基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别

针对花生荚果人工分级效率低、机械分级不精确等问题，该研究提出一种基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别方法。利用翻转、旋转、平移、对比度变换和亮度变换等操作，对获取的5个等级花生荚果图像进行数量扩充和预处理，得到花生荚果等级图像数据集；对比分析了GoogLeNet、ResNet18和AlexNet 3种基本模型下花生荚果图像分级识别的性能；通过迁移AlexNet卷积层对花生荚果等级识别模型进行了改进，用批归一化替换局部响应归一化且将激活函数置于批归一化层前后不同位置，设计了4种不同的识别训练模型；对改进的4种AlexNet模型进行迁移学习对比试验和超参数学习率优化试验，研究了非饱和激活函数和改进的非饱和激活函数对模型性能的影响。试验结果表明，在满足测试精度的基础上AlexNet模型所用训练时间最少；基于AlexNet的改进模型的迁移学习中学习率是需要优化的超参数，合适的学习率能够加快模型的训练并提升识别能力；改进模型中批归一化的引入及网络参数的减少，缩减了220 s训练时间，模型性能提高。所构建的花生荚果等级识别模型（Penut_AlexNet model，PA模型）对花生荚果5个等级分类识别准确率达到95.43%，该模型对花生荚果等级识别具有较高的准确率，也可为其他农产品精确分级提供参考。     

土壤酸胁迫下不同花生品种(系)钙吸收、分配及钙效率差异

为明确不同花生品种(系)对土壤酸胁迫的响应差异及其机制,本试验在大田条件下,酸化土壤(pH值4.2)及正常土壤(pH值6.0,对照)中比较了19个花生品种(系)产量、主要农艺性状及钙吸收特征等指标的差异。结果表明,酸胁迫条件下,多数花生品种(系)植株钙含量显著下降,较对照平均降低0.18个百分点;酸胁迫降低了生殖体(果针、果壳、籽仁)中钙累积,而整株及营养体(根、茎、叶)钙累积量平均值与对照相差不大,表明酸胁迫主要抑制了果针和荚果对钙的吸收,对根系钙吸收影响较小;此外,酸胁迫显著降低了荚果、籽仁钙利用效率。酸胁迫导致花生徒长,胁迫处理植株干物重平均比对照增加31.2%,其中营养体及针壳增幅明显,籽仁干重下降显著。酸胁迫导致花生荚果性状变劣,酸胁迫下出仁率和空秕率平均值较对照分别降低45.5和55.5个百分点,百果重和荚果产量分别降低70.2%和60.4%。不同品种(系)耐酸系数变幅为0.002~0.548。按照耐酸系数,将供试品种(系)分成耐酸型、中间型及酸敏感型三类,其中L2010和花育32两品种(系)为耐酸型;酸胁迫下荚果产量、出仁率、籽仁钙累积量、荚果钙利用率及籽仁钙利用率等指标与耐酸系数呈极显著正相关,空秕率与耐酸系数呈极显著负相关。本研究为耐酸花生品种选育及酸化土壤花生高产栽培提供了理论依据。     

特殊种皮颜色花生杂种优势的研究

选用 6个具有特殊种皮颜色的花生种质材料搭配 1 0个杂交组合 ,测试了F1代 3个农艺性状、7个产量性状的杂种优势。结果表明 :特色花生杂交测试的农艺性状 ,主茎高表现杂种优势最强 ,产量性状 ,单株果重、单株仁重等综合性状杂种优势较强 ,各有 8个组合表现超亲优势 ,超亲优势率分别为 7 1 %～ 73 4%和 1 2 1 %～71 5% ;组合间杂种优势强度也有明显差异 ,总的看白皮花生母本效应较强 ,与红皮花生做母本比较 ,除饱果数平均杂种优势指数略低外 ,其余各性状均有较大幅度提高。     

