Sentinel-2影像和BP神经网络结合的小麦条锈病监测方法

选用包含红边等多种不同波段信息的多光谱卫星数据,为区域尺度上展开作物病害监测研究提供更加丰富有效的信息,相比于常规的宽波段卫星遥感影像,搭载红边波段的Sentinel-2影像对作物病害胁迫更加敏感,能显著提高模型精度。该文以陕西省宁强县小麦条锈病为研究对象,基于Sentinel-2影像共提取了26个初选特征因子:3个可见光波段反射率(红、绿、蓝)、1个近红外波段反射率、3个红边波段反射率、14个对病害敏感的宽波段植被指数和5个红边植被指数。结合K-Means和ReliefF算法筛选病害敏感特征,最终筛选出3个宽波段植被指数,包括:增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)、结构加强色素指数(structure intensive pigment index,SIPI)、简单比值植被指数(simple ratio index,SR),2个红边波段植被指数:归一化红边2植被指数(normalized red-edge2 index,NREDI2)、归一化红边3植被指数(normalized red-edge3 index,NREDI3)。利用BP神经网络方法(back propagation neural network,BPNN),分别以宽波段植被指数和宽波段植被指数结合红边波段指数作为输入变量构建小麦条锈病严重度监测模型,对比2种模型的监测精度。结果显示,基于宽波段植被指数结合红边波段植被指数的监测模型的总体精度达到83.3%,Kappa系数0.73,优于仅基于宽波段植被指数特征所建监测模型的精度73.3%,Kappa系数0.58。说明红边波段能够为病害监测提供有效信息,采用宽波段植被指数和红边波段植被指数相结合的方法能够有效提高作物病虫害监测模型精度。     

基于GF-1/WFV数据的冬小麦条锈病遥感监测

条锈病是冬小麦常见病害,利用遥感影像对条锈病病害区域进行准确监测具有重要意义。该文利用GF-1/WFV影像,结合条锈病地面光谱数据分析,采用冬小麦条锈病遥感监测指数(wheat stripe rust index,WSRI)对河南西华县冬小麦条锈病发病范围进行了估测。首先,利用冬小麦NDVI加权指数(weighted NDVI index,WNDVI)获取冬小麦种植区域。其次,利用影像4个波段反射率之和提取不同冬小麦品种的分布范围,值较高的为条锈病高抗品种(郑麦系列),较低的则是条锈病易感品种(矮壮系列)。再次,构建冬小麦条锈病指数(wheat stripe rust index,WSRI),结合地面实地调查的条锈病分布数据,通过设定合理的WSRI指数划分阈值,提取条锈病染病区域并进行精度验证。结果表明,研究区内小麦条锈病空间分布识别的总体精度在84.0%以上,具有区域监测应用的潜力。该方法简单,可操作性强,表明宽波段GF-1影像结合WSRI指数的技术,是一种比较可行的小麦条锈病遥感监测方案。     

冬小麦条锈病的光谱特征及遥感监测

该文通过人工田间诱发不同等级条锈病，在不同生育期内对不同发病等级(不同病情指数)的冬小麦条锈病冠层光谱进行测定，并同步进行条锈病病情指数的调查。定性和定量地分析了病害区与对照区处理的冬小麦冠层光谱在绿光区、黄光区和近红外区反射特征差异及叶绿素含量变化；并将病情指数及光谱数据进行相关分析，研究表明：630～687nm、740～890 nm及976～1350 nm为遥感监测条锈病的敏感波段；绿光区、近红外平台处及黄光区的冠层光谱反射率分别随病情的加重呈明显的上升、下降与上升趋势；条锈病的红边发生蓝移；叶绿素含     

