基于深度学习与激光点云的橡胶林枝干重建及参数反演

树木的几何建模在林木性状评价、森林动态经营管理与可视化研究中具有重要意义。现今,从激光雷达（Light Detection And Ranging,LiDAR）数据中重建树体三维模型并精准获取林木空间枝干结构参数是数字林业发展的必然趋势。该研究提出了一种深度学习与计算机图形学相融合的树木骨架重建与参数反演方法。该方法以PR107、CATAS 7-20-59、CATAS 8-79三个品种的橡胶树为实验对象,首先,采用背包移动激光雷达获取三个橡胶树品种的样地数据,并通过体素剖分和数据增广策略来构建橡胶树训练样本集。其次,构造由四层特征编码层和特征解码层所组成的点云分类深度学习网络,并包含优化的PointConv模块与不同尺度的特征插值模块,以实现在多尺度条件下,全面考虑点云的全局和局部优化特征,引导网络实现枝叶点云的精确分类。最后,面向分类后的枝干点云,运用计算机图形学的空间连通性算法与圆柱拟合策略,重建树木骨架模型,并自动解决叶子点云与对应的一级枝干归属问题,进而在叶团簇尺度下开展对单株树的精细描述与参数反演。通过对三块橡胶树测试样地的验证和与实测值的比对表明,该研究提出的深度学习网络枝叶分类总体准确率在90.32%以上。骨架重建与叶团簇分析结果显示,PR107品种橡胶树具有较为发散的树冠、最大的分枝夹角和叶团簇体积;CATAS 7-20-59品种橡胶树冠呈花瓶型,分枝夹角和叶团簇体积较小;而CATAS 8-79品种橡胶树尽管胸径最粗,但不耐寒害处于落叶期导致冠积最小。同时,反演得到的橡胶树一级枝干直径与实测值比对为：决定系数R2不低于0.94,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）小于3.01 cm;主枝干与一级枝干的分枝角为：决定系数R2不低于0.91,均方根误差RMSE不高于4.94°。同时发现橡胶树一级枝干的直径与对应的叶团簇体积呈正相关分布。该研究将人工智能的理论模型应用于林木的激光点云数据处理中,为林木激光点云的智能化分析与处理提供了新颖的解决思路。     

耦合效应弥补水氮减量对夏玉米养分吸收和利用的不利影响

  【目的】  适宜的水氮管理是提高关中平原夏玉米产量的关键。研究水、氮减量及其交互作用对夏玉米养分积累和转运以及氮素利用的影响,为关中平原夏玉米高产高效栽培提供理论依据。  【方法】  于2018—2019年,在陕西杨凌设置水、氮二因素裂区田间试验。3个灌溉处理为传统灌水量800 m3/hm2 (W2)、减量50%灌水 (400 m3/hm2,W1)和无灌溉(W0)。每个灌溉量下设传统施氮量的100% (300 kg/hm2, N300)、–25% (225 kg/hm2, N225)、–50% (150 kg/hm2, N150)、–75% (75 kg/hm2, N75)和不施氮(N0) 5个水平,W2N300为传统水氮管理模式对照。分析夏玉米籽粒产量、氮磷钾养分积累与转运特征,计算氮肥利用效率。  【结果】  与W2N300相比,W2N225、W1N225、W1N150处理的夏玉米产量和产量构成因素无显著差异。W1N225显著提高了玉米抽雄后干物质积累,显著提高了玉米抽雄后氮、磷、钾养分积累和所占比例,W2N225、W1N300则与W2N300无显著差异。与W2N300相比,W1N225处理可以显著提高干物质和氮磷钾养分转运量,分别比W2N300处理的干物质和氮磷钾转运量提高了11.67%、16.28%、19.80%、18.95%。相关分析结果表明,玉米抽雄前后氮、磷、钾素积累量与籽粒产量均呈显著或极显著正相关,且抽雄后的氮、磷、钾积累量与产量的相关性高于抽雄前。  【结论】  在传统灌水量和施氮量基础上,减少50% 的灌水量,减少25%的氮素投入量可显著提高玉米抽雄后养分积累,促进养分转运量和抽雄后转运养分对籽粒贡献率的协同提高,进而提高了玉米产量和氮肥利用效率。综合考虑夏玉米产量,氮、磷、钾养分积累与其转运特征以及氮素利用效率等因素,在关中平原灌溉区,以灌水减量50% (即400 m3/hm2)、施氮减少25% (即 225 kg/hm2)的模式较为适宜。     

