油葵秆生物篱和作物残茬组合抗风蚀效果研究

土壤风蚀是干旱半干旱地区主要的土地退化过程，在最不适宜种植乔木防风林的半干旱农牧交错带地区，生物篱是一种有效的风障形式，它能减轻风速从而减轻风蚀。试验结果表明，在近地面(距地面5 cm)生物篱保护下的留茬地风速比对照裸地近地面平均降低81.25％，风蚀量减少53.96％；在篱高或茬高0～5倍范围内，随着离生物篱或留茬的距离增大，生物篱的保护作用逐渐增强，贡献率逐渐增大，更远则保护作用下降。在与不同作物残茬的组合中，生物篱与草谷子留茬组合下的抗风蚀效果更为突出，其次是油菜茬，最后是苜蓿茬，并且得出在残茬影响下，风速随高度递增的变化规律都符合指数递增规律，相关系数都达到0.84以上。     

基于超声波传感器和DGPS的果树冠径检测

为实现果园果树的仿形精确喷雾，适时获取果树冠径信息，采用超声波传感器，GPS接受机和电子罗盘等在拖拉机上建立了一套果树冠径检测试验系统。并在室外对5个圆柱规则外形树冠进行了检测试验。试验分别采用4种树冠直径检测计算方法，并选择0.31 m/s和0.65 m/s两种不同拖拉机行驶速度进行检测。采用误差分析的方法检验果树冠径检测系统的实际检测效果。误差分析表明拖拉机分别以0.31 m/s和0.65 m/s速度行驶时，应用超声波探测果树树冠两个轮廓边缘计算5个树冠直径的平均相对误差分别为5.54%和5.80%。用电子罗盘和DGPS数据进行加权平均融合修正拖拉机行驶轨迹，由超声波检测到的果树两个轮廓边缘的位置信息计算果树直径，在两种检测速度下的平均相对误差为14.38%。研究结果为果树仿行喷雾控制和果园果树生长信息采集提供了技术方法。     

果园柔性对靶喷雾装置设计与试验

为确定果园柔性对靶喷雾装置的喷雾控制策略,并测定对应方式下不同树冠直径的雾滴沉积率,该文使用自制的果园柔性对靶喷雾机样机,用连续喷雾方式以及3种不同控制方式的对靶喷雾对株距为4 m、树高为1.7 m、树冠直径为1.1 m的模拟靶标进行了喷雾试验,测定了对应方式下的靶标上的雾滴沉积率。试验结果表明,连续喷雾方式下的雾滴沉积率为40.3%;3种对靶喷雾方式下的雾滴沉积率分别为50.4%、77.8%、86.0%,均高于连续喷雾方式下的雾滴沉积率,由此选定了对靶喷雾方式Ⅲ作为果园柔性对靶喷雾装置的喷雾控制策略。在对靶喷雾方式Ⅲ控制策略下,对株距为4 m、树高为1.7 m、树冠直径为2.1 m的模拟靶标进行了对靶喷雾试验,测得其雾滴沉积率为88.4%;同时发现无靶标区域内的雾滴沉积量明显小于模拟靶标区域,雾滴沉积的对靶特性明显;在模拟树冠中间区域的雾滴沉积量均高于模拟树冠边缘区域,符合实际果树树冠对药液的需求。该研究为进一步提高柔性对靶喷雾装置的雾滴沉积率和优化其喷雾技术参数提供参考。     

水肥一体化结合植物篱对减缓果园土壤氮磷地表径流流失的效果

为了探究降低集约化果园氮、磷流失,减缓农业面源污染的技术措施。通过田间定位试验,比较分析了水肥一体化施肥方式结合田间植物篱对减少果园氮、磷地表径流流失影响,提升沟渠水质量的技术效果。结果表明:果园中构建植物篱提高了发生地表径流的最低日降雨量,减少了径流发生频次,地表径流水发生量比没有植物篱降低19.18%。与常规施肥相比,水肥一体化施肥全氮(TN)、全磷(TP)浓度分别降低31.23%和25.18%;植物篱处理TN、TP浓度分别降低16.74%和13.60%;水肥一体化+植物篱处理径流水中TN、TP浓度最低,分别比对照降低52.32%和43.89%。水肥一体化+植物篱处理TN、TP流失总量分别比对照降低45.38%和36.81%,该处理相对应的沟渠水中TN、TP浓度分别比对照降低23.98%和26.64%。在果园等集约化农田中推行水肥一体化灌溉施肥结合植物篱措施能够有效降低氮、磷径流流失,减缓农业面源污染物的排放,在实际应用中具有很大的推广应用价值。     

