蓄水坑灌下苹果树根系生长对不同氮素水平的响应

研究蓄水坑灌下不同氮素水平对苹果树根长密度和根表面积密度的影响,为确定蓄水坑灌条件下苹果树合理的施氮范围提供了依据。以7a生矮砧密植红富士苹果树为研究对象,设置了4个蓄水坑灌施氮水平(0、10、20、40kg/hm^2)对应T1、T2、T3、T4处理,以地面施肥作为对照组CK(施氮水平为10kg/hm^2),利用微根管法对施肥前后不同土层深度的苹果树根长密度和根表面积密度进行了测定。结果表明:施氮可以有效促进苹果树根系生长,各处理根长密度和根表面积密度的生长速率随施氮量的增加先增大后减小。CK处理和同等施氮水平的T2处理相比,其根系在表层土壤生长状况更好,而T2处理苹果树根系在中深层土壤中发育更好。综合各个处理苹果树根系生长发育情况,本试验中T3处理最适合苹果树根系的生长发育。     

盐分胁迫条件下制种玉米根系吸水模型参数的推求

为了研究咸水灌溉条件下作物根系吸水与根区土壤盐分运动的关系,在石羊河流域开展咸水灌溉田间试验,引入Feddes提出的根系吸水模型,根据田间试验实际观测数据,对模型系数进行了计算。研究表明,通过计算相对根长密度和潜在蒸腾速率,推算得到最优灌水条件下的最大根系吸水速率;通过计算蒸腾强度与土壤渗透势,推算得到咸水充分灌溉条件下的盐分胁迫修正因子,并对盐分胁迫修正因子的参数p进行了验证,参数p推算和验证过程时的RMSE0.10,MRE10%,在允许的误差范围之内。建立了盐分胁迫条件下制种玉米根系吸水模型,为研究区研究制种玉米生长条件下土壤水盐运动规律奠定基础。     

基于腐蚀生长算法的不同活力玉米种子根系表型研究

针对图像法根系表型检测中因土壤遮挡而导致根系图像断裂的问题，提出一种基于腐蚀生长算法的玉米根系修复方法，并进行了不同活力玉米种子早期根系表型研究。首先，采用长方形扁平结构透明培养容器种植玉米，迫使其根系贴壁生长，可得到清晰的玉米根系图；通过偏振镜和单反相机采集图像，并采用灰度化、二值化、水漫算法等对图像进行预处理，可有效去除因设备反光和土壤色差造成的各类噪声。其次，基于玉米根系的向水性、向地性、连续性等生理特性，提出5条图像修补规则，即端点判定规则、分叉点判定规则、内部连续性规则、片段生长规则、近邻生长规则，在以上规则约束下，通过细化图像得到单像素连接的根系骨干，以各个根段的末端点为起点向中心腐蚀，并为属于不同根段的点集标记不同编号，根据不同根段间的端点导数值和平均导数值等参数，连接根段，实现根系的修补，从而得到完整根系图像。最后，基于所提图像修复算法对不同活力的玉米种子根系图像进行表型研究，发现在相同时间，根系数目、根系宽度、根系长度、根系延展长度与玉米种子活力均呈现明显负相关；以上4个生理参数的增速与种子活力呈现明显正相关。研究表明，本文所提的根系修复算法可用于作物根系高通量表型无损检测。     

行间覆膜对玉米根系层土壤水分动态及产量的影响

2007年在黑龙江省甘南县进行了行间覆膜对玉米根系层土壤水分动态及玉米产量影响的试验研究,在玉米全生育期,采用时域反射仪(TDR)对土壤水分指标进行观测,分析了玉米全生育期农田土壤水分动态变化过程。在收获后对玉米进行测产分析。结果表明:行间覆膜与常规耕作比较,有效地提高了土壤含水量,具有较好的节水作用;玉米增产效果明显。     

作物根系生长监测微根管装置设计与试验

为实现不同深度下作物根系的实时监测与图像采集,设计开发了作物根系生长监测微根管装置,图像采集后可以通过上位机软件进行实时显示与存储。装置由监测管与控制箱组成,监测管使用亚克力材料制作透明外壳,同时在管内通过丝杠和导杆架设滑动轨道,利用步进电机实现摄像头在导轨上的运动控制;控制箱以STM32单片机为核心控制板,并根据实际需求选取了相应外设模块。以番茄根系为研究对象进行持续98 d的图像采集,借助软件RhizoVision Explore对根系图像进行分析,试验结果表明,前70 d番茄根系整体生长速度较快,后28 d逐渐趋于稳定,在深度6～10 cm处分布较为密集,根长密度在深度10 cm处于第91天达到最大值(1.22 cm/cm³),分析结果与番茄根系生长规律一致,表明本根系生长监测微根管装置能在不影响根系持续生长的情况下完成对作物根系的长期在线监测,满足作物根系监测要求。     