施肥时机对土壤水氮运移转化规律的影响

为揭示不同施肥时机（全过程、前1/2和后1/2入渗水量施肥）下土壤水氮运移转化规律,以砂壤土和黏壤土质地的一维垂直肥液（尿素）入渗试验为基础,重点分析不同施肥时机下土壤水氮分布与再分布过程中的运移转化规律,并量化比较其对土壤中氮素含量的影响。结果表明,施肥时机对土壤累积入渗量和湿润体中水分分布影响微小,但对不同形态氮素运移转化影响显著;砂壤土和黏壤土入渗结束时刻,全过程和后1/2入渗水量施肥时,其尿素态氮、铵态氮（NH₄⁺—N）和硝态氮（NO₃^-—N）含量均随土层深度增大而减小;前1/2入渗水量施肥时,尿素态氮和NO₃^-—N含量在湿润体边缘累积,NH₄⁺—N呈先增大后减小趋势,且主要分布在5—25 cm土层;再分布阶段,全过程和后1/2入渗水量施肥时,砂壤土和黏壤土中尿素态氮分别在再分布3天和5天时基本水解完成,同时NH₄⁺—N含量达到峰值,NO₃^-—N含量再分布10天内未出现下降趋势;前1/2入渗水量施肥时,尿素态氮再分布10天时基本水解完成,NH₄⁺—N含量再分布5~10天达到峰值,NO₃^-—N含量则呈先增加后减小趋势;后1/2入渗水量和全过程施肥条件下,砂壤土和黏壤土再分布10天时0—40 cm土层中NH₄⁺—N和NO₃^-—N含量均大于前1/2入渗水量施肥,说明其氮素潜在利用效率高,故推荐畦（沟）灌合理施肥时机为后1/2入渗水量或全过程施肥。研究结果可为农田畦（沟）灌施肥系统的设计和管理提供理论基础和技术支撑。     

侵蚀地貌中土壤团聚体碳、氮、磷含量变化及其环境风险

为明确侵蚀环境中长期施用化肥条件下农田土壤养分积累特征及其对流域面源污染的潜在威胁。在高塬沟壑区,分别采集塬面—坡地—沟道和川地—河漫滩—河道中土壤及泥沙样品,分析不同侵蚀地貌单元中团聚体粒级分布特征和不同团聚体中C、N、P含量变化及其潜在环境风险。结果表明:(1)沟道和河道等低洼地带＜63 μm粒级团聚体占比最高,川地—河漫滩—河道系统中＜63 μm粒径含量显著高于塬面—坡地—沟道系统;(2)塬面有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、有效磷(Olsen—P)含量分别为8.49,1.19,1.23 g/kg和51.80 mg/kg,是80年代初的1.39,1.49,1.76,16.27倍;川地分别为6.80,1.00,1.07 g/kg和27.40 mg/kg,是80年代初的1.12,1.25,1.52,8.13倍,磷素积累最为明显。各粒级团聚体中SOC、TN、TP、Olsen—P含量由高到低依次为＞250 μm粒级,63~250 μm粒级,＜63 μm粒级;(3)无论是从塬面到沟道,还是从川地到河道,不同粒级团聚体中SOC、TN、TP、Olsen—P都呈现了显著降低趋势,但沟道和河道＜63 μm粒级团聚体中有效磷素含量已升高到塬面上世纪80年代初水平。易侵蚀迁移的团聚体(＜250 μm)分布特征和CaCl₂—P的突变点问题突出,成为塬面和川地农田土壤养分积累影响水体环境的潜在风险源。因此,防治水土流失和改善施肥措施是确保黄河流域高质量发展的基础。     

