不同滴头流量和灌水量下农田土壤湿润体特征及其估算模型

为了准确估算滴灌条件下农田土壤湿润体，利用亮蓝染色剂示踪技术分别在陕西杨凌(粘壤土)、甘肃武威(沙壤土)和宁夏盐池(沙土)3个试验站点开展了农田滴灌试验。试验设不同灌水量和滴头流量，研究不同土壤质地条件下灌水量和滴头流量组合对农田土壤湿润体的影响，进而探求不同土壤质地的土壤湿润体估算模型。结果表明：在相同的土壤条件下灌水后农田土壤形成的湿润体随灌水量的增加而增大，在相同灌水量下增加滴头流量能够显著增加水平方向的湿润距离，相较于小滴头流量(1.38 L·h^-1)而言，大滴头流量(3.0 L·h^-1)形成宽浅形湿润体。在相同的灌水量和滴头流量下，农田土壤湿润体的垂向湿润距离随土壤饱和导水率(K_s)的增加而增加，随灌水前土壤有效持水能力(Δθ)的增加而减小，而水平方向的湿润距离随土壤饱和导水率(K_s)和有效持水能力(Δθ)的增加而减小。在试验的基础上，利用土壤饱和导水率(K_s)、灌水前土壤有效持水能力(Δθ)、灌水量(v)和滴头流量(q)建立了湿润体垂直和水平方向湿润距离的估算模型(幂函数连乘模型)，并结合湿润体形状利用椭圆方程描述湿润体的轮廓形状(湿润体估算模型)。经试验数据验证，农田土壤湿润体估算模型能够很好估算湿润体轮廓，模拟值和试验实测值的决定系数(R²)在0.93~0.99之间，均方根误差(RMSE)在1.3~4.1 cm之间。     

水稻冠层叶绿素含量高光谱估算模型

为了寻求西北引黄灌区水稻冠层叶绿素含量的高精度估算模型，通过田间试验测定了水稻冠层SPAD和高光谱数据，运用任意波段组合的方式构建了一系列基于原始光谱、一阶导数光谱的比值、差值、归一化和土壤调节植被指数，筛选出反映水稻冠层SPAD的最佳植被指数作为自变量，应用普通回归分析方法和随机森林算法建立了该区域水稻冠层SPAD估算模型并进行了对比分析。结果表明：（1)应用普通回归分析方法，以RVI(D₁₃₁₆，D₇₃₆)为自变量建立的指数模型是估算西北引黄灌区水稻冠层SPAD的最佳单变量模型；（2)采用随机森林算法，以4个植被指数RVI(R₆₉₆，R₅₄₀)、DVI(R₇₀₀，R_{536)、SAVI(R700，R536)、RVI(D1316，D736)建立的估算模型比普通回归模型精度更高，验证结果的决定系数R²为0.873，均方根误差RMSE为3.221，平均相对误差RE为13.25%。说明通过随机森林算法建立的模型可以实现水稻冠层SPAD的精准估测，可以用于西北引黄灌区水稻冠层叶绿素含量的快速、无损获取。}     

基于随机森林回归的油菜叶片SPAD值遥感估算

以西北地区典型经济作物油菜为研究对象，利用SVC-1024i型便携式光谱仪和SPAD-502型叶绿素仪测定了油菜不同生育期的叶片光谱反射率和SPAD值。通过分析油菜原始光谱及10种光谱指数与SPAD值的相关关系，基于光谱指数构建了不同生育期油菜叶片SPAD值随机森林回归（RF）估算模型，并利用独立样本对所建模型进行验证，同时结合传统的一元线性回归模型和多元逐步回归模型与其进行比较。结果表明：油菜叶片SPAD值在全生育期内呈现出先上升后下降的趋势；各光谱指数在不同生育期及全生育期与SPAD值的相关性均达到0.01水平的显著相关；基于光谱指数构建的随机森林回归模型在油菜各个生育期及全生育期建模和预测结果明显优于同期的传统回归模型，建模R²达0.90以上，验证R2达0.81以上，RMSE在1.571~5.004，RE在2.66%~13.22%，是油菜叶片SPAD值的最优估算模型。     

