科研产出
基于Sentinel-2影像和机器学习算法的冬小麦秸秆覆盖度遥感估算
《麦类作物学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为探究大范围小麦秸秆覆盖度（CRC）估测方法，以冬小麦秸秆为研究对象，基于Sentinel-2遥感卫星影像光谱指数、波段和纹理特征及其不同特征组合，利用灰色关联-随机森林（GRA-RF）敏感特征提取方法，结合高斯过程（GPR）、套索（LASSO）、岭回归（RR）和偏最小二乘（PLSR）等多种机器学习算法，开展小麦CRC估算的最优模型研究。结果表明，基于GRA-RF特征优选后的机器学习模型显著改善了小麦CRC的估算精度，LASSO算法总体对小麦CRC的估测效果最佳，并且针对不同的光谱特征组合表现出差异化的结果。其中，以光谱指数、波段和纹理信息构成的组合特征集构建的CRC遥感估算模型精度最优（r~2=0.65,RMSE=9.25%）,以波段与纹理两者组合特征估算的CRC精度次之（r~2=0.63,RMSE=9.31%）,仅利用单一的光谱指数、波段或者纹理特征估算冬小麦CRC的精度均劣于组合特征的结果。这说明应用GRA-RF组合筛选方法能够有效优选秸秆覆盖度的光谱特征；相比于单一特征，光谱指数、波段、纹理信息等构成的组合特征更能有效地监测小麦秸秆覆盖度。
关键词： 秸秆覆盖度 灰色关联分析-随机森林 机器学习算法 特征变量筛选
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野牛草雌雄株对不同形态氮素的生理响应差异
《草业学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为揭示野牛草雌雄株对氮素形态的偏好及生理响应差异,以野牛草克隆分株为材料,采用温室砂培盆栽方法,分析了硝态氮(N1)、铵态氮(N2)、铵硝混合态氮(N3)和对照(CK)处理对野牛草雌、雄株生长性状、生物量、叶绿素含量、叶片氮含量及氮代谢相关酶活性的影响.结果表明,雌株在N2处理时其生长性状、各部位生物量及地上生物量和总生物量均显著小于N1和CK,且还小于N3处理,表明铵态氮处理可能抑制野牛草雌株生长.N1处理下的雄株间隔子长度、间隔子直径与CK无显著差异但显著大于N2和N3,同时其匍匐茎节数、匍匐茎长度、根生物量、地上生物量及总生物量显著大于其他处理.野牛草雌、雄株的叶绿素a含量和叶绿素总含量均在N1处理时显著高于对照,但雌株在3种N形态处理之间没有显著差异、而雄株在N1时与N2或N3处理差异显著.野牛草雌株的叶氮含量、3种氮代谢相关酶活性均在N3处理时显著大于其他处理,而雄株在N1处理表现较好.综上,野牛草雌、雄株的生长均偏喜硝态氮,然而雌株对唯一氮源—铵态氮作用敏感且生长受抑,但是铵硝混合态氮能够缓解甚至提高雌株的N代谢生理功能,而雄株无此表现.野牛草雌、雄株对不同形态氮素的响应存在显著差异,这为野牛草雌雄株的差异氮肥管理提供了理论依据和技术途径.
关键词： 野牛草 雌雄株 氮素形态 生物量分配 氮代谢相关酶
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结球甘蓝染色体片段替换系构建
《园艺学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：以结球甘蓝（Brassica oleracea L. var. capitata）育种骨干亲本R2-P2（圆球形,抽薹晚,硫苷含量低,高感黑腐病、枯萎病和霜霉病）为轮回亲本,以野生甘蓝自交系R4-P1（不结球,抽薹早,蜡质厚,硫苷含量高,对黑腐病、枯萎病和霜霉病等多种病害具有抗性）为供体亲本,通过连续回交、自交和分子标记辅助选择,构建出一套由163个具有R2-P2遗传背景且具有R4-P1供体染色体片段单株组成的染色体片段替换系（Chromosome segment substitution line）。该替换系群体具有102个染色体替换片段,均匀分布在1～9号染色体上,平均每个株系携带1.3个染色体片段,平均替换长度为5.62 Mb。替换片段总长度为573.74 Mb,覆盖亲本R4-P1全基因组的73.4%,其中单片段替换片段总长度为139.91 Mb,覆盖全基因组的26.5%,双片段替换片段总长231.41Mb,覆盖亲本R4-P1全基因组的43.82%,含有3个替换片段总长度为201.3 Mb,覆盖供体亲本基因组25.98%。
