科研产出
利用无人机高光谱影像的冬小麦氮含量监测
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：作物氮含量影响作物的生长状况,合适的施氮量可以促进作物生长和提高作物产量,因此准确、快速地监测作物的氮含量十分必要.旨在探索将无人机成像高光谱获取的植被指数和光谱特征参数相结合以提高冬小麦关键生育期氮含量估算精度的潜力.首先,以无人机为遥感平台,搭载高光谱传感器获取了冬小麦拔节期、挑旗期、开花期和灌浆期 4 个主要生育期的高光谱遥感影像,并实测了各生育期的氮含量数据.其次,基于预处理后的高光谱影像,提取冬小麦各生育期的冠层反射率数据,并构造能较好反映作物氮素营养状况的 12 种植被指数和 12 种光谱特征参数.然后,计算了各光谱参数与冬小麦氮含量的相关性,并筛选出各生育期与氮含量相关性较强的植被指数和光谱特征参数;最后,利用逐步回归分析(SWR)构建基于植被指数、植被指数结合光谱特征参数的氮含量估算模型.结果显示:(1)选取的大部分植被指数和光谱特征参数与冬小麦氮含量都有较高的相关性.其中,植被指数的相关性高于光谱特征参数;(2)基于单个植被指数或光谱特征参数估算冬小麦虽然可行,但精度还有待进一步提高;(3)与单一植被指数或光谱特征参数相比,植被指数结合光谱特征变量利用 SWR方法构建的氮含量估算模型的精度和稳定性更高(拔节期:建模R2=0.64,RMSE=24.68%,NRMSE=7.96%,验证R2 =0.77,RMSE=23.13%,NRMSE=7.81%;挑旗期:建模R2=0.81,RMSE=15.79%,NRMSE=7.41%,验证R2 =0.84,RMSE=15.10%,NRMSE= 7.08%;开花期:建模R2 =0.78,RMSE=9.88%,NRMSE=5.66%,验证R2 =0.85,RMSE=9.12%,NRMSE=4.76%;灌浆期:建模R2=0.49,RMSE=13.68%,NRMSE=9.85%,验证R2=0.40,RMSE= 18.29%,NRMSE=14.73%).研究结果表明,结合无人机成像高光谱获取的植被指数和光谱特征参数构建的冬小麦氮含量估算模型精度和稳定性较高,研究结果可为冬小麦氮含量的空间分布和精准管理提供参考.
关键词： 无人机 冬小麦 高光谱 氮含量 逐步回归 光谱特征参数
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综合光谱纹理和时序信息的油茶遥感提取研究
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：具有极高营养价值且被誉为东方“橄榄油”的油茶树是我国南方地区重要经济林，我国是世界上油茶树分布最广的国家。提取油茶种植分布和面积对林业部门开展油茶的宏观管理和生产指导具有重要意义。以地处亚热带地物复杂且多山地丘陵的湖南省常宁市为研究区，该区域分布有大量农田和森林，且部分植被季节变化较大，对油茶的遥感提取带来了很大挑战。提出了基于春夏秋三期的GF-2号高分辨率卫星影像，综合植被指数、纹理特征、 PCA主成分3种特征，以及春夏、春秋、夏秋、春夏秋四种不同时序组合和随机森林（RF）算法共构建了17种分类场景（S1—S17）,运用随机森林（RF）、支持向量机（SVM）、最大似然（MLC）三种不同分类算法开展油茶遥感提取实验，筛选出最优特征组合、最佳分类季节与最优时序组合、最优分类方法。