土壤紧实胁迫对玉米苗期生长与钙吸收的影响

为揭示玉米对不同土壤紧实胁迫的响应程度与机理,以钙素为依据,设置土壤容重分别为1.1、1.2、1.3、1.4和1.5 g/cm3等5个水平玉米盆栽试验,以探讨土壤紧实度对玉米苗期生长及对钙素吸收的影响.试验结果表明:玉米从播种到生长15d期间,其生长对土壤紧实并不敏感,而15d之后,地上部分生长速度随土壤容重增加而受到抑制;而根系生长也由于土壤的紧实胁迫而受阻,根系干物质质量下降,根系活力减小,影响钙素养分的吸收;玉米苗中全钙含量最高值(1.67％)出现在容重1.2 g/cm3处理中,土壤紧实的增加会导致根系活性减小,从而使作物根系对钙素的吸收减少、作物抗性下降,导致作物提前衰老.因此,土壤容重影响土壤中养分的有效性,土壤过松或过紧均不利于作物的生长.     

控制性交替灌溉条件下玉米根系的时空分布规律

采用大口径土钻对控制性交替灌溉条件下玉米根系进行取样,分析了作物根系的空间分布及动态变化规律。结果表明：春玉米根系呈指数递减规律。采用SPSS11.5多元线性回归建立质量密度（R）的二维空间分布函数,经验证,根系密度的二维分布函数均可反映作物根系的实际生长状况。     

覆膜滴灌条件下灌水量对玉米根系分布特征的影响

根系生长决定了植物吸收养分和水分的能力,在作物生长中扮演了重要的角色。为了探讨水分差异对玉米根系分布规律的影响,在民勤试验站进行了不同灌水量对覆膜滴灌玉米0~100cm土层根系质量、根径及根长的影响研究,结果表明,灌水量对膜下滴灌玉米根系特征产生了重要影响:灌水量越大,其根系所占百分比和根径越大;同一生育时期,各处理不同土层根重变化较大,但其变化规律基本一致,均随着土层深度的增加,根重逐渐减小,0~40cm土层所占的重量百分比较大,同时0~40cm土层平均根径及根长也较大。试验为探索覆膜滴灌条件下玉米根系分布特征提供一定的参考,为完善覆膜滴灌灌溉制度提供一定的指导意义。     

水稻根系吸水模型的初步研究

以沈农9660号水稻品种为试材,随机选取一个蒸渗仪(面积为2.5m×2m)进行根系生长观测试验。采用水洗法,测定水稻根系重量根密度。运用非称重式钢筋混凝土蒸渗仪的蒸腾量观测结果,在总结国内外作物根系吸水模型研究的基础上,运用有限差分法对有根系吸水条件下的稻田土壤水分运动进行了模拟,导出了水稻根系吸水模型。     

实时灌溉模型中作物根区土壤含水率计算方法及应用

为了改进作物实时灌溉模型中土壤墒情的取值方法、提高实时灌溉预报的精度,针对已有研究模型中土壤墒情的取值方法不符合作物生长规律的问题,在充分考虑冬小麦根系随土壤深度分布规律和吸收水分特点的情况下,采用变异系数法计算了冬小麦计划湿润层内各土层土壤含水率的权重,并应用在郑州地区不同水分处理的冬小麦实时灌溉模型中。结果表明,权重法计算的日土壤含水率和灌水总量更符合试验区冬小麦生长规律和灌溉定额标准。     

