科研产出
地、空尺度的农作物高通量表型分析的应用与挑战
《广东农业科学 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：农作物高通量表型分析作为一种新兴的技术手段，旨在通过分析大量的表型数据，快速、准确地揭示农作物性状与基因和环境之间的关系，进而优化育种效率和准确性、提升作物产量和品质、解决全球人口增加及环境恶化趋势下对粮食需求提升的问题。该文对农作物高通量表型分析的关键技术架构进行剖析后，从传感器、多尺度观测和大数据挖掘层面阐述收集、整理和分析农作物表型信息的手段及其不足。在此基础上综述了近年来农作物表型分析的主要应用领域，研究证实农作物高通量表型分析是量化作物性状、监测作物长势、优化田间管理、提升育种效率的有效工具，但其应用性能仍具有提升潜力。最后，探讨农作物高通量表型分析面临的挑战、优化方案、广阔前景及未来发展趋势。表明其在数据处理和解析、跨品种、跨组织、跨环境的应用等方面还存在着挑战，但随着对大体量、高复杂度数据处理有着巨大优势的云端大数据处理平台和人工智能等前沿技术的日益发展，同时结合生物技术和基因组学研究方法，农作物高通量表型分析将在对抗全球环境变化和人口增加所带来的粮食短缺隐患中发挥举足轻重的作用。
关键词： 农业 地、空尺度 高通量表型分析 大数据挖掘 传感器 遥感
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玉米南方锈病抗病育种研究进展
《中国农业科学 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：玉米是全世界也是我国种植范围最广、用途最多、总产量最高的作物,玉米生产对保障我国粮食安全具有重要意义.玉米南方锈病是由多堆柄锈菌(Puccinia polysora Underw.)引起的一种气传性真菌病害,主要发生在热带、亚热带玉米种植区.近年来,由于气候变化,该病害开始向高纬度地区蔓延,已逐渐成为我国黄淮海夏玉米区的主要病害,直接导致玉米籽粒品质变差、产量降低,对玉米生产造成严重威胁.目前,我国玉米生产上推广种植的玉米品种大多不抗玉米南方锈病,一旦南方锈病发生和流行,将会导致在短时间内大面积蔓延,而常规化学防治难以控制.因此,挖掘和利用玉米种质资源中的南方锈病抗性基因,进一步选育抗病品种是应对南方锈病为害最经济有效的技术途径.玉米资源中高抗南方锈病的种质较为匮乏,主要来自热带、亚热带,可直接利用的温带种质极少.与国外玉米种质相比,我国玉米种质中的高抗材料较少,主要来自农家种或含有热带血缘的P群材料,遗传基础狭窄.玉米南方锈病抗性基因的鉴定与克隆,对开展分子标记辅助育种、加快育种进程及抗病新品种选育具有重要促进作用,目前,已有多个南方锈病抗性基因被鉴定和克隆,为分子标记辅助选择育种奠定了基础.多年来,我国育种家利用有限的抗性种质资源,选育了多个抗南方锈病的优良玉米自交系,并成功育成抗病杂交种.近期,南方锈病病原菌基因组方面的研究揭示我国多堆柄锈菌群体已分化出高毒谱系,从而逃逸抗病基因的识别.因此,挖掘和利用抗性种质中蕴涵的丰富基因资源仍需进一步加强.本文概述了南方锈病的生物学特性及危害,系统梳理了南方锈病抗性种质资源鉴定、抗性基因定位与克隆,以及抗性品种选育的研究进展,并展望了玉米南方锈病未来研究方向,以期为玉米南方锈病防治和抗病品种选育提供参考.