关键词： 结球甘蓝 染色体片段替换系 全基因组 分子标记 QTL定位
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远缘杂交仁用杏新品种京仁4号
《果树学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：京仁4号是从杏与扁桃远缘杂交后代中选出的仁用杏新品种，母本为仁用杏品种龙王帽，父本为从意大利引进的扁桃品种意大利4号。果实7月中旬成熟，卵圆形，有果顶尖；成熟时果皮黄色，向阳面具片状红色，着色面积中等；果核卵圆形，核壳粗糙，单核平均纵横侧径分别为3.77、2.58和1.49 cm，平均鲜质量4.15 g；核仁饱满，味甜，双仁多，单仁平均纵横侧径分别为2.47、1.61和0.84 cm，平均鲜质量为1.15 g、干质量为0.93 g，离核；出仁率29.98%；杏仁脂肪含量（w，后同）为435.96 g·kg-1，蛋白质含量为288.28 g·kg-1，钙含量为1.11 g·kg-1，铁含量为23.01 mg·kg-1。丰产稳产，适应性强，综合性状优良。
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高光谱成像技术在水果品质无损检测中的研究进展
《广东农业科学 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：优质水果的生产和销售离不开水果品质检测,传统的水果品质检测手段精度低、成本高、时效性差、破坏性强.近年来,随着科学技术的不断进步,低成本、高效率的水果品质无损检测技术得到飞速发展.其中,高光谱成像技术逐渐成为研究热点.综述了该技术在水果品质无损检测方面的技术原理、应用和发展现状,探讨其在水果品质无损检测领域的应用潜力、存在问题、发展趋势以及应用前景.整体来看,高光谱成像技术能够实现不同水果种类、多个水果品质指标的无损、高效检测,如成熟度、糖度、酸度、红色指数等;受硬件技术限制,其发展侧重于数据挖掘方向,即在硬件发展有限的情况下,通过不断更新和优化的针对性算法获得精准的解析结果;另一方面,设备昂贵、数据处理复杂、模型普适性较差是该技术需要进一步优化和改进的主要问题;其未来发展将基于云计算和人工智能的高效数据处理、适用范围更广的水果品质高光谱检测设备研发、多源综合无损检测等研究方向.随着技术的不断发展,高光谱成像技术在水果品质无损检测方面的应用前景广阔,未来将成为水果品质检测的重要手段之一.
关键词： 高光谱成像 水果品质 无损检测 机器学习 特征提取 模型训练
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北方桃园秋季桃蚜发生规律与防控药剂筛选
《环境昆虫学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：秋季回迁到桃园的越冬桃蚜是翌年早春危害桃树的主要虫源.为明确秋季北方桃园中桃蚜的回迁发生动态和产卵情况,以及筛选高效防治的药剂,本研究分别在北京、石家庄、泰安、兰州各选1个桃园,采用黄板诱虫,监测秋季桃园内桃蚜的成虫种群和产卵动态;通过田间药效试验,评价藜芦碱、苦参碱和矿物油等3种药剂对秋季桃蚜的田间防治效果.2017年和2018年连续两年的调查结果显示,北方桃园中桃蚜9月初开始回迁,在10月中旬有性雌蚜开始产卵越冬,10月下旬桃蚜数量明显减少.藜芦碱、苦参碱和矿物油处理防治秋季蚜虫,虽然药效较慢,但用药后14 d后防效分别在91.6%、80.6%和66.4%.北方桃园回迁的桃蚜会快速繁殖扩增种群,且秋末产卵量较多,可以在9月中下旬选择喷施藜芦碱控制桃园桃蚜,降低桃蚜种群数量,减轻翌年蚜虫防治的压力.