果园行间3D LiDAR导航方法

为克服二维激光扫描仪在果园导航中感知信息少、无法有效应对树冠茂密、树干被遮挡等复杂三维果园场景,该研究提出一种基于3D LiDAR的果园行间导航方法。以3D LiDAR为检测设备实时采集果园信息,使用挖空打断后的树墙体心等效树干位置,根据左右树行的最佳平行度对随机采样一致性算法与最小二乘法拟合的树行进行互补融合并求其中心线得到导航线;对纯跟踪算法进行改进,实现差速运动机器人对树行的跟踪。结果表明:系统在篱壁式仿真果园环境下以0.33 m/s的速度沿中心线行走时,绝对航向定位偏差在1.65°以内,绝对横向定位偏差在6.1 cm以内;以0.43 m/s的速度跟踪树行的绝对横向偏差在15 cm以内。在真实梨园下,系统分别以0.68与1.35 m/s的速度跟踪树行,绝对横向偏差分别不超过21.3与22.1 cm。本系统可广泛用于标准果园与复杂三维果园机械的自主导航,具有可靠的稳定性。     

植物篱防蚀措施对三峡库区坡耕地微地形的影响

三峡库区是我国重要的水蚀区之一，过度农业利用引发水土流失和生态退化。采用保护性管理对坡耕地水土和营养盐流失的影响已经开展了很多研究，而基于长期试验的保护性管理措施对坡面微地形的影响，鲜有涉及。本文对位于三峡库区域地区陡坡地四种管理模式长期试验径流小区坡面地形相关参数进行了观测、分析。结果显示，与对照小麦—花生种植模式相比，采用套种紫花苜蓿植物篱、香椿植物篱能够极显著降低水土流失，坡面地形沿篱基梯级化显著。而黑麦草-籽粒苋替代模式对水土流失控制效果不稳定，且坡面地形与对照无差异。小麦-花生套种紫花苜蓿、香椿植物篱处理的坡面均形成基于篱带部的篱坎，篱坎下部侵蚀较强，篱带上淤下蚀现象明显。其中小麦-花生套种香椿植物篱小区坡面形成2级植物篱淤积坎，坎宽幅平均达到420.8 cm，淤积坎相对高差为40.4 cm，平均坡度下降1.4度。小麦-花生套种紫花苜蓿植物篱坡面形成4级篱坎平均坎宽幅为210.3 cm，平均相对高度为110.6 cm，平均坡长为238.1 cm，平均坡度下降0.3度。说明坡耕地采用植物篱技术能够减蚀截淤，显著改变微地形。针对微地形的变化，套作植物篱的坡耕地在后期宜实行坡改梯或梯级坡地配套完善灌排设施，利用已优选的植物品种设计木本与草本套种的复合植物篱，有望进一步改善土体根系分布，从而稳固篱坎，控制水土流失。该研究为植物篱技术后续管理措施优化提供了参考依据。     

基于超声波的果树冠层三维重构与体积测量

为了克服地面不平整和拖拉机非线性行驶对果树冠层参数测量的影响,该文在超声波传感器阵列测量果树冠层体积技术的基础上,使用RTK-DGPS空间定位技术和姿态航向参考系统,通过空间坐标的平移和旋转转换,直接获得以大地坐标表示的果树冠层的三维点阵云图数据,通过PC机后台处理重构果树冠层三维轮廓和计算果树冠层体积,并详细介绍了系统的结构与工作原理。以果园荔枝树为试验对象,采用该系统对15棵不同高度和体积的果树进行了3次重复试验,另对56棵树的测量结果与人工测量结果进行了对比分析,试验结果表明该方法具有较好的重复性（     