基于冠层光谱特征的冬小麦产量估算研究

快速准确的粮食作物产量估算对于国家制订粮食政策和农业可持续发展具有重要意义。利用地面高光谱遥感的优点,获取作物冠层的精细光谱,并根据植被绿峰、红边、水汽吸收波段、近红外反射峰及短波红外反射峰等特征构建高光谱指数,从而对冬小麦产量进行预测。结果表明:可见光波段、近红外波段和短波红外波段的光谱反射率与产量从返青期到抽穗期分别达到显著负相关、显著正相关和显著负相关水平;通过分析光谱参量与产量的关系,由植被红边与近红外波段反射峰所定义的归一化植被指数(NDVI)与产量的统计相关特征在所有生育期都是极显著水平,统计相关性优于其他光谱参量,利用该参量所构建的非线性模型估产效果最好,可见利用NDVI指数进行产量预报效果更好。     

基于分数阶微分光谱指数的小麦条锈病遥感监测模型构建

为提高小麦条锈病的遥感监测精度,该研究利用分数阶微分能够突出光谱的细微信息以及描述光谱数据间微小差异的优势,在对条锈病胁迫下小麦冠层光谱数据进行分数阶微分处理的基础上,构建了两波段和三波段分数阶微分光谱指数,并将其应用于小麦条锈病的遥感探测。研究结果表明,1.2阶次微分光谱与小麦条锈病冠层病情严重度的相关性最高,较原始反射率光谱、一阶微分光谱和二阶微分光谱分别提高了20.9%、3.9%和20.5%;基于分数阶微分光谱指数的最优分数阶次及其对应波长构建的三波段分数阶微分光谱指数对小麦条锈病的探测能力优于两波段分数阶微分光谱指数,其中分数阶微分光化学指数与冠层病情严重度的相关系数达到0.875;以分数阶微分光谱指数为自变量构建的高斯过程回归（Gaussian Process Regression,GPR）模型对小麦条锈病冠层病情严重度的预测精度优于反射率光谱指数,其训练数据集及验证数据集病情指数（Disease Index,DI）预测值和实测值间的决定系数较反射率光谱指数分别提高了3.8%和19.1%,该研究结果对进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测具有重要意义。     

冬小麦灌浆期蚜虫危害高光谱特征研究

为了有效控制农业生产中麦蚜的危害,提高利用遥感技术对麦蚜监测预报的时效性,在冬小麦蚜虫发生的关键生育时期（灌浆期）,获取了26个地面调查点的蚜害等级和冠层光谱数据。对比分析了不同蚜害等级的冠层光谱,发现随着蚜虫危害程度的加重,在可见光、近红外和短波红外波段的冬小麦冠层反射率均逐渐减小。通过进一步筛选各波段范围的最敏感波段,初步构建了冬小麦蚜害高光谱指数,并建立了蚜害高光谱指数与蚜害等级的遥感反演模型。结果表明,该模型可以用来反演灌浆期冬小麦的蚜害等级,为高光谱遥感识别和监测冬小麦灌浆期蚜虫危害提供理论依据。     

利用新型光谱指数改善冬小麦估产精度

基于冬小麦返青期至乳熟期8次采样的地面光谱数据和收割时的产量数据,首先,利用光谱反射率与产量进行了统计分析,可见光波段的光谱反射率与产量在起身后期才达到稳定的显著负相关水平;近红外波段的光谱反射率与产量在所有生育期都表现出稳定的显著正相关;短波红外波段的光谱反射率与产量在进入灌浆期后才达到稳定的显著负相关水平.其次,根据冬小麦冠层光谱的波形特征,利用近红外波段890 nm反射峰、980 nm和1 200 nm两个弱水汽吸收谷、短波红外1 650 nm和2 200 nm反射峰,设计归一化差值光谱指数,并与冬小麦产量进行相关分析,结果表明:利用上述波段组合定义的归一化差值光谱指数与产量在各个生育期都达到了显著或极显著相关水平,而归一化差值植被指数(NDVI)与产量间的相关在营养生长阶段不显著.最后,以(890 nm,1200 nm)弱水汽吸收光谱指数为例,建立了各个生育期的产量预报模型,为实现冬小麦营养生长期长势监测与更早、更可靠的产量预报提供了依据.     