博斯腾湖湖滨绿洲土壤表层含盐量高光谱估算模型

以博斯腾湖湖滨绿洲为研究区,对土壤高光谱反射率R进行数学光谱变换,并计算其差值型、比值型、归一化型3种盐分指数,通过显著性检验优选特征波段,结合土壤表层盐分实验数据,构建基于地理加权回归模型的土壤表层盐分含量估算模型。研究结果表明:1)土壤表层盐分含量平均值为7.535 g·kg^-1,其光谱变换建模选取的特征波段集中在466~482、1669~1728、1979~2371 nm,其中对数倒数的一阶微分(1/lg R)′相关性较好,相关系数绝对值为0.672;2)构建3种盐分指数优选的特征波段集中在1700~1728、1992~2014、2375~2405 nm,建立的模型决定系数均大于0.870,光谱反射率R的决定系数仅为0.621;3)差值型盐分指数优选特征波段建立的地理加权回归模型为最优模型,建模集与检验集的决定系数R2分别为0.934和0.915,RMSE分别为1.186和0.917。     

肥料中重金属元素镍含量测定方法的研究

肥料中镍的测定缺少相应的标准方法,选择水溶肥料、复混肥料、有机肥料、土壤调理剂4类肥料样品,研究王水消解,其中消解液中镍采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)3种方法测定,探讨肥料中的镍含量测定方法。结果表明:3种方法检出限:FAAS>ICP-OES>ICP-MS,分别为0.11 mg/L、0.02 mg/L和3.94 μg/L。3种方法测定结果相对标准偏差(RSD,n=6)在1.59%～13.59%之间,加标回收率为80%～118%。相关性分析结果发现,FAAS和ICP-OES的测定结果之间的相关系数R2=0.9678,ICP-OES和ICP-MS测定数据间相关系数R2=0.9801,FAAS和ICP-MS之间相关系数R2=0.9649,均呈良好的线性相关关系,且3种方法测定结果差异不明显。通过研究得出建立肥料中镍的测定方法,采用王水-电热板消解肥料样品,待测液中的镍元素含量可用FAAS、ICP-OES、ICP-MS测定,实验室根据实际情况可选择使用不同的检测方法。     

荃两优系列杂交稻品种耐热性与稻米品质的相关性研究

以优质水稻不育系荃211S为母本选育的13个荃两优系列杂交水稻品种为试验材料,利用智能温室进行高温胁迫处理,分析品种的耐热性和高温胁迫对稻米加工品质、外观品质和蒸煮食味品质的影响,以及品种耐热性与其主要品质性状的相关性。结果表明,荃两优系列杂交稻品种耐热性水平整体较强,其耐热系数与经过高温胁迫后品种的整精米率、碱消值呈极显著正相关,与胶稠度呈显著正相关,与垩白度呈极显著负相关;经过高温胁迫后,品种的整精米率、碱消值、胶稠度和直链淀粉含量普遍降低,垩白度普遍增加;耐热性强的水稻品种经过高温胁迫处理后,其整精米率、垩白度、直链淀粉含量、碱消值和胶稠度等主要米质指标的变幅小于高温相对敏感的品种。本研究为选育耐高温优质水稻品种奠定基础。     

