科研产出
基于VSURF-CA的小麦条锈病高光谱病情指数估测模型
《中国农业科学 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：[目的]条锈病对小麦生长和产量造成严重威胁,为确保有效防控,精准监测尤为关键.利用遥感技术构建小麦条锈病估测模型,能快速、准确地估测病情指数(DI),为精准防控提供技术支持.[方法]利用ASD光谱仪获取小麦不同生育期(抽穗期、灌浆期和成熟期)高光谱数据,采用随机森林变量选择(VSURF)方法结合相关性分析(CA)对原始光谱(OR)和一阶微分光谱(FD)进行特征波段筛选.使用随机森林(RF)对比不同数据集的特征波段建模结果,确定模型效果最佳的特征集.随后借助偏最小二乘回归(PLSR)、极致梯度提升(XGBoost)以及反向传播神经网络(BPNN),对比特征集在不同算法中的建模效果.通过对比建模效果,确定针对全生育期小麦条锈病病情指数的最佳估测模型.为了验证特征集在不同生育期中的效果,利用特征集在3个生育期重新构建模型,并对比模型效果.[结果]对不同数据集进行特征筛选,并使用RF构建条锈病DI估测模型,通过比较模型效果,确定VSURF-CA-FD特征集(绿光范围的537 nm以及近红外范围的821 和846 nm)在RF模型中的估测效果最好.采用RF算法构建的模型表现出优异的精度,R 2 为 0.89,RMSE为 12.34.这些特征波段在其他算法构建的模型中也展现出良好的精度:XGBoost模型的R 2 为 0.87,RMSE为 13.15;BPNN模型的R 2为 0.84,RMSE为15.19;PLSR模型的R 2 为0.69,RMSE为20.92.使用不同生育期的冠层微分高光谱数据进行验证,利用VSURF-CA-FD特征集构建RF模型,对比模型发现在小麦生长的早期(抽穗期)R 2 为 0.54,RMSE为 1.29,NRMSE为 0.21,能满足估测病害的要求;小麦生长的中期(灌浆期),模型的R 2 表现较好,R 2 为0.66,RMSE为12.24,NRMSE为0.21;小麦生长晚期(成熟期),模型效果好于前两个时期,R 2 为0.75,RMSE为10.77,NRMSE为0.15.[结论]使用VSURF-CA方法筛选出的特征波段,能构建出对小麦条锈病病情指数具有出色估测效果的RF模型.研究结果可为预测早期和中期条锈病病情指数提供有价值的思路和方法.
关键词： 高光谱估测模型 小麦条锈病 病情指数 VSURF 特征选择
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施氮量对二系杂交小麦品质的影响
《作物杂志 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为研究不同施氮水平对杂交小麦品质的影响，选择4个小麦杂交组合和1个常规品种，设置4个氮肥水平，在北京市农林科学院顺义小麦基地进行大田试验。结果表明，组合（品种）间各品质性状均存在极显著差异；氮肥水平对籽粒容重、蛋白质含量、面筋指数、硬度、湿面筋含量、形成时间和稳定时间均有影响，其中对容重、面筋指数和蛋白质含量的影响达到显著或极显著水平，但组合（品种）间各性状受施氮水平影响程度不尽相同；出粉率和吸水率受施氮水平影响很小。减少施氮量处理下，常规品种京冬17的蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间显著下降，面筋指数显著增加；BH3768的蛋白质含量、湿面筋含量和稳定时间呈下降趋势；京麦21、BH3606和BH9613的容重显著增加；京麦21的面筋指数显著增加，形成时间显著降低，处理间蛋白质含量和湿面筋含量无显著差异；BH3606的籽粒硬度、蛋白质含量和湿面筋含量呈下降趋势；BH9613在各处理中蛋白质含量、湿面筋含量和面筋指数无显著差异，但形成时间和稳定时间呈明显上升趋势。京麦21和BH9613的蛋白质和湿面筋含量不受施氮水平影响，BH9613的面团形成和稳定时间随氮肥减施呈增加趋势，不同于其他组合（品种）。
关键词： 施氮量 二系杂交小麦 磨粉品质 蛋白质含量 面团品质
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阿维链霉菌中ECF-Sig25的调控通路
《中国农业科技导报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：ECF-Sigma因子和双组份调控系统连锁调控在细菌适应不同的生存环境和压力条件中起着重要作用。为研究阿维链霉菌中的ECF-sig25基因，通过孢子点接试验检测Sig25对胁迫的响应，通过平板划线分析其对形态分化的影响，通过生物信息学、RT-qPCR等验证Sig25的靶基因，以探索Sig25的调控通路。结果显示，ECF-sig25基因上游存在1个双组份调控系统基因smrAB；且上游调控元件SmrA的磷酸化严格依赖于SmrB。压力胁迫试验显示，Sig25响应碱、渗透压、去污剂和热激胁迫，不响应氧化、酸和EDTA胁迫。生物信息学预测、RT-qPCR和EMSA（electrophoreticmobilityshiftassay）揭示，Sig25直接调控whiG、SAV3434、SAV4621、SAV5010、SAV6537、SAV7165、gdhA1、glnA2和amtB1基因的转录，这些基因分别参与形态分化、甲基供给、DNA复制、信号传导、次级代谢和氮代谢等生理过程。平板划线结果显示，缺失sig25不影响阿维链霉菌的形态分化。
