基于分段主成分分析和高光谱技术的大豆品种识别

为了实现大豆品种的快速且无损鉴别,对大豆高光谱图像中的光谱信息进行研究分析。利用高光谱图像采集系统采集波长范围为400~1 000 nm的6类共660粒大豆样本的高光谱图像,从每粒大豆样本的中心区域上提取感兴趣区域并以此区域的平均光谱信息代表此粒大豆的光谱信息。对光谱曲线进行多元散射校正(multiple scattering correction,MSC)后,根据相关系数矩阵图,将整个高光谱波段分解为3个子分段,分别在每个子分段上做主成分分析(principal component analysis,PCA),提取1~20个主成分作为光谱特征,利用极限学习机(extreme learning machine,ELM)和随机森林(random forests,RF)模型进行大豆品种识别。结果表明:在第二分段(510.6~685.4 nm)进行PCA变换,识别效果优于全波段PCA变换。因此,应用分段PCA变换和高光谱技术对大豆品种进行无损识别是可行的。     

新疆春小麦品种种子耐老化评价

为筛选出耐老化春小麦品种,采用高温高湿(41℃,95%RH)人工老化法对33份新疆春小麦品种进行种子老化处理,分析了老化对春小麦种子发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数的影响,以耐老化系数为基础,运用加权隶属函数和聚类分析法对参试品种的种子耐老化性进行了综合评价及分类。结果表明,品种间种子耐老化能力差异显著。与对照相比,种子发芽势和发芽率分别下降41.16和30.96个百分点,发芽指数和活力指数分别降低50.29%和64.77%,差异均达极显著水平。通过加权隶属函数和聚类分析,将33份材料划分为4种耐老化类型,其中新春6号、新春30号、新春40号、新春41号、新春43号、新春47号等6份品种种子耐老化能力突出,可以作为小麦耐老化育种的亲本。     

稻茬小麦高产品种农艺质量性状与生产能力分析

对高产小麦品种重要农艺质量与生产能力进行总结与分析,可为小麦高产超高产技术研究提供参考。对6个小麦高产品种进行调查,结果发现:产量超过600 kg/667 m~2的小麦品种,其穗数均大于30万/667 m~2,6个小麦高产品种平均穗粒数达47.5粒/穗,平均千粒质量达41.5 g;6个高产品种的株高变幅为70.2~93.4 cm,平均为79.9 cm;穗长、倒1节间长、倒2节间长、倒3节间长、倒4节间长、倒5节间长在株高组成中分别占11.4%、36.1%、23.1%、14.7%、9.4%、5.3%;同时发现,6个高产小麦品种同一植株的各项株高构成指数趋近于"黄金分割"值——0.618 0。     

青海小麦品种的种子表型性状分析

为充分了解青海省小麦品种的种子表型性状特征及其相关性,以1957年以来审定的66个小麦品种为研究对象,在青海小麦高产区(柴达木盆地)对种子长、宽、长宽比、面积、密度指数和千粒重6个种子表型性状的3年数据进行了比较分析.结果表明,依据种子表型性状可以将这些品种聚为4个类群;千粒重与种子长宽比显著相关,与其他4个性状极显著相关,这些性状均可以作为千粒重选择的指标;不同阶段审定品种的千粒重变化不大,说明青海省在千粒重方面育种改良效果不明显,在今后的育种工作中有待加强;3年平均千粒重超过60 g的品种有4个,它们为高千粒重育种提供了资源.     

冬小麦叶面积指数的品种差异性与高光谱估算研究

为给小麦叶面积指数（LAI）的高光谱估算提供技术支持,基于2年大田试验,以4个河南主推品种为材料,对小麦LAI和冠层光谱变化特点、估算模型及其品种间的差异等进行了系统分析。结果表明,在生育期内不同冬小麦品种冠层光谱反射率的变化与LAI变化有差异;在相同LAI下,不同冬小麦品种的光谱曲线存在差异。利用400~900 nm范围内冠层光谱反射率的任意两波段组合的比值光谱指数（RSI）、归一化差值光谱指数（NDSI）和差值光谱指数（DSI）所建立的单品种模型以及不同品种综合模型的决定系数（r）均达到0.84以上,单品种模型的r和调整r分别较综合模型高出3.1%~4.8%和2.0%~4.2%。利用独立于建模样本以外的数据对上述模型进行检验,单品种模型预测的r较综合模型提高了0.6%~11.0%,而均方根误差降低了10.0%~37.0%。因此,在利用高光谱遥感技术估算冬小麦LAI时,可以通过建立单品种模型来提高估算精度。     

