基于两级选择性聚类集成的农用地整治时空配置分区

针对传统聚类算法易陷入局部最优、不兼顾地理空间的问题,该研究以湖南省怀化市为例,从生态敏感性、用地适宜性与整治迫切性3个维度建立分区评价指标体系,应用一种基于混合距离,同时具有聚类方案质量识别功能的两级选择性聚类集成方法对怀化市农用地整治进行时空配置。通过聚类运算,将怀化市300个聚类单元划分为：近期重点整治区、近期适度整治区、中期重点整治区、中期适度整治区和远期限制整治区5个类型,面积比例分别为9.05%、30.48%、22.58%、7.33%、30.56%,符合怀化现状条件;相较于传统聚类方法,两级选择性聚类集成方法具有聚类质量识别与兼顾地理空间的优势,且更适用聚类单元较多、属性空间复杂的情况。研究结果在客观上为未来土地整治工作与聚类方法的创新提供了可供借鉴的思路。     

生态沟渠对农田面源污染的消减机理及其影响因子分析

农业生产过程中肥料和农药的大量施用,造成农田面源污染问题日益突出,开发农田面源污染的减控技术对生态修复具有重要的意义。生态沟渠不仅兼具农田排水沟的过水功能,同时是有效消减面源污染且适合中国农情的重要生态措施之一。该研究阐述了生态沟渠对农田面源污染的消减机理（底泥吸附及植物阻抗作用、植物/微生物吸收作用、降解去除作用）;通过整理分析559组生态沟渠野外观测试验数据,剖析了污染物初始浓度、水力停留时间、植物种类、生物量这4个主要影响因子对农田排水中N、P及农药去除率的影响;进而采用多元线性回归模型将多因子影响与N、P及农药去除率之间建立定量关系。结果表明总氮和总磷的去除率随单一因子污染物初始浓度、水力停留时间或生物量增大而增大,但与植物种类没有显著关系（P>0.05）;且多元线性回归模型结果表明污染物初始浓度的对总氮/总磷去除率的贡献大于生物量。农药的去除率随水力停留时间、生物量增大而增大,随污染物初始浓度增大而减小,与植物种类没有显著关系（P>0.05）。研究可为生态沟渠的合理构建和设计提供理论和技术支撑。     

基于CARS-RUN-ELM算法的水稻叶片氮磷含量协同反演方法

同时反演氮、磷元素含量相对于单一元素反演可以更加全面地表达水稻的营养状况,为快速、准确获取水稻叶片氮、磷含量和精准变量施肥提供依据。该研究基于不同氮肥处理的田间小区试验,获取水稻叶片氮、磷含量数据,采用竞争性自适应重加权采样法（Competitive Adapative Reweighted Sampling,CARS）筛选氮素与磷素共同特征波长,以特征波长反射率为输入,以化学方法测得叶片氮、磷元素含量为输出,分别使用反向传播神经网络、极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）、龙格-库塔算法优化极限学习机（RUNge Kutta optimizer-Extreme Learning Machine,RUN-ELM）构建水稻叶片氮、磷含量反演模型并分析。结果表明：采用CARS方法有效去除了高光谱中大量无用、冗余信息,得到5个氮、磷元素共同特征波长,去除具有共线性的特征波长,最后筛选出的特征波长分别是451、488、780、813 nm。使用筛选后的特征波长反射率构建RUN-ELM水稻叶片氮、磷含量反演模型效果最好,氮素训练集的决定系数R2为0.690,均方根误差为0.669 mg/g,磷素训练集的决定系数R2为0.620,均方根误差为0.027 mg/g。通过对比,RUN-ELM在预测能力、模型稳定性上优于反向传播神经网络以及ELM模型。综上研究,基于CARS-RUN-ELM的水稻叶片氮、磷含量反演模型可以快速、准确获取水稻叶片氮、磷含量,可为水稻精准施肥提供参考。     

不同有机物料对苏打碱化土有机碳库和化学性质的影响

以内蒙古河套灌区苏打碱化土为研究对象开展田间试验,设置常规施肥(CK)、生物炭+常规施肥(BC)、牛粪+常规施肥(CD)、玉米秸秆+常规施肥(SW)和羊粪+常规施肥(GM)5个处理,研究不同有机物料添加对碱化土壤有机碳(SOC)库和化学性质的影响。分别于2019年和2020年收获季采集0—30 cm耕层土壤,分析不同有机物料添加下SOC及其活性碳组分和主要盐碱指标的变化特征及其相关关系。结果表明:与CK相比,2019年和2020年各有机物料添加处理下SOC平均增幅分别为22.7%和17.2%,土壤有机碳储量(SOCs)平均增幅分别为22.9%和18.2%;4种有机物料均提高了碱化土壤活性有机碳组分含量,其中,CD和GM处理下各活性碳组分含量增幅较其他处理更高;2019年各有机物料添加处理下碳库管理指数(CPMI)较CK提高53.8%~108.3%,2020年提高71.3%~144.1%(P＜0.05),CD和GM对CPMI的提升作用更明显。土壤化学性质方面,2020年各有机物添加处理下pH均显著下降,BC和CD处理下碱化度(ESP)分别显著下降36.9%和29.3%,CD处理下蔗糖酶活性提高36.7%(P＜0.05)。主成分分析(PCA)表明,影响苏打碱化土SOC含量变化的主要因素为活性有机碳组分和ESP。牛粪和羊粪施用对苏打碱化土有机碳库质量提升作用较好,生物炭施用对盐碱化指标改良效果最明显。     