基于卫星光谱尺度反射率的冬小麦生物量估算

为探索基于光学卫星遥感数据的冬小麦地上生物量估算方法,本研究通过3年田间试验,获取冬小麦4个关键生育期（拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期）和3种施氮水平下的地上生物量以及对应的近地冠层高光谱反射率数据。通过将高光谱数据重采样为具有红边波段的RapidEye、Sentinel-2和WorldView-2卫星波段反射率数据,构建任意两波段归一化植被指数。同时,将卫星波段反射率数据与6种机器学习和深度学习算法相结合,构建冬小麦生物量估算模型。研究结果表明：任意两波段构建的最佳植被指数在冬小麦开花期对生物量的敏感性最强（决定系数R2为0.50～0.56）。在不同施氮水平条件下,高施氮水平增强了植被指数对生物量的敏感性。Sentinel-2波段数据所构建的植被指数优于其他两颗卫星波段数据。对6种机器学习和深度学习算法,总的来说,基于深度神经网络（Deep Neural Networks,DNN）算法所构建的模型要优于其他算法。在单一生育期中,在拔节期（R2为0.69～0.78,归一化均方根误差为26%～31%）和开花期（R2为0.69～0.70,归一化均方根误差为24%～25%）的估算精度最高。Sentinel-2波段数据与DNN算法结合的估算精度最高,在全生育期中预测精度R2为0.70。施氮水平的提高同样增强了DNN模型的估算精度,3颗卫星波段数据在300 kg/hm2施氮条件下的预测精度R2都在0.71以上,均方根误差小于219 g/m2。研究结果揭示了光学卫星遥感数据在不同生育期和施氮条件下估算冬小麦生物量的潜力。     

粮豆轮作遥感监测对卫星时空及谱段指标的需求分析

该文面向粮豆轮作遥感监测卫星数据需求,针对最小监测地块、作物类型、时效性的要求,分别对不同空间分辨率影像识别能力、不同波段组合识别能力、最高云覆盖区域晴空获取能力3个方面进行分析,提出了光学遥感卫星理想的空间分辨率要优于0.3 m,光谱设置可以采取基本波段(蓝、绿、红、近红)+红边或者基本波段(蓝、绿、红、近红)+短波谱段2种方式,重访周期要达到3 d以内。在上述指标满足条件下,能够对中国普遍存在的0.3 m宽度田埂进行有效识别,从而达到地块识别的目标;能够利用作物红边、短波谱段特征的差异,对生长中期玉米、大豆进行有效识别,达到粮豆轮作主要作物类型识别的目的;以3 d的重访周期,可以最大限度获取覆盖中国全国区域的晴空有效影像,在数据源获取上保证粮豆轮作业务化作业能力。该研究可为满足中国粮豆轮作等农情遥感监测需求的农业监测卫星研制及相应指标规定提供参考。     

基于LISS4数据的小麦氮素营养状况反演研究

利用LISS4卫星遥感数据在小麦氮素营养状况监测方面进行了初步研究。根据搭载多光谱传感器LISS4的IRS-P6的过境周期,2006年5月3日在江苏省盐城地区进行同步地面取样测试,通过分析试验点小麦LISS4影像光谱信息与小麦叶面积指数及叶片氮含量的相关关系,发现小麦叶面积指数和叶片氮含量与LISS4影像三个波段反射率及植被指数RVI、NDVI、GNDVI均密切相关,表明利用LISS4遥感影像监测小麦氮素营养状况是可行的。比较不同波段原始反射率和植被指数,在本研究中LISS4影像波段4反射率与小麦氮素营养状况相关最密切。检验结果也表明利用LISS4影像波段4反射率估测小麦氮素营养状况是可行的。研究成果为利用遥感技术大面积监测小麦氮素营养状况和实施精确栽培管理提供了理论依据。     

我国滑坡、崩塌的区域特征、成因分析及其防御

论述了我国滑坡、崩塌的区域分布特征,滑坡和崩塌的危害程度,滑坡和崩塌类型和成因分析,并且提出了灾害的防御措施,以期达到环境保护成为社会发展过程中的一个重要组成部分。     