播种期对不同小麦品种植株表型和籽粒产量的影响

为探究播种期对不同小麦品种植株表型和产量的影响,选用我国黄淮麦区推广的15个强筋、中强筋和中筋小麦品种为试验材料,设置10月25日（冬前积温为319.9 ℃·d）和11月15日（冬前积温为83.4 ℃·d）两个播种期处理,对不同处理下小麦株高、节间长、产量及其构成进行测定分析。结果表明,将播种期由10月25日推迟至11月15日,所有品种出苗时间均延迟到越冬后;86.7%的品种伸长节间数量发生变化,其中33.3%的品种部分单茎由4个节间或5个节间增加为6个节间,另有33.3%的品种部分单茎由4个节间增加为5个节间,20%的品种部分单茎则由5个节间减少为4个节间;参试品种的平均株高、基部第一节间和穗下节间长度均显著降低。根据小麦籽粒产量及播种期由10月25日推迟至11月15日后籽粒产量的变化幅度,均可将参试品种分为高产和低产两类。其中有2个强筋和2个中强筋小麦品种籽粒产量在两个播种期下均较高,2个强筋、1个中强筋和1个中筋小麦品种产量在两个播种期下均较低。将播种期由10月25日推迟至11月15日,3个强筋和1个中筋小麦品种产量降低幅度较大。通径分析表明,穗粒数降幅对籽粒产量降幅的直接通径系数最大,为0.419 9,说明播种期由10月25日推迟至11月15日时,穗粒数减少是导致产量降低的主要原因。在冬前积温为319.9 ℃·d的条件下,参试的强筋、中强筋和中筋小麦品种平均籽粒产量无显著差异,过晚播种（冬前积温为83.4 ℃·d）显著降低了强筋、中强筋和中筋小麦品种的籽粒产量,其中强筋小麦品种的籽粒产量降幅最大,达40.6%,其次为中筋小麦品种;中强筋小麦品种籽粒产量降幅最小,为30.5%。     

不同蛋白质含量类型小麦的茎型指标分析

为给优质高产小麦的育种和栽培建立茎型指标体系,2002～2003年度和2003～2004年度分别以不同蛋白质含量类型的小麦品种(系)71个和94个为供试材料,测定了株高、各节间长度、籽粒蛋白质含量和产量,研究了不同蛋白质含量类型小麦的株高和各节间长度等茎部性状的差异及其与产量的关系.结果表明,高蛋白质含量类品种的株高、倒2节间长和倒3节间长显著大于低蛋白质含量类型品种;高蛋白高产类型小麦的适宜株高、穗下节间长、倒2节间长和倒3节间长分别为85～107 cm、27 cm 以上、23 cm左右和14 cm左右,在适宜范围内以各项值稍大较为理想;低蛋白质含量、高产类型的品种则分别为85 cm以下、30 cm 以下、18.5 cm左右和12 cm左右,在适宜范围内各项值以稍小较为理想.     

氮肥运筹模式对小麦茎秆抗倒性能与产量的影响

为了解氮肥运筹对小麦茎秆抗倒性和产量的影响,以淮北地区主栽小麦品种烟农19和新麦26为供试材料,通过氮肥施用量和基追比两因素随机区组试验(施氮量设135、180、225和270 kg·hm~(-2)四个水平,分别用N1～N4代表;氮肥基追比设10∶0、7∶3、5∶5和3∶7四个水平,分别用R1～R4代表),分析了不同氮肥运筹下小麦茎秆基部第二、第三节间抗倒特征和产量差异。结果表明,小麦的株高、重心高度、倒伏程度和倒伏率均随着氮肥总施用量和基施量的增加而增加,其中N4水平下烟农19和新麦26的株高、重心高度比N1水平分别增加8.73%和12.9%。在N4R1处理下倒伏率最大,达到56%。在N3条件下小麦茎秆基部第二、第三节间粗度、秆壁厚度、茎秆强度和抗倒伏指数均高于其他施氮水平,较N1水平分别增加18.89%、15.16%、33.03%、48.42%和48.95%。在相同氮肥施用总量条件下,R3处理的茎秆粗度、秆壁厚度显著大于其他处理,以N3R3处理的茎秆基部第二、第三节间抗倒形态特征最优。在相同追肥比例条件下,不同施氮总量间小麦产量表现为N3N4N2N1;当氮肥总施用量相同,不同追肥比例下产量表现为R3R2R1R4;两个品种产量均以N3R3处理最大,分别为8 279.14和8 062.36kg·hm~(-2),比产量最低的N1R1处理分别增产21.75%和15.82%。在本试验条件下,施氮量180～225kg·hm~(-2)、基追比5∶5可作为淮北平原小麦的抗倒、丰产与稳产的氮肥运筹模式。     