无人机机载激光雷达提取果树单木树冠信息

定株管理是未来果园精准生产管理的趋势,果树单木树冠信息的提取是定株管理的关键。该研究利用无人机采集的苹果园激光探测与测量数据（Light Detection and Ranging,LiDAR）检测和测量每棵果树的树冠面积和树冠直径,并评价空间分辨率对于果树单木树冠检测与提取的影响。该方法主要包括使用反距离权重插值法间接生成冠层高度模型（Canopy Height Model,CHM）;使用局部极大值滤波算法和标记控制分水岭分割算法（Marked-Controlled Watered Segmentation,MCWS）对果树进行单木树冠检测与提取,通过与参考数据的比较,评估了该方法的精度,并定量分析了空间分辨率对于单木树冠检测与信息提取结果的敏感性。结果表明,该方法有效地实现果树单木树冠检测与信息提取,代表果树检测精度的F1得分为94.86%,树冠轮廓提取准确率为86.39%,树冠面积的提取数据集和参考数据集的线性拟合结果决定系数和归一化均方根误差分别为0.81和20.56%,树冠直径的提取数据集和参考数据集的线性拟合结果决定系数和归一化均方根误差分别为0.85和14.79%,树冠面积和直径不同程度地被高估。此外,冠层高度模型的空间分辨率接近果树平均树冠直径的1/10时精度最高,可以有效检测果树单木树冠及提取树冠轮廓,从而准确提取果树单木树冠信息。     

黄土丘陵区果园生态经济耦合评价——以燕沟流域为例

黄土丘陵区东南部是我国最适宜的苹果栽培区之一。1999年国家实施退耕还林政策以来,该地区通过退耕坡地和扩大优质苹果栽培面积,取得了生态和经济双效成果。为探究黄土丘陵区果园在水土保持和增加农民收入方面的双效功能,以延安燕沟流域为例,通过样地测量和构建评价模型,从果树树冠盖度、果园地表特征以及土壤侵蚀和果品经济收入等方面评价了果园的生态经济耦合状况。结果表明:(1)燕沟流域的果园主要分布在地形坡度大于15°的坡地上,占流域果园总面积的比重高达79.06%。果园收入已成为农民现金收入的主要来源,2006年来源于果园的收入占农民现金收入的比例高达59.49%。(2)果园与森林(有林地)在水土保持方面至少具有同等的功效。流域果园树冠平均盖度达0.81,果园鱼鳞坑面积及其可控制坡面面积占果园面积的比例达38.96%。(3)果园的生态经济耦合指数与年侵蚀性降雨量的变化趋势一致,侵蚀性降雨量越大,果园单位产出付出的土壤侵蚀代价越高;果园单产越高或苹果市场收购价格越高,其生态经济耦合指数越低,生态经济耦合程度越好。     

核桃果实表面微气候环境与果实外观品质的关系

以核桃品种‘温185’为试验材料，观测树冠不同方位和冠层果实表面微气候的变化规律与果实外观品质，分析微气候与果实外观品质的相关性，以探讨核桃树冠内不同位置的果实表面微气候对果实外观品质的影响，为核桃叶幕结构优化和树体微环境调控管理提供理论依据。结果表明：（1）在冠层内不同高度，随着冠层区域由下层到上层，全发育期果实表面平均光照强度和温度均增加，平均湿度表现为下降，果实的青皮果鲜重、青皮厚度、坚果鲜重、坚果干重、坚果纵径、坚果横径、果壳厚度、仁干重均有不同程度增加，而果壳露仁率减少；（2）同一高度冠层内，果实表面微气候环境和果实品质的差异明显小于树冠下层与上层的差异，优质的核桃果实主要集中在冠层外围和上层区域；在树冠不同方位，东侧和南侧的果实表面光照强度和温度均高于北侧和西侧，但东侧果实表面湿度却大于西侧，光照强度在同一高度冠层内不同方位差异显著，温度和湿度均无显著差异；（3）树冠不同方位和不同冠层的果实外观品质差异显著，与果实表面微气候有很强的相关性，其中，果实青皮果鲜重、青皮厚度、坚果鲜重、坚果干重、坚果纵径、坚果横径、果壳厚度、仁干重与光照强度、温度均呈显著正相关，与湿度呈显著负相关；果壳露仁率与果实表面光照强度和温度呈极显著负相关，与果实表面湿度呈显著正相关，东侧和南侧树冠果实的果壳露仁率与光照强度（−0.965、−0.838）和温度的负相关性最强（−0.895、−0.878），北侧和西侧树冠与湿度正相关性最强，相关系数分别为0.929和0.945；果实表面光照强度在不同方位和冠层高度对果实品质的影响最大，果实表面温度对果实品质的影响仅次于光照强度，而果实表面湿度对果实品质的影响相对较小。树冠内相应区域果实表面微气候显著影响核桃果实结构的建成，其协同效应对核桃果实品质的影响更大；树冠东侧和南侧、上层和外围接受的光照强度和温度较好，有利于果实的生长发育；树冠中、下层和树冠中部、内部果实品质更强烈地受到微气候环境的影响，基于叶幕结构和果实品质特性的园艺措施可改善果实表面微气候环境，有利于核桃果实品质的整体提高。     