花生根和荚果对外源钙的吸收特性研究

为了明确花生根和荚果对外源钙的吸收特性,本研究选取对钙敏感性不同的豫花37和豫花23为试材,利用自主研发的花生根果分区培养装置开展试验,设置不施钙(CK)、根区施0.20 g·kg^-1CaO(RL)、根区施0.80 g·kg^-1 CaO(RH)、荚果区施0.20 g·kg^-1CaO(PL)、荚果区施0.80 g·kg^-1 CaO(PH)共5个处理,探究根区和荚果区不同外源钙处理对土壤钙含量、花生生长发育及产质量、钙吸收积累分配特征的影响。结果表明,饱果成熟期,同一基因型花生根区施钙土壤钙含量低于荚果区相同施钙量处理,且以酸溶态钙为主,占土壤全钙的37.97%~64.52%;与根区施钙相比,荚果区施相同量的外源钙提高了花生的饱果数、出仁率和荚果产量,降低了籽仁可溶性糖含量,增加了油酸/亚油酸比值(O/L)和粗蛋白、粗脂肪、蛋氨酸、赖氨酸的含量;根区施钙花生根茎叶的吸钙量占花生植株总吸钙量的87.39%~91.11%,果壳和籽仁占8.89%~12.61%,荚果区施钙花生根茎叶占74.10%~84.85%,果壳和籽仁占15.15%~25.90%;与根区施钙相比,荚果区施钙显著提高了钙利用效率,豫花37荚果和籽仁钙利用效率分别提高了42.35%~49.28%和37.73%~43.89%,豫花23分别提高了32.43%~46.17%和21.05%~47.09%。总体来看,荚果区施钙较根区施钙显著提高了花生产质量和钙的利用效率。本研究结果为指导花生钙肥施用提供了理论依据。     

昆虫病原线虫与根瘤菌配合使用在花生栽培上的应用

为了探索昆虫病原线虫与根瘤菌配合使用的可行性,在室内测试了根瘤菌对昆虫病原线虫(Heterorhabdits bacteriophora,Taishan strain H06)存活及侵染率的影响;同时探究了在大田条件下花生不同生育时期,根瘤菌和昆虫病原线虫配合使用对花生植株性状、荚果产量及防治花生蛴螬的影响。结果显示:不同浓度的根瘤菌剂对线虫的存活均无亚致死作用,对线虫的致死率无明显影响;在结荚期,播种时接种根瘤菌的叶片厚度、重量及面积比对照分别提高了38.53%、16.75%和26.22%。结荚期施用H06线虫对蛴螬的防治效果达80.78%,显著高于其他处理的防治效果(38.78%)。播种期接种根瘤菌+结荚期施用线虫的处理使花生总荚数、荚果重和百粒重比对照分别提高了141.51%、220.66%和9.88%。因此,在实际应用中,建议将播种期接种根瘤菌与结荚期施用H06线虫配合使用,可起到防虫固氮双重效果,进而提高花生产量的目的。     

花生辐照变异新品系的选育

为丰富花生遗传基础,克服栽培遗传多样性差、高产优质专用新品种培育难以获得突破性进展的困难,本试验以花生品种鲁花11号干种子为诱变材料,采用~(60)Co-γ射线辐照处理,研究突变体后代性状表现。结果表明,突变体Y-21的M_2明显变异和分离,部分单株荚果明显变大,内种皮突变为金黄色。后代跟踪观察发现大果和金黄色内种皮能够遗传。对M7产量和品质的鉴定结果表明,从Y-21后代中选出的2个品系(大果和金黄色内种皮)Y-21-2-4和Y-21-3-2,其荚果形状、大小,籽仁形状,种皮和内种皮颜色等均符合传统出口型大花生的要求,且产量较高,其中Y-21-2-4比鲁花11号增产13.79%,比山东省区对照品种花育25号增产6.19%~7.70%,粗脂肪含量比鲁花11号高1.8个百分点,比花育25号高5.1个百分点。本研究获得的突变品系为花生育种及遗传研究提供了材料。     