基于高光谱遥感的小麦籽粒产量预测模型研究

为了确立能够准确预测小麦籽粒产量的敏感光谱参数和定量模型,于2003～2006年连续3个生长季,通过不同小麦品种和不同施氮水平的4个大田试验,在小麦不同生育期采集田间冠层高光谱数据并测定植株氮含量、重量和叶面积指数及成熟期籽粒产量,定量分析小麦籽粒产量与冠层高光谱参数的相互关系.结果显示,小麦籽粒产量随施氮水平的提高而增加,不同地力水平间存在显著差异.灌浆前期叶片氮积累量和叶面积氮指数均能够较好地反映成熟期籽粒产量状况,而叶片氮含量和氮积累量及叶面积氮指数在拔节～成熟期的累积值与成熟期籽粒产量的回归拟合效果更好.对叶片氮含量和氮积累量及叶面积氮指数的光谱反演,在不同品种、氮素水平和年度间可以使用统一的光谱参数.根据"特征光谱参数-叶片氮素营养-籽粒产量"这一技术路径,以叶片氮素营养为交接点将模型链接,建立了基于灌浆前期高光谱参数及拔节期～成熟期特征光谱指数累积值的小麦籽粒产量预测模型.经两年独立试验数据检验表明,利用灌浆前期关键特征光谱指数可以有效地评价小麦成熟期籽粒产量状况,拔节～成熟期特征光谱指数的累积值能够稳定预报不同条件下小麦成熟期籽粒产量的变化.因此,利用冠层特征光谱指数可以快速无损地预报小麦成熟期籽粒产量.     

小麦对黑胚病的抗性及黑胚对种质的影响

研究结果初步表明 ,在同一年份、同一地点、同一栽培条件下 ,152份小麦品种 (系 )自然感染黑胚病的程度有差异 ,其中 2份免疫 ,81份抗病 ,6 9份感病 ,病粒率在 0～ 6 8.83%之间。黑胚粒与正常粒相比 ,90 %品种 (系 )千粒重增加 ,10 %品种 (系 )千粒重降低 ,且千粒重增减与其病粒率高低无关。同一品种 (系 ) 0级种子和 4级种子相比 ,发芽势、发芽率、出苗率明显降低 ,苗干重、根干重减轻 ,病苗率提高。     

基于SVM的县域冬小麦种植面积遥感提取

冬小麦种植面积的精确提取,对于农业部门进行冬小麦生长监测与产量估测有着重要的支撑作用。本研究在对Landsat-8卫星15 m×15 m空间分辨率遥感影像进行预处理的基础上,基于最佳波段指数(OIF),采用支持向量机(SVM)算法中四种核函数进行影像分类,并比较分类精度,选择精度最高的核函数作为SVM最优核函数对盐城市大丰区冬小麦种植面积进行提取,与最大似然法、最小距离法的结果进行对比。结果表明,四种核函数中,Linear核函数分类精度最高,达到98.56%。将Linear核函数作为SVM最优核函数对大丰区冬小麦种植面积进行提取,提取到的种植面积为71 834.4 hm~2,提取精度、分类精度和Kappa系数分别为91.25%、98.56%和0.98。基于SVM的冬小麦面积提取效果明显好于传统监督分类方法,说明使用支持向量机与影像光谱特征进行影像分类能够准确提取县域冬小麦种植面积。     

联合主成分分析与最小二乘支持向量机估测冬小麦叶面积指数

利用单一植被指数估测叶面积指数存在高光谱遥感丰富的波段信息易丢失和外界因素干扰大的缺点,但若将波段信息全部引入模型又会增加建模难度。为解决利用多波段信息估测叶面积指数的问题,利用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行降维,之后将提取的主成分与最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型相结合,构建冬小麦叶面积指数的高光谱估测模型,并与以4类植被指数作为LS-SVM输入参数建立的模型进行比较。结果表明,以主成分作为LS-SVM模型的输入参数建立的模型精度最高,模型检验集R2为0.71,检验集RMSE为0.56,估测结果较使用植被指数作为输入参数建立的模型精度高,稳定性好。该方法可为利用多波段信息进行大范围冬小麦叶面积指数的无损测定提供参考。     