Coupled magnetic nanoparticle-mediated isolation and single-cell image recognition to detect Bacillus' cell size in soil

Microbial morphology fundamentally constrains how species interact with their environment, and hence ultimately affects their niche. However, the methodology of functional microbes in the soil ecosystem is still poorly studied since it is difficult to capture and identify the active monospecific community from the complicated environment and enormous number of microbial species in soils. To comprehensively reveal the morphology of active microbes in soil ecosystem, magnetic nanoparticle-mediated isolation (MMI) and single-cell image recognition (SCIR) were employed to study soil active Bacillus community, which functionally boosted the soil fertility in organic fertilisation compared to mineral fertilisation and unfertilised control treatments in our previous study. The results showed that MMI and SCIR can efficiently isolate active Bacillus from soil particles and other microorganisms. High throughput sequencing showed that the captured Bacillus showed similar community structure in different long-term fertilisation soils, while SCIR revealed that the active Bacillus was greater in number and larger in size in organic fertilisation treatment compared to mineral fertilisation and unfertilised control treatments. Our study demonstrates that the combination of MMI and SCIR is a potentially powerful tool to capture and identify the morphology of active and functional microbes in the soil ecosystem.     

Phosphorus fractionation and adsorption characteristics in drinking water reservoir inlet river sediments under human disturbance

Journal of Soils and Sediments - Sediment phosphorus fractionation, adsorption kinetics, and adsorption isotherm characteristics were studied in two rivers, Muyang River and Lengshui River in...     

华南优质杂交水稻品种选育与发展

本文针对华南广东、广西优质杂交稻育种的两个阶段进行了综述。第1个阶段为中等直链淀粉含量优质杂交稻发展阶段,育成了粒型较好、心腹白较少、透明度好的博A、秋A、美A、粤泰A、天丰A、五丰A、荣丰A和吉丰A等8个不育系,并利用其配组育成博优998、天优998、五优308等中等直链淀粉含量的优质杂交稻品种149个通过审定。此外,还利用两系不育系培矮64S配组育成培杂双七、培杂泰丰等9个中等直链淀粉含量的优质两系杂交稻品种通过审定。第2个阶段为低直链淀粉含量的优质杂交稻发展阶段,育成了粤丰A、泰丰A、野香A、广8A、丰田1A等15个优质不育系,并利用其配组育成泰丰优208、野香优莉丝、丰田优553等低直链淀粉含量优质杂交稻品种212个通过审定。同时,利用五山丝苗、粤农丝苗、五山油占等8个高产抗病兼用型优质常规稻作恢复系和优质恢复系华占与丙4114配组育成175个低直链淀粉含量优质杂交稻品种通过审定。从2015年开始,在每年的全国年推广面积前十大品种中,由华南直接育成或利用华南亲本合作育成的杂交稻品种占到一半以上,为我国优质籼稻产业发展发挥了巨大作用。最后还讨论了当前华南优质杂交稻存在问题和今后育种的发展方向。     

硬粒小麦白粉病成株抗性QTL的遗传分析

小麦白粉病是世界范围内广泛流行的小麦叶部真菌病害,显著影响小麦的产量和品质。由于现有品种的白粉病抗性不断丧失,使得进一步挖掘新的白粉病抗源及抗病基因十分重要。本研究以硬粒小麦品种UC1113和Kofa构建的包含93个株系的F₈代RIL群体为材料,利用235个多态性标记构建遗传图谱,并结合白粉病成株抗性表型数据,对4个环境下的白粉病成株抗性进行QTL定位。结果表明,在RIL群体中共定位到4个与白粉病成株抗性相关的QTL,分别位于1AL、4AL（2）和5AL染色体上。其中,来自UC1113的3个QTL（ QPm.hnau-1AL 、 QPm.hnau-4AL.1 和 QPm.hnau-4AL.2 ）为新的白粉病成株抗性QTL。本研究为小麦白粉病抗性基因挖掘和抗病育种提供了重要信息。     

小麦花药伸出特性的QTL分析

花药伸出特性直接影响小麦的授粉结实率和穗部真菌病害抗性,为挖掘控制小麦花药伸出特性的QTL,以半闭颖品种周8425B和开颖品种小偃81构建的包含102个株系的F_2:12RIL群体为材料,于2019和2020年各分两个播期种植于西北农林科技大学小麦试验站,以小麦花药伸出率和视觉花药伸出等级两个性状表型值对4个环境下的花药伸出特性进行表型鉴定,并利用90K芯片构建的高密度遗传连锁图谱进行QTL定位。结果共检测到8个控制花药伸出特性的QTL,分布在3A、3B、5B、6B、6D和7A染色体上,其中6B和6D染色体上各有2个QTL。 QAe.nwsuaf-3A、 QAe.nwsuaf-3B和 QAe.nwsuaf-6B位点在多个环境中均能被检测到,表型变异解释率分别为3.65%~10.48%、8.12%~26.09%和3.49%~8.93%。