夏玉米叶片光合色素含量高光谱估算

为了实现夏玉米叶片光合色素含量的快速、无损检测，以陕西省关中地区夏玉米“大丰26号”为研究对象，探究了不同总色素含量水平的玉米叶片反射光谱特征。分别提取与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总色素含量相关性较强的15个光谱参数，通过单变量回归、多元逐步回归和随机森林回归分析，建立光合色素含量估算模型并进行精度比较。结果表明：基于随机森林方法构建的光合色素估算模型精度最高，其中，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素的建模R²为0.93，总色素的建模R²为0.92；叶绿素a和类胡萝卜素的检验R^{2<、sup>为0.74，叶绿素b和总色素的检验R2为0.71；各模型的均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）相差不大；拟合精度由高到低依次为叶绿素a、类胡萝卜素、总色素和叶绿素b的RF模型。证实了随机森林方法在夏玉米叶片光合色素含量估算中的优越性，并构建了高精度的光合色素RF估算模型。}     

基于波文比-能量平衡法的半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量估算

为准确估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量，在测定气象数据的基础上，以水量平衡法的实测蒸发蒸腾量（ET）为参考，分析判断波文比-能量平衡法估算半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾量的适用性以及整个生育期内葡萄ET的变化规律，分别采用单作物系数法（K_c）、双作物系数法（K_cb）估算半干旱半湿润地区葡萄ET。结果表明：全生育期内波文比-能量平衡法与水量平衡法之间的均方根误差(RMSE)与纳什系数(NSE)分别为0.54与0.64，决定系数为0.82，说明波文比-能量平衡法可以较好地应用于半湿润地区葡萄园蒸发蒸腾估算，双作物系数法比单作物系数法估算结果更为精确，计算出的双作物系数0.85、1.07、0.71可以作为本地区值。     

基于多植被指数模型的草地地上生物量协同估算

以青海省金银滩草原为研究区,采用Sentinel-2卫星影像结合地面实测数据进行草地地上生物量估算研究。分析了18种典型植被指数与生物量的拟合关系,通过精度评价和敏感性分析确定了不同植被指数模型的适用范围,并提出基于多植被指数模型的协同估算方案来提高草地生物量的制图精度,尝试克服传统单变量植被指数模型适用范围受限的问题。结果表明：18种植被指数与生物量的最优拟合模型呈现幂函数和指数函数两种类型,其中幂函数模型中CI_green (Green chlorophyll index)所对应的估算精度最高,且当生物量高于0.65 kg·m^-2时适用性最强;指数函数模型中NDII（Normalized difference infrared index）所对应的估算精度最高,且当生物量低于0.65 kg·m^-2时适用性最强,且NDII与CI_green模型的适用范围具有互补性。提出的多植被指数协同估算模型对应的R²_cv达到了0.61,RMSE_cv为0.226 kg·m^-2,相对于单植被指数模型精度明显提高,R²_cv增加7.0%以上,RMSE_cv减小超过3.8%。综上,提出的多指数模型协同估算方案充分考虑了不同指数模型的适用范围,提高了牧草生物量的估算精度。     

河套灌区参考作物蒸发蒸腾量估算方法研究

参考作物蒸发蒸腾量（ET₀）是计算作物需水量的基础,一般用FAO推荐的Penman-Monteith公式（PM公式）计算。但是在河套灌区部分地区缺少辐射数据的观测,因而无法利用PM公式计算ET₀。本文选用河套灌区临河气象站1990—2012年的气象资料,分析了利用PM公式计算参考作物蒸发蒸腾量ET₀与气象要素的关系,发现对ET₀影响最大的气象因素为净辐射,其次为饱和水气压差和平均温度。建立了基于饱和水气压差、温度和风速的ET₀估算公式,验证结算显示相关系数、纳什效率系数和总量平衡系数分别为0.96、0.92、1.00。在风速缺测的条件下,也建立了基于饱和水汽压差和温度的ET₀估算公式。以上两个公式为河套灌区缺资料条件下ET₀的估算提供了简单且准确的估算方法。     

基于简单气象因子的干旱指数计算及其适用性分析

为建立可对短期干旱进行合理监测表征的气象干旱指数，从气象干旱发生的机制——水分供需矛盾（主要为降水量与蒸散量两大因素）出发，以旬尺度的蒸散缺水量占需水量的比值定义一个气象干旱指数——缺水度指数(WSI)，潜在蒸散量(PET)采用气温(T，℃)及相对湿度(RH，%)两大极易获取的气象因子计算，同时利用陕西省30个气象站点2000—2020年的逐日气象观测资料分析WSI的适用性特征。结果表明：在不考虑风和大气压的影响条件下，相对于Penman-Monteith方程，基于T和RH估算PET误差较小，均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均值分别为1.17 mm和0.82 mm，但62.1%的数据计算结果偏小，部分站点80%以上数据偏小。对陕西省不同区域近年来旱情发展变化的研究表明，WSI能够识别出陕西省旱情易发区域及时段，同时对于短期干旱事件具有较强的识别能力，较MCI指数能够更快地捕捉旱情发生，同时更加灵活简便，可以应用于气象干旱的监测预报和评估。     