基于激光散斑的梨缺陷与果梗/花萼的识别

为了测试利用激光散斑技术区分梨的缺陷与果梗/花萼的可行性,建立了激光散斑图像采集系统,对皇冠梨缺陷(腐烂)部位以及完好部位(花萼/果梗,无缺陷部位)分别进行了激光散斑图像的采集。利用Fujii方法(Fujii’s method)和加权广义差分方法(weighted generalized differences,WGD)对512幅散斑图像进行分析,对得到的Fujii和WGD结果图进行灰度共生矩阵特征提取,分别提取了角二阶矩、熵、惯性矩和相关性相应的均值及标准差,共计16组特征量。利用ROC曲线(receiver operator characteristic curve,ROC)进行特征量选取,结合约登指数测试单一特征量的分类效果,并利用二元logistic回归方法对所选特征量两两组合进行分析,结果显示基于WGD方法得到的角二阶矩均值与相关性标准差相结合在区分缺陷时效果最好,建模和预测准确率均达到了97.5%。试验的结果表明利用激光散斑图像方法对梨缺陷与果梗/花萼进行识别是可行的。     

4HJL-2型花生联合收获机摘果机构的设计与试验

为适应4HJL-2型花生联合收获机摘果作业的要求,该文设计了一种螺旋圆弧面板式摘果机构,并对该4HJL-2型花生联合收获机中螺旋圆弧面板式摘果机构进行研究,通过试验建立了摘果机构参数与各试验指标之间的数学模型,并进行了动平衡和田间试验。结果表明,该螺旋圆弧面板式摘果机构可以对花生进行有效摘果,在最优工作参数：摘果搅龙长度168 cm、转速595 r/min、面板宽度47 cm时摘果率99.25%,破碎率0.234%,生产效率1 098.21 kg/h,均符合花生摘果机行业标准（NY/T 993-2006）,满足实际生产要求。研究结果可为花生联合收获机的开发研究提供参考。     

膜下滴灌花生适宜追肥时期和次数研究

[目的]为建立节水省肥高效花生栽培技术体系,本文研究了膜下滴灌追肥时期和次数对花生生长发育和产量的影响,明确膜下滴灌条件下花生高产栽培适宜的追肥时期和次数,探究出适用于花生生产的高效水肥一体化管理方式。[方法]于2017年在青岛农业大学胶州现代科技示范园,以花生品种青花7号为试材,进行了一垄双行膜下滴灌施肥田间试验。以不灌水不追肥为对照(CK),在花生生育期间施肥总量相同的前提下,设置7种追肥方式,分别为:花针期追施1次肥(N),结荚期追施1次肥(P),饱果期追施1次肥(F),花针期和结荚期分别追施1次肥(NP),花针期和饱果期分别追施1次肥(NF),结荚期和饱果期分别追施1次肥(PF),花针期、结荚期和饱果期分别追施1次肥(NPF),共8个处理。分别于花针期施肥前1天和施肥后12天、结荚期施肥前1天和施肥后12天、饱果期施肥前1天和施肥后12天、收获期取样,调查入土果针数和未入土果针数、单株荚果数。在收获期测定荚果产量、百果重、百仁重、荚果数、籽仁重、出仁率。[结果]就追肥时期而言,追肥效果为花针期>结荚期>饱果期;就追肥次数而言,2~3次追肥效果优于1次追肥。花生生育期间只追肥1次的情况下,以花针期追肥增产幅度最高,结荚期追肥次之,饱果期追肥最低,分别较对照增产18%、15%和8%;花生生育期间追肥2次,则以花针期和结荚期追肥增产幅度最高,花针期和饱果期追肥次之,结荚期和饱果期追肥最低,分别较对照增产38%、24%和20%;花生生育期间追肥3次(花针期、结荚期和饱果期),较对照增产27%。各处理比对照花生百果重分别增加5%、6%、7%、15%、11%、11%、15%;百仁重分别增加1%、3%、2%、5%、5%、6%和7%;荚果数分别提高23%、21%、17%、51%、30%、36%和49%;籽仁重分别提高14%、21%、18%、43%、23%、27%和30%;出仁率分别提高5%、2%、2%、5%、3%、3%和5%。[结论]在本试验条件下,追肥时期越早、前期追肥量越大越有利于促进花生果针的形成、入土和结果。综合考虑滴灌追肥成本及效益,花生生育期内追肥2次,即在花针期和结荚期追肥对花生生长和产量表现最优,可作为花生水肥一体高效施肥管理措施。     