苯肽胺酸对低温胁迫下玉米幼苗抗氧化系统和氮代谢的影响

以玉米品种郑单958为试材,设常温下喷施清水（CK）、常温下喷施苯肽胺酸（PA）、低温下喷施清水（LT）和低温下喷施苯肽胺酸（LT+PA）4个不同处理,低温处理7 d后将玉米幼苗移入常温环境下恢复3 d,测定各处理幼苗生长情况、细胞质膜透性、活性氧（ROS）、抗氧化酶活性和氮代谢相关指标。结果表明,低温胁迫下,幼苗叶片活性氧和丙二醛（MDA）含量显著增加,膜透性增大,胁迫前期会诱导酶促抗氧化防御系统活性增强,随胁迫时间延长,抗氧化酶活性均呈下降趋势;氮素吸收量逐步减少,氮代谢相关酶活性呈明显降低趋势,玉米幼苗生长受到严重抑制。叶面喷施苯肽胺酸可显著减少膜损伤来促进根系对NO₃^-的吸收和提高抗氧化酶活性,同时氮代谢关键酶活性的上升和GS/GOGAT代谢途径的正常运行在氮代谢中发挥积极作用。     

白木香2种外植体的组织培养

沉香是国际上极负盛名的药用和香料资源之一。在亚洲许多国家,沉香产业既是传统行业也是发展迅猛的新兴产业。沉香优良种质的大规模应用对沉香产业的可持续发展具有重大意义。因此优良沉香种质资源是近年沉香产业关注的重点和热点,但一些优良种质的品质特性无法通过有性繁殖遗传,大规模繁育存在技术障碍。植物组织培养技术在品种优良性状保持、种子资源保存、快速繁殖等方面具有非常突出的优越性,被广泛应用于中药资源保护和中药产业发展。为建立工业化生产的沉香广谱再生体系,本文以白木香无菌苗和成龄植株的枝条为材料从外植体消毒、丛生芽诱导和生根培养三方面进行组织培养研究。结果表明,通过0.1%多菌灵溶液浸泡3 min,流动水冲洗3 h处理,对采摘自大田的白木香枝条有较好的除菌效果。0.1%升汞溶液消毒6~8 min,可有效保持外植体的成活率。在培养基中适当添加灭菌剂也能有效控制材料染菌。无菌苗茎段丛生芽诱导较易,大田枝条的丛生芽诱导较难。WPM + 20 g/L蔗糖+0.5 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA (G₄)有利于无菌苗的丛生芽诱导;1/2 MS+25 g蔗糖+2 mg/L 6-BA+0.01 mg/L NAA (I₃),1/4 MS+20 g/L蔗糖+ 2 mg/L 6-BA+0.5 mg/L NAA (J₂)和WPM+20 g蔗糖+1 mg/L 6-BA+0.01 mg/L NAA (K₂)有利于成龄植株枝条外植体的丛生芽诱导,将膨大的丛生芽团切割后转接于不含植物生长调节剂的WPM培养基中可促进丛生芽伸长。WPM培养基中添加10~20 g/L蔗糖,并加入0.1~0.5 mg/L NAA可诱导无菌苗和茎段外植体的新芽生根。本研究以沉香2种外植体进行组织培养,成功获得再生植株,为沉香优良种质的无性繁殖提供技术参考。     

吉林省玉米穗期害虫种类及发生情况分析

吉林省是玉米生产大省,为明确吉林省玉米穗期害虫种类、分布及发生情况,2013～2016年对吉林省9个地市,42个县(市/区),累计409个地点的玉米穗期害虫进行系统调查,为玉米穗期害虫的监测预警和制定合理防治策略提供科学依据。调查发现,吉林省玉米穗期有27种有害生物,隶属于3个纲,7个目,18个科。亚洲玉米螟、双斑长跗萤叶甲、叶螨和蚜虫的有虫田率均在80%以上,百株虫量和危害级别较高,是吉林省玉米的主要害虫。美洲黍潜叶蝇、古毒蛾、大青叶蝉、梨剑纹夜蛾、赤角盲蝽、白星花金龟等有虫田率在20%以下,且百株虫量<1头,尚未玉米生产造成威胁。此外,迁飞性害虫黏虫也是玉米穗期重要害虫,棉铃虫是潜在的玉米穗期重要害虫。