关键词： 阿维链霉菌 ECF-Sigma因子 Sig25 双组份调控系统 SmrAB
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植物吸滞PM_(2.5)研究进展——从宏观到微观
《生态学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：PM_(2.5)严重危害环境安全和人体健康，虽然国内外大气PM_(2.5)状况已有好转，但雾霾天气仍然时有发生。植物能有效吸附和净化大气中PM_(2.5),其净化作用受到生态学广泛关注。随着研究内容的深入，该领域研究尺度由宏观尺度转向微观尺度，研究对象由植被区转向植物个体，研究方法由野外监测转向人工控制法。因此在区域尺度上对比了植被、非植被区PM_(2.5)浓度差异及不同树种单位叶面积PM_(2.5)吸滞量，以风洞、熏气法两种研究方法归纳了人工控制条件下植物净化PM_(2.5)的研究成果，在大气PM_(2.5)浓度和气象因素两方面探讨了环境因素对植物净化PM_(2.5)的影响机制。得出宏观研究方面很多城市缺乏植被区与非植被区PM_(2.5)浓度监测数据，微观方面植物个体吸滞PM_(2.5)机理研究不够深入，缺乏植物吸滞PM_(2.5)过程与机理的室内模拟外界环境的高精度对比试验，更缺乏环境因素直接影响植物吸收、分配PM_(2.5)过程的研究。未来应加强植被区、非植被区PM_(2.5)动态特征研究，完善某些地区环境监测站点布局，可适当增加典型植被区对照的非植被区站点并提升站点设备可靠性；加强植物性状与其净化PM_(2.5)作用相关性的研究，并通过一次性熏气法量化植物在一次污染事件中对PM_(2.5)的实际净化作用，解析植物各器官对吸收PM_(2.5)的贡献率；增加不同环境因素影响植物吸滞PM_(2.5)能力与过程研究，可利用人工控制试验结合模型提高研究可靠性，揭示环境因素与植物各器官吸收、分配PM_(2.5)之间的耦合规律。
关键词： 植物 PM_(2.5) 吸滞作用 人工控制条件 环境因素
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基于Swin Transformer与GRU的低温贮藏番茄成熟度识别与时序预测研究
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：面向绿熟番茄采后持续转熟特征，适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键，而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型，首先通过融合番茄两侧图像获取番茄表观全局红色总占比，构建不同成熟番茄图像数据集，并基于迁移学习优化Swin Transformer模型初始权重配置，实现番茄成熟度分类识别；其次，周期性采集不同储藏温度（4、9、14℃）下番茄图像数据，结合番茄初始颜色特征与贮藏环境信息，构建基于Swin Transformer与GRU的番茄成熟度时序预测模型，并融合时间注意力模块优化模型预测精度；最后，对比分析不同模型预测结果，验证本研究所提模型的准确性与优越性。结果表明，番茄成熟度正确识别率为95.783%,相比VGG16、AlexNet、ResNet50模型，模型正确识别率分别提升2.83%、3.35%、12.34%。番茄成熟度时序预测均方误差（MSE）为0.225,相比原始GRU、LSTM、BiGRU模型MSE最高降低29.46%。本研究为兼顾番茄成熟度实现贮藏温度柔性适时调控提供了关键理论基础。
关键词： 番茄 低温贮藏 成熟度识别 时序预测模型 Swin Transformer GRU
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农业灌溉水资源优化配置研究进展
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义.该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度 3个方面的研究进展进行了系统综述.同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下 4个方面进行完善:1)建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2)在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3)构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4)建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型.研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导.