一维代数模型在砂质盐碱土改良中的适应性研究

为探讨一维代数模型在砂质盐碱土改良过程的适应性,以PAM和旱地龙改良剂为材料,各设3种施量（PAM 0.01%、0.04%、0.08%;旱地龙75、150、375 g·m^-2）进行室内垂直一维积水入渗试验。结果表明,施加化学改良剂对砂质盐碱土起减渗作用;由试验实测资料推求出一维代数模型中的土壤水分运动参数：土壤饱和导水率K_s随着改良剂施量的增加呈先降低后升高的趋势,与对照处理相比,其平均降低比率PAM和旱地龙处理各为36.9%和35.71%;模型中综合形状系数α变化趋势随改良剂施量的增加均呈增大-减小趋势;而吸力系数β随改良剂的种类及施量的增加变化趋势不明显;模型适应性检验中PAM、旱地龙处理中最大相对误差分别为-4.66%、-9.81%,其余处理的相对误差均小于5%,表明使用该模型能够有效地描述改良剂施加条件下砂质盐碱土的入渗过程,且该模型在PAM施加过程中适用性较好。     

地埋式橡塑渗灌滴头的研制及其性能测试

针对橡塑渗灌管变异系数高、在线源式灌溉过程中水头损失大等问题,本文以橡塑渗灌管为柱状出流面,再结合迷宫流道技术设计了一种点源式灌溉的地埋式橡塑渗灌滴头。通过水力性能测试、短周期抗堵塞试验以及土壤入渗试验对滴头性能进行了分析。结果表明,滴头流量变异系数为4.17%,压力-流量关系式为q=0.6435h^0.4161,符合国家生产标准,并具备一定的压力补偿性能;在3种泥沙浓度(W1=0.5 g·L^-1,W2=0.1 g·L^-1,W3=1.5 g·L^-1)、100 kPa工作压力下,滴头有效灌溉次数分别为15、11、5次,达到灌水器抗堵塞性能平均标准;将滴头深埋30 cm进行土壤入渗试验,在100 kPa工作压力下,未出现深层渗漏现象,湿润锋在580 min后到达土壤表面,可有效减少灌溉水蒸发,节约水资源。该地埋式橡塑渗灌滴头水力性能优秀,抗堵塞性能良好,湿润体体积大,土壤含水率分布均匀,可广泛适用于果园灌溉以及科研试验等。     

基于连续小波变换的干旱胁迫下玉米冠层叶绿素密度估测

测定了玉米各生育时期干旱胁迫下冠层叶绿素密度及冠层光谱数据,利用原始光谱反射率与冠层叶绿素密度进行相关性分析,采用常用植被指数、波段自由组合、连续小波变换构建玉米冠层叶绿素密度估测模型,并用决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)进行精度检验。结果表明:冠层叶绿素密度在抽雄期相较于正常对照,轻度、中度、重度干旱胁迫处理分别下降7.8%、29.5%、44.2%;波段自由组合指数RVI(555,538)、NDVI(555,538)和敏感小波系数bior5.5(26,792)、rbio2.6(22,790)、gaus6(21,791)与叶绿素密度的相关性较高,相关系数绝对值均达到0.900以上;基于敏感小波系数构建的冠层叶绿素密度估测模型验证集R~2均在0.850以上,相较于其他植被指数模型R~2平均提升20.6%,RMSE平均降低32.6%;最优模型为以gaus6(21,791)为自变量的一元线性回归模型,R~2为0.864,RMSE为1.532。利用连续小波变换对光谱数据进行预处理,可以有效提升玉米冠层叶绿素密度估测模型的精度。     

基于气象参数的内陆干旱区作物生育期ET0预测

为实现大田作物灌溉的精细化管理,研究了基于气象因素的生育期ET₀预测模型。采用灰色理论对ET₀与日均、日最高、最低温度,日均风速,相对湿度以及日照时数进行灰色关联度分析,结果表明ET₀与温度（包括日均、最高、最低温度）及相对湿度的灰色关联度较高。在分析ET₀与上述气象因素间的相关系数基础上,采用日均温度、日均风速以及日照时数作为模型的输入,ET₀作为输出,建立了BP神经网络（BPNN）预测模型;采用日均温度、日均风速、日照时数及灰色关联度作为输入,建立了模糊最小二乘支持向量机（FLSSVM）预测模型。研究结果表明,BPNN模型的训练值决定系数为0.8643,平均相对误差6.29%,预测值决定系数为0.8099,平均相对误差7.83%;FLSSVM模型的训练值决定系数为0.9684,平均相对误差2.89%;预测值决定系数为0.9663,平均相对误差3.43%。BP神经网络与FLSSVM模型的精度均较高,可以用来预测ET₀日值,这为大田作物的精细化灌溉管理提供理论与技术支持。     