基于无人机平台的柑橘树冠信息提取

为了快速获取柑橘树冠信息,提升柑橘园精准管理,该研究基于无人机平台获取了柑橘数码和多光谱影像,分析了无人机影像反演柑橘树冠信息的效果。首先利用无人机数码影像及分水岭算法进行柑橘单木分割,然后构建柑橘树冠层高度模型,提取柑橘株数、株高、冠幅投影面积等结构参数信息,进而利用无人机多光谱影像获取柑橘的8种常用植被指数,采用全子集分析法筛选柑橘冠层氮素含量的敏感植被指数,构建基于多元线性回归的冠层氮素遥感反演模型,进行以冠幅为基本单元的柑橘树冠层氮素含量遥感制图。研究结果表明:柑橘的单木识别准确率在93%以上,召回率在95%以上,平均F值为96.52%;柑橘树的反演株高与实测株高具有较强的相关性,决定系数R2为0.87,均方根误差为31.9cm;单株冠幅投影面积与人工绘制的冠幅面积的决定系数,除果园A在12月的结果较低(R2为0.78)外,其余均在0.94及以上;采用全子集分析法筛选的柑橘冠层氮素敏感植被指数为归一化植被指数(NDVI)、绿色归一化植被指数和冠层结构不敏感指数,所建立的多元回归模型的决定系数R2达0.82,均方根误差为0.22%,相对误差为6.59%。综上,无人机影像在柑橘树冠参数信息提取方面具有较好的应用效果,能够快速有效地提取柑橘树冠参数信息。该研究可为使用无人机平台进行果园精准管理提供技术支撑。     

基于毫米波雷达的果园单木冠层信息提取

为解决当前果园探测技术难以在恶劣的果园环境中提取果树冠层信息的问题。该研究将毫米波雷达应用于果园冠层探测,搭建了基于毫米波雷达的果园冠层探测系统,利用该系统扫描得到了果园点云,检测和估算得到每棵果树的株高、冠幅和体积参数。针对毫米波雷达在不同距离下产生点云密度不同的问题,该研究提出了一种基于可变轴的椭球模型自适应密度聚类算法,用以提高果树点云识别效果,进而使用Alpha-shape算法和随机抽样一致算法（Random Sample Consensus）对果树进行了表面重建和结构参数的提取。通过与人工测量数据比较,该研究提出的聚类算法可以有效的识别和提取单木冠层点云,代表果树识别精度的 F1 分数为 93.7%;检测到的果树的株高和冠幅的平均相对误差分别为8.7%和8.1%,决定系数分别为0.84和0.92,均方根误差分别为16.39和7.82 cm;使用Alpha-shape算法计算得到平均果树体积为5.6 m3,相比传统几何法测量体积,体积计算准确度提高了59.4%。该研究表明毫米波雷达可以用于果园冠层信息的准确提取,为采集果园冠层信息提供了技术,对农业信息采集和自动化作业技术的发展具有重要意义。     