土壤施硒对覆膜花生相关性状的影响

在覆膜条件下,研究土施硒肥对不同花生品种开花期和结荚期生理特性、农艺及产量性状的影响。结果表明,土施硒肥对3个花生品种结荚期的生理特性(黑玉珍的叶片POD活性除外)和农艺性状影响不大,而开花期的生理特性和百果重、饱果率、单株果数和单株生产力等产量性状较对照都显著提高,但不同花生品种间存在差异。其中,鲁花4号施硒后,其开花期叶片叶绿素a含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性都显著增加,产量性状中单株果数和单株生产力也分别较对照显著增加52.4%和90.8%,分别达12.8个和22.7 g;花育16号施硒后则表现开花期叶片叶绿素a、b、a+b含量和SOD、CAT活性增加显著,但产量性状方面增加未达到显著水平;黑花生品种黑玉珍在施硒后表现光合特性中叶绿素a、a+b含量增加达显著水平,而产量性状中的百果重、饱果率和单株生产力依次达166.9 g、95.2%和20.5 g,较对照分别显著增加37.5%、4.73%和64.0%。此外,开花期生理性状与产量性状相关分析结果进一步表明,叶片叶绿素a含量、叶绿素a/b与单株果数、单株生产力呈较大正相关,其中叶绿素a/b与单株果数相关达显著水平(0.9257),这说明在本试验覆膜条件下,就3个花生品种平均而言,土壤施硒提高了花生植株开花期的叶片光合性能和抗氧化酶活性,从而增加了单株果数和单株生产力,增加了花生产量,这为富硒花生高产高效栽培技术提供了一定的理论依据。建议在实际工作中,可以根据不同的花生品种采取相适应的配套硒肥施用技术,以达到最佳的节本增效目标。     

玉米果穗图像单一特征的品种鉴别力评价

寻找新的果穗性状并评价它们单独鉴别品种的能力,是玉米新品种特异性、一致性和稳定性（DUS）测试研究的重要内容。采集了4个品种各50个果穗的RGB图像,用图像处理法提取了4大类形态特征共计145个性状,逐一性状对品种进行判别分析,以性状的品种识别率表示性状鉴别品种的能力大小。单一性状的品种识别率变化在0.244～0.634之间,在前17个高鉴别力性状中,果穗长宽比等具有与指南性状同等的甚至更高的品种区分能力。单一性状的广义遗传力一般都小于0.66,且与鉴别力高度一致（y = 0.29 + 0.44x, r=0.897, P<0.01）。总体上,四大属性的鉴别力从大到小依次为形状类>纹理类>颜色类>大小类。从受试的145个特征中筛选出许多具有较高品种鉴别能力的性状,可望应用于玉米新品种DUS测试工作。     

基于无人机遥感影像的玉米苗期株数信息提取

准确、快速地获取玉米苗期株数对于育种早期决策起着至关重要的作用。该文利用2017年6月于北京市小汤山镇采集的无人机影像,首先对比分析RGB、HSV、YCbCr及L*A*B 4种色彩空间,变换优选HSV颜色模型对无人机影像前景(作物)与后景(土壤背景)进行分割,得到分类二值图。然后利用骨架提取算法及多次去毛刺处理等数学形态学流程提取玉米苗形态,得到高精度作物形态骨架,结合影像尺度变换剔除噪声影像,将影像分为多叶、少叶2类,经Harris、Moravec和Fast角点检测识别结果对比,Harris角点检测算法可以较好地提取玉米苗期影像的株数信息。结果表明,少叶类型识别率达到96.3%,多叶类型识别率达到99%,总体识别率为97.8%,将目前传统影像识别精度提高了约3%。同时在多个植株叶片交叉重叠覆盖的情况下,该文的研究方法有良好的适用性。通过无人机影像提取玉米苗期作物准确数目是可行的。该文采用了数学形态学的原理,通过HSV色彩空间变换得到的二值图,从无人机影像中识别提取玉米苗期形态信息,利用影像尺度缩放变换去除噪点,优化骨架识别算法使得识别精度大大提高,最后采用角点检测从无人机影像中直接读取玉米材料小区内的具体数目,该方法节省了人力物力,为田间大面积测定出苗率及最终估产提供了参考。     