基于无人机多光谱遥感估算西北半湿润区葡萄基础作物系数研究

为提高西北半湿润区葡萄园蒸散量的估算精度，以波文比系统实测蒸散量ET_c为基础，基于彭曼公式法计算参考作物蒸散量ET_o,得到葡萄作物系数K_c后，采用FAO-56双作物系数法计算土壤蒸发系数K_e与水分胁迫系数K_s,获得基础作物系数K_cb;同时利用无人机多光谱遥感影像获取葡萄光谱数据，提取多个波段反射率计算4种植被指数(归一化植被指数NDVI、土壤调节植被指数SAVI、比值植被指数RVI、差值植被指数DVI),建立葡萄K_cb与植被指数的关系模型(一元线性回归、多项式回归、多元线性回归),从而计算葡萄园实际蒸散量用以验证无人机多光谱遥感估算葡萄K_cb的精度。结果表明：(1)相同建模方法下，植被指数与K_cb的模型拟合精度受到其种类与葡萄生长时期的影响。在生育前期，利用一元线性回归建模得到的K_cb-VI_s模型拟合精度表现为NDVI>RVI>SAVI...     

不同种子处理方法下长枝木霉T6菌株对小油菜促生作用及生理特性的影响

为了明确长枝木霉T6菌株(Trichoderma longibrachiatm)对小油菜(Brassica chinensis)促生效果及生理特性的影响，通过水琼脂培养法、浸泡法和灌根法进行种子处理，并测定了长枝木霉T6菌株及其孢子悬浮液和发酵滤液处理后小油菜种子活性、根系发育及幼苗叶绿素和可溶性蛋白含量的变化情况。结果表明：与对照相比，采用水琼脂培养法，接种长枝木霉T6菌株后小油菜种子发芽率、发芽指数、胚根长度、胚芽长度、幼苗鲜重和干重相对增长率分别为2.51%、20.55%、70.79%、21.98%、32.00%和30.00%,幼苗根系总投影面积、总根表面积、平均根系直径、总根体积和根尖数相对增长率分别为58.49%、58.79%、18.18%、100.00%和77.88%;采用种子浸泡法，浓度为1.0×10⁷ cfu·mL^-1长枝木霉T6菌株孢子悬浮液处理后显著提高了小油菜种子发芽率、发芽指数、胚根长度、胚芽长度、幼苗鲜重和干重，其相对增长率分别为2.06%、19.60%、82.21%、43.36%、31.58%和40.00%,根系总...     

不同湿润比下滴灌土壤入渗特性模拟试验研究

为了研究滴头流量和设计湿润比对土壤水分运移规律及湿润体特性的影响,前期利用粘壤土进行试验研究,然后依据非饱和土壤水动力学理论和滴灌条件下土壤水分运移特征,建立了土壤水分运动模型,利用HYDRUS-3D对不同湿润比下滴灌土壤入渗模型进行求解。通过所建模型,对11个观测点的模拟结果与实测结果进行了对比,得出灌水结束时各观测点模拟与实测含水率的相对误差均小于10%,实测与模拟湿润比的相对误差为4.75%~11.78%。利用所建模型对不同情景下湿润体运移规律进行了模拟,获得了湿润体特征变化规律:滴头流量主要影响水平湿润锋的运移距离,而设计湿润比对垂直湿润锋运移距离的影响较大;滴头流量相同时,设计湿润比越大,湿润体内平均含水率越大,高含水区(含水率0.410 cm~3·cm~(-3))半径也越大;设计湿润比相同时,湿润体内含水率高于0.410 cm~3·cm~(-3)的湿润半径随流量增大而增大。     

Canopy height‐to‐row spacing ratio as a simple and practical onsite index to determine the time for terminating Ipomoea coccinea control in the Japanese soybean‐growing systems