基于无人机倾斜航空影像的树冠体积测算方法

树冠是结构复杂的不规则体,对树冠体积的精确测定一直是树木测量研究中的难点问题。该文以消费级多旋翼无人机对目标树木进行倾斜摄影获取的多角度航空影像为基础,通过空三加密处理生成目标树木的三维点云模型;用等高线法分割树冠点云,并确定树冠最优分割层数;用投影法对点云数据进行转化,并选取测算点计算树高和树冠任意横截面积;对分割后各规则体的体积进行累加获得树冠体积。结果表明:8棵目标树木的树高测算值相对误差为1.46%～4.10%,平均相对误差为2.88%;树冠体积测算值的相对误差为6.95%～12.39%,平均相对误差为9.42%;精度均可满足林业调查中对于树高和树冠体积测量结果的要求。利用无人机倾斜航空影像建立单木的三维点云模型并进行树冠体积测算的方法是可行且有效的,该方法可为研究单木树冠几何参数的提取提供参考。     

树形识别与精确对靶施药的模拟研究

该文分析了我国森林病虫害发生的特点，介绍了农药使用及植保机械发展现状，分析了精确对靶施药系统和树形识别系统的主要内容，重点对树形识别系统及其与精确对靶施药系统之间的关系进行了理论分析，提出了将树形识别系统应用于林业精确施药中，试验表明树形识别系统能根据不同的树形输出不同的农药喷洒控制量，从而为农药的精确使用和新型植保机械的设计奠定基础。     

Simplified tree crown model using standard forest mensuration data for Scots pine

Crown profiles of 260 Scots pines in central Finland were measured using a new method developed in the study, and a simple model for crown shape, belonging to the Lamé curve family, was derived using these data. Relatively accurate estimates of the crown maximum radius and its height, parameters needed for application of the model, were obtained using breast height diameter (dbh) and tree height. Results suggest that the model could potentially be used to generate the crown shape directly from routine stand data.     

侵蚀坡地果园不同生草方式对土壤和果树生长的影响

采用径流小区法研究果园不同生草方式对土壤侵蚀、土壤肥力、果树生长、果实产量和品质的影响。结果表明，带状覆盖与敷盖、全园覆盖、带状覆盖3种不同的生草方式都能有效控制土壤侵蚀，且都有改良土壤肥力的效果；全园覆盖严重影响果树生长，其果实产量最低、品质最差；净耕处理尽管果树长势好、产量最高、品质较好，但土壤流失严重。综合分析认为，带状覆盖与敷盖措施是较好的侵蚀坡地果园生草方式，值得推广。     

毛乌素沙地防护林结构的研究

毛乌素沙地防护林结构的研究结果表明,樟子松纯林的直径和树高结构均比混交林结构有规律,且符合一般树种的变化规律。在叶层结构中,樟子松纯林和林带的叶层峰值比混交林和油松林带的叶层峰值出现的树高较低,且随着树高的增加而缓慢的减小,构成较厚的叶层。所以该地区应积极发展樟子松片状或带状林的营造建设,提高樟子松林的生态效益。     

台湾花东纵谷河床新兴地果园内之风向与风速变化

研究自2007年11月至2010年1月于台湾东部花东纵谷区域之台东县鹿野乡河床新兴地番荔枝栽植区,择定一面积32 000 m²之番荔枝果园为试区（22°56’56.4″N,121°8’56.4″E）,果树平均高度为2.2 m,树龄5 a以上。先利用观测铁塔于距离地面2.5 m及6 m处来测定风向及风速,再藉分析以探讨该果园内之气流行进分布特性。结果表明:花东纵谷南部区域河床新兴地于每日出现逐时平均风速趋近静风状态时,可作为区分昼夜间风场特性之依据,而昼夜间之时段分别为7:00—19:00及20:00至翌日6:00。当强盛偏北气流行进至花东纵谷区域河床新兴地之风场内,区域内风速会在1.0 h内激增,且于果园试区内果树冠层上0.3 m高度之风速达3.8 m/s,对于果树之枝干将产生摇曳不止的情形,将造成果实易受磨损及不利果树生长。