像素自相关矩阵的阈值自适应角点检测算法

针对Harris角点检测算法中角点响应函数(corner response function,CRF)系数阈值与非极大值抑制系数阈值需要人为设定所造成的可变性和随机性等问题,该文提出一种通过计算图像每个像素的自相关矩阵行列式值,构造特征角点图像进行自适应阈值分割的改进Harris角点检测算法.该算法首先通过计算原图像经过方向滤波和低通滤波后各像素的自相关矩阵行列式值,以此构造特征角点图像;然后采用OTSU算法计算特征角点图像分割阈值,从而筛选出预选区域;最后结合改进的非极大值抑制方法提取有效角点.通过5组角点检测对比试验结果数据分析,不同类型图像的角点检测准确率均有提高,高分二号遥感影像的角点检测准确率提高27.06个百分点,可以初步得出,该算法相比传统Harris角点检测算法不但能够自动计算角点检测的最佳阈值,而且能够更准确地定位角点和去除边缘伪角点,从而提高了角点检测的精确度,该研究可为农业遥感影像数据检测提供参考.     

基于Census变换的双目视觉作物行识别方法

针对基于双目视觉技术的作物行识别算法在复杂农田环境下,立体匹配精度低、图像处理速度慢等问题,该文提出了一种基于Census变换的作物行识别算法。该方法运用改进的超绿-超红方法灰度化图像,以提取绿色作物行特征;采用最小核值相似算子检测作物行特征角点,以准确描述作物行轮廓信息;运用基于Census变换的立体匹配方法计算角点对应的最优视差,并根据平行双目视觉定位原理计算角点的空间坐标;根据作物行生长高度及种植规律,通过高程及宽度阈值提取有效的作物行特征点并检测作物行数量;运用主成分分析法拟合作物行中心线。采用无干扰、阴影、杂草及地头环境下的棉田视频对算法进行对比试验。试验结果表明,对于该文算法,在非地头环境下,作物行中心线的正确识别率不小于92.58%,平均偏差角度的绝对值不大于1.166°、偏差角度的标准差不大于2.628°;图像处理时间的平均值不大于0.293 s、标准差不大于0.025 s,能够满足田间导航作业的定位精度及实时性要求。     

湿涝胁迫对不同种质花生生长和农艺性状的影响

研究了花生营养生长末期至开花期根部淹没处理对18个不同耐涝性品种的影响.结果表明, 湿涝使多数花生品种株高降低, 单株分枝数、总果数与饱果数减少, 而果、仁生长得以促进且饱满度提高.经过湿涝处理后, 基于性状变化的品种聚类分析结果与基于产量变化的品种耐涝性分类有较高统一性(18个品种可归类为6个性状变化类型), 又有一定差异性, 即多数湿涝敏感品种的果、仁数量或重量性状不同步变化, 而经过湿涝生态压力选择选育的绝大多数耐性品种表现为株型变小, 果、仁数量或重量性状同步增长, 且饱果数率、饱果重率提高.说明耐湿涝生态育种是有成效的.在需水较多的生育期(营养生长末期至开花期), 只要有流水通过且花生植株顶部不被淹没, 湿涝的影响是有限的, 对多数耐涝品种甚至可促进果仁发育.因此, 对花生受洪涝灾害影响的评估, 应因湿涝程度、发育时期、品种耐性而异.     