结果表明：仅基于光谱信息分类精度低，纹理特征的加入可大幅提升精度，而PCA对于精度的提升效果微弱；通过比较不同季节单时期的分类结果发现油茶提取精度最高的季节为夏季，夏季单时期影像在最优特征组合（S8）中油茶生产者精度（PA）为94.06%,油茶用户精度（UA）为92.57%;在分类场景S10—S17中实验发现，采用时序信息要比单时期影像有明显的精度提升，时序组合分类精度由高到低依次为：春夏秋、春夏、春秋、夏秋；综合光谱、纹理、时序信息通过随机森林（RF）、支持向量机（SVM）、最大似然（MLC）进行油茶提取，随机森林算法分类精度总体表现最好。采用春夏秋多时相遥感植被指数、纹理、 PCA的随机森林方法（S17）是分类精度最高的方案，总体精度（OA）和Kappa系数分别为96.85%和0.961 0,油茶生产者精度（PA）为98.31%,油茶用户精度（UA）为94.33%;采用春夏时相遥感植被指数、纹理的随机森林方法（S10）为兼顾计算效率与精度的最优方案，总体精度（OA）和Kappa系数分别为95.62%和0.9458,油茶生产者精度（PA）为96.93%,油茶用户精度（UA）为95.09%。所提出的最佳油茶遥感提取方案能够为亚热带地区油茶及其他经济林的遥感监测提供参考。
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北方寒区河流湿地土壤溶解性有机质荧光光谱特征
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：溶解性有机质(DOM)是土壤中活跃的有机成分,其来源和组成可指示土壤腐殖化程度及与外部环境间的相关关系.为科学地监测与评价湿地土壤环境质量,采集黑龙江省碾子山雅鲁河国家湿地公园内不同植被条件下的表层(0~20 cm)土壤,应用三维荧光光谱-平行因子分析法,测定DOM荧光光谱,并进一步分析土壤理化指标对DOM组成的影响.结果表明:5种植被类型(包括9种群系)条件下土壤DOM腐殖化指数在2.562~9.052之间,落叶阔叶林和落叶阔叶灌丛土壤腐殖化程度高于草甸,其次为沼泽,水生植被最低;荧光指数介于1.407~1.586,土壤DOM来源兼具外生源和自生源特征,落叶阔叶林和芦苇[Phragmites australis(Cav.)Trin.ex Steud.]沼泽表现为明显的外生源特征,而水生植被及稗[Echinoch-loacrus-galli(L.)P.Beauv.]沼泽具有明显的自生源特征;生物指数在0.482~0.662范围内,新近自生源贡献率均较低.土壤DOM中识别出3类5种有机组分,类腐殖质(紫外类富里酸和可见类富里酸)相对比重最大,外生源特征明显的土壤样品中含量多;其次为类蛋白质(类酪氨酸和类色氨酸),自生源特征较强的土壤样品中含量多;类腐殖酸(胡敏酸)最低,多存在于旱生-中生环境中.土壤含水量、pH值、总有机碳含量对DOM组成具有显著或极显著的影响,3项理化指标与类蛋白质含量成正相关,与类腐殖质含量成负相关,含水量、总有机碳含量与类腐殖酸含量成负相关.总体上看,在该湿地公园内,落叶阔叶林、落叶阔叶灌丛土壤偏弱酸性,含水量、总有机碳含量低,腐殖化程度高,外生源特征明显,类腐殖质和类腐殖酸含量高,其次为草甸及沼泽植被,而水生植被条件下土壤近中性,含水量、总有机碳含量高,腐殖化程度低,自生源特征明显,类蛋白质含量高.本研究结果可为以该湿地公园为代表的北方寒区永久性河流湿地土壤环境质量监测与评价提供基础数据.