基于支持向量机模型的冬小麦全蚀病为害等级遥感监测

为了解利用高光谱遥感技术对小麦全蚀病进行有效监测的可行性,对感染不同发病等级全蚀病的冬小麦冠层光谱反射率数据进行采集分析,选取监测敏感波段,在Matlab和Libsvm工具箱支持下,利用支持向量机分类方法构建小麦全蚀病病害等级预测模型。结果表明,在不同程度小麦全蚀病的为害下,小麦冠层光谱反射率存在明显变化。通过对数据分析,选择700~900nm波段作为敏感波段进行训练建立模型的结果最好;经检验,基于此波段构建的预测模型预测值与实际值相关系数可达0.943,均方根达0.63,因此生产上可利用波段光谱特征对小麦全蚀病进行监测。     

基于连续小波变换定量反演冬小麦叶片含水量研究

为了解连续小波转换对利用冬小麦冠层高光谱数据反演叶片含水量精度的提高效果,以河北省衡水市安平县为研究区,基于野外高光谱数据,提取、筛选其光谱特征敏感波段,应用光谱指数、连续小波变换进行光谱处理,并采用偏最小二乘法构建冬小麦叶片含水量的定量反演模型。结果表明,连续小波变换可明显凸显冬小麦冠层光谱特征,提升其对叶片含水量的敏感性。在连续小波变换下,基于1尺度构建的冬小麦叶片含水量的反演模型为最优模型,模型的决定系数(r~2)和RMSE分别为0.756和0.994%,独立样本验证时r~2和RMSE分别为0.766和1.713%,说明反演模型的拟合效果和预测精度均较高。因此,利用连续小波变换可将冠层光谱信息进行二次分配,能有效将有益信息与噪声信息进行分离,提升光谱信息对冬小麦叶片水含量的敏感性,增强冬小麦叶片水含量的预测能力与稳定性。     

基于多源遥感数据和机器学习算法的冬小麦产量预测研究

为探讨基于多源遥感数据和机器学习算法预测冬小麦产量的可行性,利用中麦175/轮选987重组自交系F₇代群体中70个家系开展田间试验,通过无人机遥感平台和地面表型车平台及手持式冠层鉴定平台,获取冬小麦灌浆期光谱数据,分别用4种机器学习方法和集成方法建立产量预测模型。结果表明,在61个光谱指数中,除MCARI、DSI、PVI外,其余指数均与产量显著相关或极显著相关,700 nm和800 nm组合的高光谱指数能够比较准确地预测产量。相对于高光谱和多光谱,RGB传感器预测产量精度最高,平均决定系数（r²）为0.74,平均均方根误差（RMSE）为517.78 kg·hm_-2。相对于决策树（DT）、随机森林（RF）、支持向量机（SVM）三种传统机器学习算法,岭回归（RR）算法预测产量的精度最高,平均r²为0.73,平均RMSE为516.1 kg·hm_-2。与单一的传统机器学习算法相比,DT、RF、SVM、RR结合集成算法的预测精度高且稳定,r²高达0.77,RMSE也较低。SVM 、RF、DT、RR四种机器学习算法和RGB、ASD、UAV、UGV四个传感器构成的算法-传感器集成方法的预测精度提升,r²为0.79,RMSE降至469.98 kg·hm_-2。因此,利用Stacking集成方法将不同算法、传感器进行结合,能够有效地提高冬小麦产量预测精度。     

杀雄剂CH1对冬小麦雄性不育的效应研究

为探讨化学杀雄剂CH1对冬小麦雄性不育的诱导效果及其与乙烯利的互作效应、筛选CH1最佳使用剂量和表面活化剂组合，用6个CH1剂量水平、7种表面活化剂和3种浓度的乙烯利进行不同配伍组合，对不同组合处理下3个小麦品种的农艺性状、雄性不育率和饱和授粉结实率进行了分析。结果表明：（1）在15~30 g·hm^-2剂量下，CH1可诱导3个品种雄性不育率达95%以上，说明CH1具有诱导小麦雄性不育的作用；随CH1剂量的增加，3个品种的饱和授粉结实率均呈下降趋势，其中20~30 g·hm^-2处理的饱和授粉结实率明显偏低，推测雌蕊受到了一定的伤害；（2）观察花药和雌蕊发育情况，发现未喷施CH1的植株花药大且开裂，羽毛状柱头较大，而CH1处理的不育株花药瘦小，呈剑状，不开裂，羽毛状柱头较小；（3）随着CH1剂量的增加，3个品种均表现出株高逐渐降低和抽穗期延迟的现象，CH1对旗叶的药害反应因品种不同存在差异；（4）CH1剂量为10 g·hm^-2时，与其他表面活化剂相比，NE1820对普冰151的旗叶伤害较轻，对株高无明显抑制作用，可提高饱和授粉结实率；(5) CH1剂量为15 g·hm^-2时，添加2种浓度乙烯利后，3个品种的株高比未添加乙烯利降低，抽穗期延迟，其中添加5 mL·L^-1乙烯利后3个品种均能达到100%雄性不育，并且饱和授粉结实率相比未添加乙烯利平均高7%左右。因此，CH1采用15 g·hm^-2剂量，配伍1% NE1820和5 mL·L^-1乙烯利可诱导小麦产生完全的雄性不育，且获得较高的授粉结实率，可作为杂交小麦制种候选方案进一步研究与利用。     