基于EMD的联合收获机籽粒损失监测传感器设计与试验

玉米清选损失监测受清选脱出物种类多样、环境噪声复杂等影响严重,为了解决清选损失监测精度差、效率低的问题,设计了一款基于最小能量准则EMD（Empirical mode decomposition）去噪方法的清选损失监测传感器,实现了对采集信号中的振动、工噪和杂余等信号分离。利用Matlab仿真对模拟信号进行去噪,与小波去噪、低通滤波法和移动平均法3种去噪方法相比,基于最小能量准则EMD去噪方法在不同信噪比下均方根误差（RMSE）最小,为0.1698,信噪比（SNR）最高,为12.7453,处理后的信号最接近原始信号。为验证该方法的实用性,以籽粒损失率分别为0、5%、10%、15%和20%的冲击样本开展损失率监测传感器台架试验,结果表明：该传感器最小检测误差为1.8%,最大检测误差为3.9%,对比小波去噪、低通滤波法和移动平均法3种去噪方法所得试验数据,最小能量准则EMD去噪方法的平均误差分别减小了2.12、4.40、6.52个百分点,与仿真试验结果一致。该研究对于提高玉米清选损失率检测精度特别是信号处理过程中去噪方法的研究具有重要意义。     

玉米精密播种机播量监测系统设计与试验

播量监测是评价播种机播种质量的重要手段,但受到多行播种机排种速率的影响,易出现漏探测的问题,严重影响播量监测性能.为此,设计了一种玉米精密播种机播量监测系统,包括显示器以及基于STM 32设计了播量监测器和基于输出脉宽调试输出(PWM)设计的排种监测传感器,并提出了一种播种顺序计数方法,用于对玉米精密播种机的播量粒数进...     

玉米节水灌溉与环境监测系统的研究

以胜利农场玉米生产环境为立项依据,建立玉米种节水灌溉与环境监测的系统。系统可对玉米生长环境各种参数进行监测,并分析制定最优化的灌溉方案。玉米节水灌溉与环境监测系统为胜利农场玉米的生产提供精准可靠的理论与工程实际指导。     

基于自适应带宽核密度估计的载荷外推方法研究

为了快速准确地得到玉米收获机车架的载荷谱,针对载荷谱编制过程中传统的载荷外推方法的局限性,提出一种基于四叉树算法的自适应带宽核密度估计(Kernel density estimation)算法,用来进行载荷外推。将经过预处理的实测原始载荷数据进行雨流计数统计,得到载荷循环均幅值矩阵,将小于载荷循环最大幅值10%的载荷滤除,其余的载荷循环均幅值数据根据四叉树分割算法进行不同区域的分割,选择高斯核函数,根据拇指法则计算各个区域的局部最优带宽,并根据数据区域内数据点的密集程度对核密度估计的输入进行优化,减少了核密度估计的计算量,最后结合蒙特卡洛模拟算法进行载荷外推。采用玉米收获机车架实测载荷数据进行实例验证,结果表明,与传统的固定带宽、自适应带宽核密度估计的载荷外推方法相比,本文提出的方法大大提高了计算效率,其概率密度函数图与实际载荷分布更为接近;载荷循环均幅值频次分布相关系数更接近于1,均方根误差更小;载荷循环幅值累积频次曲线的决定系数均大于0.99。     

基于扫描成像的作物近地高光谱获取与特征分析

为了验证自主研制的扫描成像光谱仪（PIS）在近地应用的可行性，该文以小麦、玉米为研究对象，利用PIS近地获取作物冠层和叶片的高光谱图像，在对田间和室内获得的成像数据进行对比分析的同时，探讨了成像光谱采集过程中的影响因素。此外，将PIS获取的成像高光谱与地物光谱仪（ASD）测定的高光谱进行比对研究。结果表明：PIS能准确收集作物的光谱信息，且采集的高光谱数据与ASD具有很好的一致性；PIS在田间采集作物光谱信息时，受氧气吸收的影响，在760 nm处有明显的干扰吸收；PIS除了能反映作物不同叶位叶片、不同器官光谱的差异，还可依据影像提取杂草、土壤对作物冠层光谱的影响程度。上述初步结果为进一步应用PIS进行农作物长势诊断提供了参考。     

寒旱区玉米生长特性对不同覆盖措施的响应

为探讨北方寒旱区玉米机播技术配套的农艺措施,以哈尔滨地区为研究区域,研究了4种种植模式(垄作覆膜、沟作覆膜、垄作秸秆覆盖及传统种植)对玉米生长特性及根系时空分布的影响。结果表明,该地区玉米前期生长抑制主导因子为温度条件,垄作覆膜措施最优;后期主导因子为水肥条件,垄作秸秆覆盖措施最优。此外,覆膜措施倾向于形成浅层集中根系,秸秆覆盖措施易形成深层均匀分布根系。综合分析,北方寒旱区玉米机播技术配套的农艺措施宜选用秸秆覆盖措施,利于优化群体质量和提高整体产量水平。     