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基于无人机成像高光谱估算马铃薯植株氮含量
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：植株氮含量（PNC）是评价作物长势和氮营养状况的重要指标，因此，准确高效地获取PNC信息，对动态监测马铃薯长势及精准施控氮肥具有重要意义。首先于马铃薯现蕾期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期和成熟期获取无人机高光谱影像，并基于预处理的影像提取5个生育期冠层的原始光谱和一阶微分光谱；其次将提取的冠层光谱与马铃薯PNC进行相关性分析，筛选出PNC的敏感波长；然后分别利用灰度共生矩阵和1～3阶颜色矩，提取冠层原始光谱特征波长处高光谱图像的纹理和颜色2种图像特征，并将提取的特征与马铃薯PNC进行相关性分析，筛选出相关性较高的前5个图像特征；最后分别基于光谱特征、图像特征和图谱融合特征利用弹性网络回归（ENR）、贝叶斯线性回归（BLR）和极限学习机（ELM） 3种方法建立马铃薯PNC估算模型。结果表明：（1）马铃薯5个生育期的冠层光谱特征波长存在差异，但多数位于可见光区域。（2）冠层原始光谱特征波长图像的纹理和颜色特征与PNC的相关性较高，且现蕾期到淀粉积累期的相关性明显高于成熟期。（3）基于单一光谱特征和单一图像特征构建的马铃薯PNC估算模型在现蕾期到淀粉积累期效果较好，成熟期效果较差。（4）现蕾期到淀粉积累期，基于图谱融合特征的马铃薯PNC估算效果明显优于单一光谱特征和单一图像特征。（5）马铃薯各生育期，基于同种变量利用ENR构建的PNC估算模型效果较好，BLR次之，ELM较差。其中，以图谱融合特征为模型变量，利用ENR构建的PNC估算模型精度和稳定性最好，5个生育期的建模R~2分别为0.91、 0.75、 0.82、 0.77和0.69, RMSE分别为0.24%、 0.31%、 0.26%、 0.22%和0.29%, NRMSE分别为6.59%、 9.79%、 9.58%、 7.87%和11.03%。该研究可为马铃薯的氮营养监测提供一种快捷高效的技术手段。
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河北省农作物生产投入品碳排放变化特征
《中国农业气象 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据，计算河北省农作物生产投入品碳排放，分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例，为农业生产节能减排，实现低碳农业提供理论依据。结果表明，2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点，呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万～2674万tCO2eq、0.21～0.30tCO2eq·t-1和3.40～4.10tCO2eq·hm-2。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低，分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源，占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响效果明显，农作物生产碳排放应该坚持以国家政策引导为主，通过成熟的农业管理制度，加强农业技术培训和推广应用先进的栽培技术等措施，减少农业源碳排放，以促进农业绿色发展。
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结缕草叶肉细胞原生质体瞬时基因表达系统的构建
《草业学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为了结合转基因方法探索结缕草基因功能，建立高效、快速的结缕草原生质体制备及瞬时基因表达系统，利用正交试验对影响原生质体制备的主要因素进行优化，同时利用原生质体进行亚细胞定位和蛋白互作研究。结果表明，当酶配比为2%（w/v） cellulase R10和1.5%（w/v） macerozyme R10，酶解时间为7 h时，原生质体产量和活性均达到最高，分别为1.23×10~7个·mL-1和98%以上，满足后续转化所需。多次重复试验表明，加入5～10μg质粒，原生质体转化率可达75%以上。利用原生质体转化体系进行了亚细胞定位检测，结果发现结缕草ZjNOL和ZjNYC1定位在叶绿体中，ZjZFN定位在细胞核中。双分子荧光互补分析证明ZjNOL和ZjNYC1在叶绿体中相互作用。原生质体制备及转化方法与遗传学和组学技术相结合，能够为结缕草基因功能研究和基因编辑提供支持。
关键词： 结缕草 原生质体 瞬时基因表达 亚细胞定位 蛋白互作
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苹果叶释放挥发性有机物成分及变化规律
《西南农业学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：[目的]探究生长季苹果叶片释放植物源挥发性有机物(BVOCs)成分组成和相对含量的动态变化特征.[方法]采用动态顶空采集法收集叶片释放的BVOCs,结合自动热脱附-气相色谱/质谱联用技术进行BVOCs的成分测定.[结果]在整个生长季(4-10月),苹果叶共检测出12类295种BVOCs,其中烷烃类(56)、烯烃类(40)和芳香烃类(34)种类数量较多,组分总数量9月(113)>5月(100)>6月(70)=7月(70)>8月(67)>4月(45)>10月(20),以释放烷烃类、烯烃类、芳香烃类、酯类、醛类和醇类为主;不同月份一天中,烯烃类BVOCs相对含量均表现为上午>下午,其他类别BVOCs相对含量峰值会出现在任意时间点;苹果叶共检测出8类40种有益BVOCs成分,主要释放烯烃类、酯类、醛类和醇类BVOCs,有益组分总相对含量为夏季(47.59%)>春季(35.96%)>秋季(23.13%),在一天中,各时间点有益成分相对含量和数量随月份增加呈波动下降趋势.春季(5月)12:00和16:00释放有益BVOCs相对含量为全年同时间点最高,均超过70%,主要释放有益BVOCs成分包括α-蒎烯、对薄荷-1(7),3-二烯、3-蒈烯、罗汉柏烯、乙酸乙酯等.[结论]苹果释放BVOCs组分存在较明显的季节和日动态变化性,释放有益BVOCs能力较强.