硒、钴单施和配施对苜蓿生长及产量的效应研究

为探讨硒、钴在提高苜蓿生长影响,在河南省沿黄滩区,开展了硒、钴单施和配施下对紫花苜蓿生长以及产量和品质影响研究。结果表明,硒、钴单施和配合基施均能够显著提高苜蓿从现蕾到开花期的净光合能力,降低呼吸消耗,提高单位叶面积干物质的生产速率,有利于苜蓿花前青干草生产和果实发育;其中,以硒570 g/hm2、钴762g/hm2配施下效果显著,青干草增产8.06%,种子千粒重可提高12.85%。单施钴和硒钴配施还能促进0—20 cm耕层苜蓿根瘤菌的生长和积累,增强苜蓿的固氮能力。说明硒钴合理基施对苜蓿青干草和优质种子生产具有很好的应用效果。     

Hydroxy-Al complexes of montmorillonite and vermiculite and identification of intergrades of montmorillonite-chlorite and vermiculite-chlorite in soils

Much evidence has indicated that the occurrence of montmorillonite and vermiculite containing Al-interlayers is very common in solis, particularly acid soils. Viewed in the light of soil clay minerology, it would be required to investigate the properties of their original minerals. For the latter purpose, the Al-interlayer has been removed prior to the Mg-glycerol,K-saturation and heating tests for identification of montmorillonite and vermiculite. Its removal has been accomplished in sevsral ways; KOH plus KCl (1), NH₄F, KCl plus HCl (2), Na-citrate (3),400C de hydroxylation-NaOH (4) dissolution. Although these methods are effective for the removal of Al-interlayers, they seem drastically to affect the minerals or are time-consuming. Inthe course of the study of hydroxy-Al interlaid complexes of expanding 2:1 layer lattice clay minerals, the authors have noticed the difference between the (001) spacings of hydroxy-Al complexes of montmorillonite and vermiculite; the former exhibited the 20 A basal spacing at room temperature against the 14 A spacing of the latter. This difference might be useful for differentiating montnmorillonite-chlorite intergrades in soils.     

铁铝氧化物和高岭石对转化酶的吸附及活性的影响

Experiments were conducted to study the influences of synthetic bayerite, non-crystalline aluminum oxide (N-AlOH), goethite, non-crystalline iron oxide (N-FeOH) and kaolinite on the adsorption, activity, kinetics and thermal stability of invertase. Adsorption of invertase on iron, aluminum oxides fitted Langmuir equation. The amount of invertase held on the minerals followed the sequence kaolinite > goethite > N-AlOH > bayerite > N-FeOH. No correlation was found between enzyme adsorption and the specific surface area of minerals examined. The differences in the surface structure of minerals and the arrangement of enzymatic molecules on mineral surfaces led to the different capacities of minerals for enzyme adsorption. The adsorption of invertase on bayerite, N-AlOH, goethite, N-FeOH and kaolinite was differently affected by pH. The order for the activity of invertase adsorbed on minerals was N-FeOH > N-AlOH > bayerite > reak goethite > kaolinite. The inhibition effect of minerals on enzyme activity was kaolinite > crystalline oxides > non-crystalline oxides. The pH optimum of iron oxide- and aluminum oxide-invertase complexes was similar to that of free enzyme (pH 4.0), whereas the pH optimum of kaolinite-invertase complex was one pH unit higher than that of free enzyme. The affinity to substrate and the maximum reaction velocity as well as the thermal stability of combined invertase were lower than those of the free enzyme.     

Impact of quality and quantity of biochar and hydrochar on soil Collembola and growth of spring wheat

The effects of biochar (maize biochar – MBC, wood biochar – WBC) and unfermented or fermented hydrochar (HTC) on the euedaphic Collembola Protaphorura fimata and on spring wheat were investigated in greenhouse experiments. The impact of char type, amount of fermented HTC, and MBC-Collembola interactions were assessed. Generally, shoot and root biomass as well as abundance of P. fimata were not affected by the different chars. However, with increasing amounts of fermented HTC the abundance of P. fimata declined, whereas shoot biomass of wheat increased. Moreover, MBC altered root morphology and resulted in thicker roots with higher volume. The latter was not apparent when Collembola were present.     