玉米生长铜铅污染信息光谱辨别研究

为辨别农作物所受重金属胁迫种类,以受重金属铜(Cu)、铅(Pb)胁迫的玉米叶片为研究对象,利用ASD地物光谱仪获得叶片高光谱数据,通过分数阶微分(FD)对原始光谱数据进行处理,采用竞争性自适应重加权采样法(CARS)提取特征波段,最后通过多层感知机(MLP)、K-最近邻(KNN)、支持向量机(SVM) 3种模型对受胁迫的叶片光谱进行辨别,选择最优的MLP构建的FD-CARS-MLP模型,进行玉米生长铜铅污染信息光谱辨别。结果表明,FD-CARS-MLP模型对于受胁迫叶片光谱辨别的能力相较于传统方式有所提高,试验集辨别精度均可达到98%以上,0.1、0.2阶分数阶微分辨别精度可达到99%以上。选取苗期与抽穗期的玉米叶片,对其进行FD-CARS-MLP模型的可行性测试,经验证可得,FD-CARS-MLP模型辨别受重金属胁迫玉米叶片光谱数据的精度更高且更稳定,可为监测谷类作物不同重金属胁迫提供技术与方法。     

Roots in irrigated clay soils: Measurement techniques and responses to rootzone conditions

Summary This paper reviews research carried out at the Griffith Laboratory in Australia over the last decade on techniques for, and results of, observations of roots in irrigated clay soils. Our results emphasise the adaptability of root systems to rootzone conditions. Experiences with techniques for observing roots non-destructively in the field and both non-destructively and destructively in lysimeters are described. We concluded that the minirhizotron technique, applied in the field, was unreliable under our conditions. Horizontal root observation tubes were used in lysimeters to measure root length density (RLD) and to assess whether roots were clumped together or randomly distributed. Destructive sampling and measurement of RLD was used to establish a theoretical relationship between root intercept counts along the tubes and RLD. The application of image analysis to both destructive and non-destructive sampling in the lysimeters is outlined. The non-destructive lysimeter studies showed that roots were significantly clumped. Analysis of root intercept and root hole counts on the faces of sample cubes taken from the lysimeters showed root distribution was anisotropic over the whole soil profile for both safflower and wheat. There were many more roots and root holes present in the sampled soil cubes than was indicated by independent sampling for washed out RLD. Safflower appeared to have a faster turnover of roots than did wheat or maize. Lysimeters, equipped with horizontal root observation tubes, enabled studies to be made of many factors affecting root growth. Soils affect where and how fast roots grow, although there is also a strong species interaction. For example, soybean roots proliferated above a fresh water table in one soil but not in another; wheat had little tendency to proliferate above the water table in either soil. In wet soils, roots cease to grow once soil oxygen levels decrease below 10 mg O₂ l _soil ^-1 . This level should form the basis for soil drainage criteria. In drying soils, roots will grow successively into soil regions containing soil water: the level of adaptation being determined by soil conditions, crop growth stage and level of evaporative demand. The methods of root observation used in our studies have given quantitative assessment of root distribution. However, further research is needed to link horizontal and vertical root distribution and root adaptation more strongly to crop development and soil conditions.     

不同灌水方式和施肥量对青贮玉米生长和产量的影响

青贮玉米是河北省粮改饲的主要目标作物。为制定合理的水肥管理措施,提高青贮玉米的产量,选取灌水方式和施肥量作为因子进行青贮玉米试验。灌水方式设置畦灌和沟灌两个水平,施肥量设置4个水平,肥料用量在300~750 kg/hm^+2之间。研究结果表明,沟灌与畦灌相比,株高和鲜重分别增加2.2%和3.6%,沟灌有利于青储玉米的生长和产量的提高。施肥量对青储玉米的生长和产量影响显著,施肥量600 kg/hm^+2时青储玉米生长状况和产量最好,与750、450和300 kg/hm^+2施肥量水平相比,株高、叶面积指数、叶绿素和鲜重分别增加0.11%~27.8%、4.01%~10.55%、1.1%~1.8%和3.6%~15.6%。青储玉米鲜重产量介于69.09至81.4 t/hm^+2之间。相关性和回归分析结果表明青储玉米鲜重与株高和叶面积指数之间呈极显著正相关,沟灌、施肥量600 kg/hm^+2的处理组合有助于株高和叶面积生长,因此也有助于获得较高的青储玉米产量。