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北京远郊区乡村旅游效率评价及影响因素研究
《中国农业资源与区划 》 2023 北大核心 CSCD CSSCI
摘要：[目的]以北京远郊区乡村旅游为研究对象,对乡村旅游效率进行评价,分析影响乡村旅游综合效率的因素及影响程度,为推动北京远郊区乡村旅游可持续发展提供建议.[方法]文章基于2006—2019年北京市怀柔、平谷、密云、延庆4个远郊区的统计数据,运用DEA-Malmquist指数模型对北京远郊区乡村旅游效率进行综合评价,并进一步运用Tobit模型分析了北京远郊区乡村旅游综合效率的影响因素.[结果](1)北京远郊区乡村旅游综合效率均值为0.950,处于较高水平,其中平谷区乡村旅游综合效率DEA有效;(2)北京远郊区乡村旅游效率的Malmquist指数变化受技术进步变化影响更大,2006—2019年呈现出先增长、再下降的变化趋势;农林水事务支出、观光园与民俗旅游从业人员、人均GDP、农业观光园个数等影响因素均对北京远郊区乡村旅游综合效率具有正向影响,且影响程度人均GDP、农林水事务支出分列前两位.[结论]加快乡村旅游资源整合、持续加大财政支农的投资力度、强化从业人员教育与培训,能够有效地提高北京远郊区乡村旅游效率.
关键词： 北京远郊区 DEA-Malmquist指数模型 效率评价 乡村旅游 Tobit模型
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不同播种量对3种苔草无土草皮质量的影响
《中国草地学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为探讨翼果苔草、白颖苔草、披针叶苔草的无土草皮生产适宜播种量，在温室条件下进行育苗盘草皮生产，研究3种苔草5个播种量（翼果苔草：3.3、6.6、10.0、13.3、16.6 g/m~2；白颖苔草：5.0、10.0、15.0、20.0、25.0 g/m~2；披针叶苔草6.0、12.0、18.0、24.0、30.0 g/m~2）对苔草无土草皮质量的影响。结果表明，播种量显著影响草皮质量，随播种量提高3种苔草草皮的密度、质地、盖度、均一度均显著上升（P＜0.05），但地下部生物量无显著差异。白颖苔草播种量达20.0 g/m~2，披针叶苔草达18.0 g/m~2后继续增加播种量，草皮质量除质地外其余指标均无显著增加；翼果苔草播种量达13.3 g/m~2后继续增加播种量，草皮质量各项指标均无显著增加。采用层次分析法与灰色关联度分析法进行综合评价，结果表明在等权或加权情况下，3种苔草均以播种量最高的处理草皮质量最好。综合考虑生产成本及草皮质量，翼果苔草适宜播种量应不低于13.3 g/m~2，白颖苔草适宜播种量应不低于20.0 g/m~2，披针叶苔草适宜播种量应不低于18.0 g/m~2。
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