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基于离散元的肥料流重构玉米分层施肥装置设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了提高玉米分层施肥的比例分肥精度以及肥层间覆土的稳定性，设计了一种肥料流重构的分层施肥装置，利用离散元法确定了圆弧散肥板半径的最佳值为20 mm,并进行了肥料流重构与未重构的对比试验，试验结果表明：经过肥料流重构后的作业效果较优，且对7∶3和8∶2两种比例分肥有较好的稳定性。通过对分层施肥开沟运动学分析，确定开沟器入土角、浅层肥口的横向距离和机具作业速度为分层施肥效果的影响因素，建立了各因素与深、浅层肥深度变异系数的回归模型，并采用响应面法分析了各因素交互作用对试验指标的影响，运用多目标优化设计方法获得分层施肥装置的最佳作业参数：入土角为39°、横向距离为174 mm、作业速度为4.3 km/h,根据优化结果加工分层施肥装置并进行田间试验，试验结果表明：深层肥深度变异系数为4.78%,浅层肥深度变异系数为6.41%,分层施肥作业稳定性可靠。
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基于RT-Thread的玉米对行收获控制系统研发与测试
《中国农机化学报 》 2024 北大核心
摘要：为提高玉米机械化收获效率，减轻驾驶员劳动强度，研发玉米收获对行控制系统。该系统包括玉米边界行感知模块和对行控制模块，采用激光雷达获取玉米行点云数据，提出基于STM32处理器和RT-Thread实时操作系统的点云数据快速分析处理方法，实现玉米行边界点的提取，通过边界点计算得到横向偏差；设计系统通信拓扑架构，实现感知、处理、对行控制模块之间的高效通信。对该系统的性能开展田间试验验证，结果表明：收割机与玉米行实际边界线的平均横向偏差为0.06 m，最大横向偏差为0.126 m，满足玉米对行收获作业要求，为玉米对行收获提供一定的参考。
关键词： 玉米对行收获 控制系统 RT-Thread 激光雷达 单片机 点云数据
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BS型小麦光温敏雄性不育系柱头外露规律研究
《中国农业科技导报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：BS型小麦光温敏雄性不育系的开花习性影响其异交性能，进而影响杂交小麦制种产量。为了明确柱头外露对不育系异交结实的影响，以15个不育系为材料，同时选取3个配合力好、制种性状优良的恢复系作为父本，研究不育系从始花期开始连续10 d柱头外露率的变化规律及其与异交结实的相关性。结果表明，不育系在开花过程中柱头外露率基本呈先升后降的变化趋势。在盛花期，柱头外露主要集中在中部穗位。柱头外露性状较好的不育系为BS278-2、BS163、BS366、BS210。相关性分析结果表明，柱头外露率与柱头外露小花异交结实率呈极显著正相关。综上说明，柱头外露是影响不育系异交结实的重要因素之一，在制种时选择具有柱头外露性状的不育系可提升制种产量。以上研究结果为高异交光温敏不育系的选育提供了科学依据。
关键词： BS型小麦光温敏雄性不育系 开花习性 柱头外露 异交结实
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农民数字素养对其数字乡村参与的影响机制研究
《西南农业学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：【目的】作为数字社会的弱势群体，农民的数字化认知普遍较差，数字化“新农具”的操作应用能力普遍不强，直播电商等“新农活”的参与能力较弱，本研究旨在激发农民的积极性、主动性、创造性，充分发挥农民的主体作用，推动其更加积极主动投身到数字乡村这一伟大实践中。【方法】在梳理国内外文献和对北京13个涉农区1500位农民开展问卷调查的基础上，从数字意识、数字通用素养、数字技术素养等6个维度搭建农民数字素养体系，并基于KAP模型构建“农民数字素养-对政府数字服务满意度-农民数字乡村参与行为”理论模型，采用中介效应模型和调节效应模型，探索农民数字素养影响数字乡村参与的作用路径，提出激发农民参与数字乡村的相关政策建议。【结果】(1)农民的数字素养提升其数字乡村参与具有显著的推动作用；(2)农民对政府数字服务的满意程度会间接影响其对数字乡村的参与程度；(3)数字化基础设施在农民数字素养影响农民数字乡村参与的关系中起正向调节作用。【结论】扎实推进数字乡村，让农民多参与、广收益，一是要通过构建农民数字素养培训体系和加强农民数字素养与应用能力培训等方式大力提升农民数字素养，二是要通过加强优质农村服务资源供给与共享和推动服务多元化参与等方式强化农村数字化服务水平，三是要通过强化农村网络承载能力和推动现有技术设备“适农化”改造等方式不断完善农村数字化基础设施建设。
关键词： 农民 数字素养 数字乡村参与 政府数字服务 农村数字新基建
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人工灌-草群落建植初期草本对灌木幼苗的竞争及密度制约效应