基于Dualex植物多酚-叶绿素仪的冬小麦叶绿素含量高光谱估算

为探讨基于Dualex植物多酚-叶绿素仪和高光谱遥感技术反演小麦叶绿素含量的可行性,利用Dualex植物多酚-叶绿素仪,测定不同生育时期冬小麦叶片叶绿素含量(Chl),同时进行叶片光谱测定,以对Chl敏感的1个一阶导数波段、3个三边参数和3个植被指数作为自变量,利用偏最小二乘法(PLS)和支持向量回归(SVR)构建估测模型,并利用验证样本对各生育时期估测模型进行精度检验,同时与传统的单因素模型进行了比较。结果表明,冬小麦反射光谱曲线在不同生育时期有所不同,且随着叶绿素含量的增加,可见光波段的光谱反射率不断降低;在以一阶导数光谱敏感波段、三边参数以及植被指数构建的冬小麦Chl单因素估算模型中,基于各生育时期显著相关的植被指数构建的模型精度最优;以7个参数作为自变量,利用偏最小二乘法(PLS)和支持向量回归(SVR)构建的模型在各生育时期均表现出较好的拟合性及预测精度,尤其利用SVR建立的模型建模决定系数在0.8以上,预测决定系数在0.7以上,是进行冬小麦叶片Chl估测的最优模型。     

穗发芽抗性相关分子标记在73个小麦品种中的有效性评价

为发掘小麦抗穗发芽种质资源,并对与抗穗发芽相关的分子标记的有效性进行验证,对73个国内外小麦品种进行了穗发芽抗性鉴定,同时利用4对穗发芽抗性相关分子标记(Vp-1B3、wmc104、Xbarc170、Xgwm155)对上述品种进行PCR检测。结果表明,73个品种的穗发芽抗性差异明显,发芽指数变化范围为0.29%~88.48%,其中13个品种的发芽指数小于10%。分析发芽指数与分子标记检测结果之间的相关性表明,Vp-1B3标记与穗发芽抗性相关,wmc104、Xbarc170、Xgwm155标记与穗发芽抗性相关性不显著。烟农23、兰考181、陕农33、西农585、美105、美231、PBW550、DL788-2等8个品种为具有Vp-1Bb基因型的高抗穗发芽品种。     

6-BA浸种对HgCl2胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响

为探讨6-苄基腺嘌呤（6-BA）浸种对HgCl₂胁迫下小麦种子萌发及其幼苗生长的缓解作用,以3个小麦品种为材料,研究了不同浓度6-BA浸种对200 mg·L^-1HgCl₂胁迫下小麦种子发芽、幼苗生长、抗氧化酶活性、可溶性蛋白和丙二醛含量的影响。结果表明,200 mg·L^-1HgCl₂处理后,3个小麦品种种子的发芽势、发芽率、根长、芽长和鲜重降低,幼苗的抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量降低,丙二醛含量增加。一定浓度6-BA浸种可以缓解HgCl₂胁迫对小麦种子萌发的抑制作用,但对小麦的根长、芽长和鲜重的影响因小麦品种而不同。HgCl₂胁迫下,3个小麦品种幼苗的SOD、POD活性和可溶性蛋白含量随着6-BA浓度的增加均基本呈先升高后降低的趋势,最佳6-BA浓度因品种而不同;3个小麦品种的MDA含量均呈先降低后升高的趋势,以6-BA浓度为15 mg·L^-1时MDA含量最低。说明一定浓度6-BA浸种能够缓解HgCl₂胁迫对小麦种子萌发和幼苗生长的毒害作用,但最佳6-BA浓度因小麦品种的不同而不同。