耕作方式与土壤调理剂互作对花生产量和品质的影响

采用大田裂区随机区组设计试验,研究了耕作方式(垄作、平作)与土壤调理剂互作对花生产量及品质的影响。结果表明,垄作方式比平作方式花生增产5.7％~12.0％;无论是平作或垄作方式下,与对照相比,施用不同土壤调理剂均能使花生增产,增产幅度分别为7.4％~18.6％、5.6％~25.6％,不同土壤调理剂对花生增产的大小顺序为秸秆灰分>生物炭>腐植酸。垄作和土壤调理剂互作能显著增加花生的饱果数、百果重、出仁率、花生株高、侧枝长、分枝数和结果枝数,提高花生籽粒中的氮、磷和钾含量,增加花生蛋白质和粗脂肪的产量。本试验条件下,采用起垄与增施秸秆灰分互作的处理的花生产量、蛋白质产量和粗脂肪产量均最高。     

甘蓝型油菜EMS诱变后代农艺性状观察及分子检测

利用不同浓度甲基磺酸乙酯(EMS)溶液处理甘蓝型油菜常规品种川油20和渝黄1号选系种子,结果表明:EMS对成苗率的抑制作用随着浓度的增加而增强,浓度1.0%为半致死量。M1中出现叶片卷曲、皱缩、黄化、双茎、扁茎和植株矮化等变异性状;M2中筛选到双茎、长角、多分枝等变异性状。对M2长角果等产量性状变异株进行考察,结果表明变异株角果长度(果身和果喙)高于对照,有效分枝数、有效角果、角果粒数和千粒重高于对照,一次分枝高度低于对照。对变异株进行SSR分析表明,变异株与对照在电泳条带上表现出多态性,进一步证明了变异的真实性。     

单粒精播对夏直播花生生育生理特性和产量的影响

为探明单粒精播对夏直播花生的个体发育和群体结构以及产量的影响,以‘花育22号’花生为试验材料,研究了麦茬夏直播花生单粒精播(SS)和双粒穴播(DS)在相同密度条件下的植株发育动态、叶片生理特性和产量及其构成因素的差异。结果表明:夏直播花生单粒精播在生育前期的主茎高和侧枝长均高于双粒穴播,而在生育后期则低于双粒穴播,但差异不显著。单粒精播在各个生育期的主茎节数、主茎绿叶数、分枝数和叶面积指数均高于双粒穴播,尤其是分枝数差异显著。夏直播花生单粒精播在饱果期和成熟期的叶片SOD、POD、CAT活性和叶绿素含量以及净光合速率均高于双粒穴播,而其MDA含量低于双粒穴播,其中在成熟期除了CAT活性差异不显著外,其余指标均显著差异。夏直播花生单粒精播的单株饱果数增多,单株果重增加,荚果产量显著高于双粒穴播。夏直播花生荚果产量与单株果重和叶片净光合速率极显著正相关,与经济系数、主茎绿叶数、叶面积指数和叶绿素含量呈显著正相关。     

不同生育期水分亏缺耦合施氮量对花生光合特性和品质的影响

为探究不同生育期水分亏缺和施氮量对花生光合特性、产量及品质的影响，于2020和2021年设置测坑裂区试验，研究充分灌溉（IF，灌水下限为田间持水率的70%～75%）和调亏灌溉（IRD，花针期和饱果期控水下限均为田间持水量的55%～60%）下，施氮量（0（N0）、50（N50）、100（N100））kg/hm2）对花生光合速率、蒸腾速率、产量及品质的影响。研究结果表明，与充分灌溉相比，花针期调亏灌溉降低了花生叶片光合速率和蒸腾速率；结荚期复水后，由于补偿效应，调亏灌溉处理的光合速率和蒸腾速率均高于充分灌溉。调亏灌溉耦合100 kg/hm2氮肥处理（IRDN100）显著提高了花针期和结荚期的光合速率和蒸腾速率（P?0.05），且花生产量最高，较传统水氮处理（IFN100）2 a平均提高了13.4%（P?0.05）。与传统水氮处理相比，IRDN100处理生产的花生具有相对较高的蛋白质、油脂、油酸、亚油酸含量及油亚比，即出油量和储存品质均较好。因此，IRDN100处理不仅能节水增产，还能改善花生品质，可为干旱半干旱地区实现花生节水提质增效生产目标提供理论参考。