关键词： 模型 作物 水资源 灌溉优化决策 非充分灌溉 节水调质 渠系
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壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗硫代葡萄糖苷及抗氧化活性的影响
《华北农学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为探究壳寡糖(COS)对羽衣甘蓝芽苗生长的影响,为芽苗生产上壳寡糖的合理施用提供参考,以京羽一号为试验材料,在种子发芽后施用不同质量浓度COS(25,50,75,100 mg/L)溶液,观察壳寡糖对羽衣甘蓝芽苗生长指标、硫代葡萄糖苷(简称硫苷)含量及抗氧化能力的影响.结果表明,施用75 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗总酚、总黄酮、总硫苷质量以及黑芥子酶活性和DPPH自由基清除率呈现上升趋势,且与对照差异显著,较对照分别增加25.99%,17.99%,29.68%,141.88%和2.51%;100 mg/L COS处理的羽衣甘蓝芽苗的产量及总酚、总黄酮、钠和硼含量及黑芥子酶活性也得到了相应提升,且与对照差异显著,较对照分别增加了15.21%,21.29%,22.47%,15.97%,32.63%,97.71%.经相关性分析,可以得出芽苗的产量与类胡萝卜素、总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除率均呈显著正相关关系.综上可得,经壳寡糖处理后可提高羽衣甘蓝芽苗的产量,提升芽苗的营养品质和抗氧化能力,增加芽苗的食用价值.
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高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法
《光谱学与光谱分析 》 2024 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别，采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法，为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像，在病斑区域选择若干个感兴趣区域（ROI）,计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正（DOSC）、多元散射校正（MSC）、移动窗口平均平滑（MA）3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法（VISSA）、竞争性自适应重加权算法（CARS）、迭代保留信息变量法（IRIV）、随机蛙跳算法（SFLA）对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取，分别提取出53、 20、 26、 10个特征波长。然后使用连续投影算法（SPA）分别对特征波长光谱数据进行二次降维，最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、 536、 615和726 nm; CARS-SPA提取的特征波长为452、 501、 548和578 nm; IRIV-SPA提取的特征波长为452、 513、 543和553 nm; SFLA-SPA提取的特征波长为462、 484、 500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机（SVM）、 Elman神经网络、随机森林（RF）建模，结果表明，MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好，其中MA-RF模型测试集总分类精度（OA）达到97.89%, Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中，MA-VISSA-RF模型效果最好，测试集OA为98.19%, Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中，MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好，测试集OA为96.23%, Kappa系数为0.95。研究结果表明，使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果，452、 513、 543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长，为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。
关键词： 高光谱成像 机器学习 特征波长 霜霉病 斑潜蝇虫害
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基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为提高设施番茄灌溉的精准性，该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统，该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻，结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律，把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段；根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息，制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照，分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%，用肥量减少7.3%，排液比降低7.9%，排液EC值降低9.3%；与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%，用肥量减少20.0%，排液比降低17.9%，排液EC值降低4.9%。栽培效果显示，使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05），但株高增加4.8%；与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统，园区15栋日光温室（1.22 hm2）相比基于辐射累积控制灌溉，应用效益月节约0.276万元，与定时灌溉方式相比，园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程，实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。
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果园智能化作业装备自主导航技术研究进展
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：果园生产管理主要包括喷药、施肥、割草、修剪、授粉、疏花和采收分级等作业环节，需要大量的人力投入，随着我国人口老龄化程度加剧，亟需果园生产管理由机械化向智能化转型升级。自主导航技术是果园机械化装备实现智能化的关键技术。本文围绕果园智能化作业装备导航控制需求，结合国内外研究现状，分别阐述了包含导航定位信息和障碍物信息的果园作业场景感知技术，导航地图构建、导航路径提取和路径规划技术，行走底盘运动学模型构建、运动控制技术，多机协同控制、远程交互控制技术等。随着智慧农业发展，智慧果园已成为果园未来发展方向，果园智能化作业装备是智慧果园建设必不可少的关键环节，在此基础上，归纳了我国果园智能化作业装备自主导航技术发展面临的问题为：环境感知能力不足、路径提取不稳定、局部路径规划不灵活、导航系统环境适应性欠缺、多机协同和远程控制不成熟等，提出了多传感器融合的环境感知与路径提取、完整路径规划、强通用性果园导航、大型果园多作业环节的多机协同与远程操作等未来发展方向。
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