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基于无人机多源遥感的玉米LAI垂直分布估算
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究无人机多源遥感影像估算玉米叶面积指数（Leaf area index, LAI）垂直分布，在田间设置了密度和播期试验，在7个生育时期利用无人机采集了可见光、多光谱和热红外影像并同步获取玉米LAI垂直分布数据。同时，为合理制定无人机飞行任务，分析了不同飞行高度和不同太阳高度角下获取的无人机影像对估算玉米LAI的影响。基于无人机影像提取的与玉米LAI相关性较高的植被指数、纹理信息和冠层温度等特征，利用7种机器学习方法分别构建了玉米冠层不同高度LAI估算模型，从中选取鲁棒性强的2个模型用于分析在不同飞行高度和不同太阳高度角下估算LAI的差异。研究结果表明，MLPR和RFR模型对玉米LAI估算鲁棒性最强，全生育期下模型rRMSE为11.31%（MLPR）和11.42%（RFR）。玉米冠层LAI垂直分布估算误差，所有模型的平均rRMSE分别为9.1%（LAI-1）、14.19%（LAI-2）、18.62%（LAI-3）、23.29%（LAI-4）和26.7%（LAI-5）。对于玉米穗位叶及以下部位的LAI估算误差均在20%以下，得到了较好精度。同时，在不同飞行高度和太阳高度角试验中可以得出，当飞行高度为30 m时LAI估算精度最高，R~2为0.73,rRMSE为10.97%,在09:00—10:00观测的玉米LAI估算精度最高。无人机多源遥感影像数据可以准确估算玉米冠层LAI垂直分布，及时掌握玉米功能叶片LAI长势差异，可为玉米品种筛选提供辅助。
关键词： 玉米 叶面积指数 无人机多源遥感 垂直分布 飞行试验
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亚洲草鱼群体的差异甲基化分析
《水产学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：为探究水产养殖过程中DNA甲基化对亚洲草鱼群体人工驯化与环境选择适应的影响，本实验对亚洲范围内8个地区的养殖和野生草鱼群体进行了全基因组甲基化测序，测序序列经质控后比对到草鱼参考基因组上，并进行差异甲基化分析和功能富集分析。结果显示，甲基化测序共获得308.15 Gbp测序数据，平均测序深度31×，平均比对率62.97%。对5个养殖群体分别与野生背景群体间进行差异甲基化分析，共发掘出76 422个差异甲基化位点、3 737个差异甲基化区域、1 950个差异甲基化基因。功能分析发现，差异甲基化基因被注释到血管生成、神经嵴细胞迁移、T细胞分化、颅骨系统发育、肌肉细胞发育等GO功能分类中。KEGG代谢途径富集分析的结果显示，差异甲基化基因主要参与细胞黏附连接、Notch信号通路和Wnt信号通路等代谢途径。在这些功能注释的基因中，有许多与神经、免疫、骨骼和肌肉等组织发育相关的重要基因，如sema3d、sema5bb和nrg2a等。本研究进一步对表观遗传修饰在草鱼人工驯化和环境选择适应作用机制的探究奠定了基础，为保存和科学利用草鱼种质资源提供了有价值的遗传基础数据。
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作物表型组大数据技术及装备发展研究
《中国工程科学 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：集成自动化平台装备和信息化技术手段,获取多尺度、多生境、多源异构的作物表型组大数据,将极大地促进作物功能基因组学、数字育种、智慧栽培的研究进程.本文分析了作物表型组大数据技术及装备的应用需求、产业发展形势,从物理、传输、数据、知识、应用5个层面详细梳理了相应研发现状;从作物表型组大数据高通量获取、作物表型组大数据智能解析技术两方面着手,剖析了我国相关技术、装备、产业应用方面的问题和态势.研究建议,从底层芯片层面突破作物表型传感器关键技术,在可控开源的基础上形成自主化的表型解析技术体系,加强作物表型组大数据技术及装备标准体系建设,提出基因-表型-环境多维大数据驱动的数字育种和智慧栽培创新模式,建设作物表型组大数据技术及装备人才队伍和协作网络.
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利用VGC-AGB模型和高光谱遥感的马铃薯地上生物量估算
《光谱学与光谱分析 》 2023 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：马铃薯是继水稻、小麦、玉米之后的一种重要的粮食作物,其优化种植和生产对于保障粮食安全具有重要的意义.作物的地面生物量(AGB)被广泛认为与作物的生长状态密切相关,常常被直接用来参与作物产量预测和健康状态参数评估.现有的研究表明,遥感植被指数在中高作物覆盖度时会丧失对作物参数的敏感性,即"饱和现象",这制约了作物生长中后期 AGB的准确监测.采用了一个新型垂直生长作物 AGB估算模型(VGC-AGB)结合高光谱遥感开展马铃薯多生长阶段的 AGB估算研究.针对多生长时期遥感光谱指数开展作物生物量监测中存在的"饱和问题",VGC-AGB定义了叶片干物质含量(Cm)和垂直器官干物质含量(Csm)2 个参数,分别描述马铃薯叶片和茎的平均干物质含量,并通过叶面积指数(LAI)×Cm 计算叶片的地上生物量(AGB1),通过种植密度(Cd)、马铃薯株高(Ch)和Csm的乘积,即Cd×Ch×Csm计算垂直器官的地上生物量(AGBv).基于国家精准农业研究示范基地 2019 年马铃薯田间实验,分别获取了马铃薯 4 个关键生长时期的地面 ASD高光谱数据、实测株高、AGB和LAI数据等,并利用高光谱反射率数据构建了高光谱特征参数,分别对比了(1)高光谱特征参数+株高,(2)地面测量参数+VGC-AGB模型和(3)高光谱特征参数+VGC-AGB模型的 3 种马铃薯 AGB估算模型的性能.结果表明,与传统的高光谱遥感植被指数+株高的AGB估算方法相比,新型 VGC-AGB模型结合高光谱遥感数据可以提供更高性能的马铃薯 AGB1、AGBv和总 AGB估算结果,该方法可为马铃薯 AGB的快速无损监测提供技术支撑.
关键词： VGC-AGB模型 高光谱遥感 马铃薯 地面生物量
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