《草地学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：在人工灌-草群落建植初期，灌木幼苗生长经常受到草本植物的抑制。为了明确草本植物及其种植密度对灌木幼苗生长特征的影响，为人工灌-草群落构建提供理论依据。本研究以柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom.）、荆条（Vitex negundo Var. Heterophylla）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）为研究对象，设置4个草本种植密度，分别比较3种灌木幼苗生长特征在4个草本种植密度处理之间的差异。结果表明：3种灌木幼苗都受到了草本的抑制和草本种植密度的影响，株高与灌木单一种植相比降低幅度达71%～87%;生物量降低达96%以上。此外，3种灌木幼苗在灌-草群落中竞争能力较弱，且在高密度草本植物种植处理中，出现灌木幼苗死亡现象。在构建人工灌-草群落时，以柠条为灌木物种的灌-草群落，草本植物种植密度建议小于200株·m-2;荆条和紫穗槐草本植物种植密度建议小于500株·m-2。
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基于传感器的农业温室数据直报系统与智能调控研究
《中国农业科技导报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：农业物联网、大数据、人工智能等技术的飞速发展为温室蔬菜生产的数据采集、分析、调控提供了有力支撑.为满足温室环境数据智能直报场景需求,制定了温室环境传感器的部署规范,设计并对比分析了基于LSTM、CNN-LSTM及CNN-LSTM-Attention的 3种温室调控温度预测模型.基于CNN-LSTM-Attention预测模型的性能最好,其MSE、MAE、R2 分别为0.457 0、0.319 5和0.987 3.设计了基于ARIMA的温室传感器数据纠错方法,实现土壤湿度预测数据值与实际测量差异不显著.整合了常见温室果蔬种植作物对环境信息的参数阈值模型,并开发了温室数据直报与智能调控系统移动端,能够指导温室环境传感器的规范部署、温度预测与纠错及常见温室果蔬种植辅助决策.研究结果为温室数据直报场景的数据采集、业务分析、温室调控提供技术手段,有助于智慧温室蔬菜产业高质量发展.
关键词： 传感器 数据直报 温室应用场景 温度预测 数据纠错
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基于序贯高斯条件模拟的龙竹叶面积指数估测
《森林与环境学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：叶面积指数（LAI）是评估森林生态系统健康状况的重要参数，为探究遥感数据在估测区域尺度森林LAI的能力，以搭载了先进地形激光测高仪系统（ATLAS）的冰、云和陆地高程卫星（ICESat-2）为主要信息源，协同陆地卫星（Landsat 9）及地形因子，结合51块实测样地数据，采用序贯高斯条件模拟（SGCS）方法与随机森林（RF）、梯度提升回归树（GBRT）、支持向量机（SVM）与K近邻（KNN）模型进行区域尺度的龙竹（Dendrocalamus giganteus）LAI遥感估测。结果表明：（1）在提取的46个ICESat-2/ATLAS光斑参数中，经Pearson相关性分析后，最佳拟合分段地形高度、插值地形表面高度、绝对平均冠层高度、太阳高度角4个特征参数与实测LAI具有显著相关性。（2）在RF、 GBRT、 SVM、 KNN模型中，多源遥感数据结合RF模型估测的LAI结果最佳，决定系数（R2）、均方根误差(Erms)、平均绝对误差(Ema)分别为0.901、0.352、 0.289。（3）使用SGCS方法及RF模型估测的研究区LAI为2.089～2.493，平均值为2.291。基于ICESat-2/ATLAS高密集光斑进行区域尺度LAI估测具有一定优势，光学影像数据及地形因子等辅助数据的加入，可有效提升模型估测精度，为高效率、低成本区域尺度LAI估测提供了案例，还为将ICESat-2/ATLAS数据与其他遥感影像相结合以估测其他森林结构参数提供了新的思路。
关键词： ICESat-2/ATLAS Landsat 9 序贯高斯条件模拟 叶面积指数 估测
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基于近红外光谱技术的红小豆品质多指标无损检测及品种鉴别方法研究
《中国粮油学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：本研究采用近红外光谱技术,构建8种不同品种红小豆的蛋白质、水分、支链淀粉、直链淀粉、百粒重、粒长、粒宽及颜色指标的同时快速无损分析方法.首先,对红小豆的近红外光谱进行标准正态变量变化法(SNV)、多元散射校正法(MSC)及一阶导数预处理,随后结合偏最小二乘分析法(PLS),建立红小豆样品不同品质指标的定量分析模型,结果显示:各PLS模型能较好地对红小豆的品质指标起到预测效果,达到快速无损检测红小豆品质的目的.此外,通过偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)对红小豆样本的品种进行定性判别,校正集和预测集的判别正确率分别为100.00%和88.89%.近红外光谱对不同品种红小豆能做出较好的区分,对优质红小豆的快速筛分具有指导意义,且定性判别模型对同品种不同产地的2种红小豆同样得到了很好的区分,由此可见近红外技术在产地判别方面的可行性.
关键词： 近红外光谱 无损检测 红小豆 多指标分析 定性判别
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