的检测未见相关报道。提出了激光诱导击穿光谱对免疫传感器捕获待测目标物的探针进行检测,从而间接计算出待测目标物的浓度。使用免疫层析试纸条对痕量农药进行检测,虽然免疫层析试纸条可以实现对痕量农药的测量,但是仅能定性且检测的范围很窄,为了拓宽免疫层析试纸条对痕量农药的测量范围,运用激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy, LIBS）对免疫层析试纸条上捕获痕量农药的金属纳米颗粒进行光谱测量,构建免疫层析试纸条与LIBS的检测方法。以毒死蜱农药为研究对象,因农药残留属于小分子抗原检测,所以免疫层析试纸条运用竞争法对毒死蜱进行检测。滴加了低浓度毒死蜱的免疫层析试纸条上控制线和检测线的颜色差异不明显,难以用人眼分辨出是否检测到了毒死蜱。对添加了毒死蜱的免疫层析试纸条的控制线和检测线分别选取点,测量AuⅠ242.733 nm处的光谱,用控制线的平均光谱强度减去检测线的平均光谱强度即为毒死蜱的信号,此方法可以检测出免疫层析试纸条观察不到的信号,还规避了LIBS检测限高的问题。随着毒死蜱浓度从0增加到106 ng·mL-1, LIBS光谱数据差值逐渐增大。为了消除随机误差的影响,使用ΔLIBS强度（测量样品强度减去空白样品强度）与毒死蜱浓度取Lg绘制校准曲线。ΔLIBS强度与毒死蜱浓度在10～106 ng·mL-1范围内呈线性相关,Y=6.14X+31.85,R2=0.969,毒死蜱的检测限为0.39 ng·mL-1。研究表明,免疫层析试纸条与LIBS结合实现了对痕量农药的测量,能有效的扩宽毒死蜱的检测范围。同时,免疫层析试纸条与LIBS的结合对其他物质的检测也值得进一步研究。
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便携式植物葡萄糖监测装置的开发
《传感器与微系统 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：为实现对植物葡萄糖的现场、活体、实时监测,设计了一种基于STM32F103ZET6单片机的便携式植物葡萄糖监测装置.以实验室自行开发的针式葡萄糖传感器为基础,采用电化学法进行葡萄糖浓度的监测.硬件部分完成了各功能模块设计,并提供了恒电位电路的设计方案,以及给出了外围电路电子元器件选型.软件部分主程序控制仪器对植物进行监测,将监测数据图形化显示在LCD上,子程序负责数据的保存、拷贝以及历史回溯等特定功能.测量结果与电化学工作站进行对比,两组数据线性相关度较高,表明该监测装置的测试结果准确.
关键词： 植物;葡萄糖;活体;实时;单片机
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