大豆植株性状相关性与产量回归分析

本文利用3个大豆品种、4种施肥模式条件下,植株产生的17个形态指标及产量差异,进行相关性分析与产量回归分析。结果表明,株高x1、分枝数x5、1粒荚数x9、2粒荚数x10、3粒荚数x11、4粒荚数x12、百粒重x15、经济系数x16等8个大豆植株性状因子对产量有显著性影响;由标准化回归系数得知,对产量作用的大小顺序为:x11>x12>x9>x10>x16>x15>x1>x5。说明提高大豆产量首先要考虑增加有效荚数,其次是提高经济系数,而增加百粒重和株高对于增产的效应较小。育种上需加强生物量大、3粒荚和4粒荚数多、结荚节位低的性状选择;栽培上需注重促进生物量生长、降低结荚节位的促控措施。     

施氮量对杂交棉氮、磷、钾吸收利用和产量及品质的影响

在高产条件下,研究了不同施氮量对杂交棉氮、磷、钾的吸收利用和产量及品质的影响。结果表明,增施氮肥显著提高了杂交棉氮、磷、钾的积累量,特别是显著提高了杂交棉后期氮、磷、钾的积累量和积累比例。施氮量N300 kg/hm2的子棉产量最高,比施氮量N 225 kg/hm2处理增产0.9%,但差异不显著。氮、磷、钾养分利用效率随施氮量增加而提高;但氮肥利用率随施氮量的增加而下降。施氮可以显著提高纤维长度和纤维比强度,而不同施氮量处理间纤维长度和比强度差别不大。     

硒锌钼对黄土高原马铃薯和小白菜产量及营养元素与硒镉含量的影响

黄土高原旱地土壤微量元素硒锌钼潜在缺乏,不仅影响农作物产量,还降低农产品的矿物营养品质,研究施用硒锌钼肥料对该地区作物生长及可食部分营养元素含量的影响具有重要意义。通过田间试验,研究了硒锌钼肥单独土施、硒锌肥配施、硒锌钼肥配施对马铃薯和小白菜产量及营养元素和硒镉含量的影响。结果表明：硒肥提高了马铃薯块茎和小白菜叶片硒含量,分别由对照的0.02mg.kg-1和0.09mg.kg-1提高到1.51～2.15mg.kg-1和13.03～19.44mg.kg-1,钼肥提高了马铃薯块茎和小白菜叶片钼含量,分别由对照的0.43mg.kg-1和2.3mg.kg-1提高到1.03～1.16mg.kg-1和17.7～19.9mg.kg-1,单施与配施处理间无显著差异。锌肥土施或锌与硒、钼肥配合土施不但使小白菜叶片中的锌含量由对照的21.0mg.kg-1显著提高到48.1～68.4mg.kg-1,还使镉含量显著降低50%以上;施锌对马铃薯块茎的锌含量无显著影响。硒锌钼肥单施或配施均对马铃薯和小白菜产量及氮、磷、钾、硫、钙、镁、铁、锰、铜、硼含量无显著影响。因此,在黄土高原旱地,硒钼配合土施可同时提高马铃薯块茎的硒钼含量,硒锌钼配合土施可同时提高小白菜叶片的硒锌钼含量。     

安阳市水保工程建管方式及存在的问题与建议

安阳市近10年来建成的水土保持工程的主要建设管理方式可分为3种,即:乡村组织治理,完成后分配给农户分散经营;乡村组织治理,由村成立专业队代表村集体管理;把小流域或荒山承包给个体或私人经济组织,由其自行治理和经营管护。3种建管方式中以后者为最优,其经济效益是分散经营管理的5倍、专业队经营管理的3.5倍。针对水保工程建设管理中存在的问题和适应农村税费改革等要求,提出了加快安阳市水保生态建设的建议。     

中国水土保持生态环境建设现状与社会经济可持续发展对策

水土流失是中国头号生态环境问题,已成为社会经济可持续发展的制约因素。从防灾减灾的角度出发,分析了中国水土流失的现状、存在问题,总结了中国水土保持工作的成绩、经验,提出了新形势下进一步加强水土保持生态环境建设的对策。