In order to determine the time for terminating Ipomoea coccinea control in Japanese soybean‐growing systems, the relationship between the relative photosynthetic photon flux density at the emergence time of I. coccinea seedlings and their fate in competition with a Japanese determinate soybean cultivar, “Hatayutaka”, was investigated. A 2 year field study was conducted, in which I. coccinea was seeded at 0, 5 and 7 weeks after seeding of the soybean in 2010 and once per week between 0 and 7 weeks after seeding in 2011, while soybean was seeded in six plots at three different seeding times and two different row‐spacing arrangements with the same intrarow spacing. The results showed that the I. coccinea seedlings that emerged at a relative photosynthetic photon flux density of <49% grew weak or died. At this value, the canopy height‐to‐row spacing ratio of soybean was very stable, regardless of the row spacing, in both study years. This ratio was also stable when tested on 11 different soybean cultivars that covered all cultivation areas of Japan and had various growth speeds during the early growing period. A canopy height‐to‐row spacing ratio of 1.0 could be a simple and practical onsite index for determining the time to terminate I. coccinea control in Japanese soybean‐growing systems.     

基于随机森林算法构建白眉野草螟监测预警模型

为科学防治白眉野草螟Agriphila aeneociliella,以16种气象因子为自变量,以白眉野草螟发生程度为因变量,采用随机森林算法构建白眉野草螟的监测预警模型,并利用构建的模型对2010—2016年影响鲁东地区白眉野草螟发生程度的关键气象因子进行分析。结果表明,当特征值为9,决策树数量为400时,白眉野草螟监测预警模型的袋外估计错误率最低,为17.88%,轻度发生和重度发生的错误率分别为17.58%和18.18%。利用测试数据检验模型,模型错误率为20.00%。通过所构建的模型分析显示影响鲁东地区白眉野草螟发生程度的关键气象因子为平均水汽压、日最低气温、平均气温和日最高气温,其Gini值分别为18.82、14.84、13.67和9.30。     

Comparison of empirical models depicting density of Amaranthus retroflexus L. and relative leaf area as predictors of yield loss in maize (Zea mays L.)

The outcome of crop-weed competition should be predicted as early as possible in order to allow time for weed control measures. Maize grain yield losses caused by interference from Amaranthus retroflexus L. (redroot pigweed) were determined in 1991 and 1992. The performance of three empirical models of crop-weed competition were evaluated. Damage functions were calculated based on the weed density or relative leaf area of the weed. In the yield loss-weed density model, values of I (percentage yield loss at low weed density) were relatively stable for similar emergence dates of A. retroflexus across years and locations. Estimated maximum yield loss (A) was more variable between locations and may reflect environmental variation and its effect on crop-weed competition, at least in 1991. The two-parameter yield loss-relative leaf area model, based on m (maximum yield loss caused by weeds) and q (the relative damage coefficient) gave a better fit than the single-parameter version of the model (which includes only q). In both relative leaf area models, the values of q varied between years and locations. Attempts to stabilize the value of q by using the relative growth rate of the leaves of the crop and weed were successful; however, the practical application of such relative leaf area models may still be limited owing to the lack of a method to estimate leaf area index quickly and accurately.     

棉铃虫四个丝氨酸蛋白酶抑制剂基因的克隆与表达分析

为明确棉铃虫Helicoverpa armigera丝氨酸蛋白酶抑制剂（serine protease inhibitor,serpin）的种类及其表达特性,利用PCR技术克隆棉铃虫的serpin基因,使用生物信息学软件预测其结构并进行系统进化分析,采用实时荧光定量PCR（real time quantitative PCR,RT-qPCR）技术比较serpin基因在棉铃虫不同发育阶段和组织中的表达量及取食Cry1Ac后其表达量的变化。结果表明,共获得serpin-a、serpin-b、serpin-c、serpin-e四个棉铃虫serpin基因,全长为1 119~1 254 bp,编码373~418个氨基酸,均包含一段具有反应中心环的保守结构域,且与斜纹夜蛾Spodoptera litura、草地贪夜蛾S.frugiperda等鳞翅目昆虫serpin的同源性较高。serpin-a和serpin-e在棉铃虫4龄幼虫期的表达量最高,serpin-b和serpin-c分别在成虫期和蛹期表达量最高。serpin-a在中肠和围食膜中表达量最高,serpin-b在头、中肠和表皮中表达量最高,serpin-c在头部表达量最高,serpin-e在中肠和血淋巴中的表达量显著高于其他组织。棉铃虫取食低浓度Cry1Ac后,中肠的serpin-b和serpin-e的表达量显著增加。推测不同serpin基因在棉铃虫不同发育时期和组织中可能发挥不同的作用,其中serpin-b和serpin-e可能参与棉铃虫对Cry1Ac的解毒过程。