山水林(草)田湖人生命共同体健康评价及治理对策——以长江三峡水库重庆库区为例

[目的] 研究库区山水林（草）田湖人生命共同体的健康状况,分析各自然子系统之间及其与人类活动的相互作用和相互影响,为生态保护与绿色发展,生态文明建设及构建和谐库区提供参考依据。[方法] 以长江三峡水库重庆库区（以下简称“重庆库区”）21个区县为例,构建生命共同体健康评价指标体系;运用3S等技术获取相关地理基础数据,结合社会经济统计资料,通过系统聚类分析,对重庆库区山水林（草）田湖人生命共同体的健康状况进行评价和分级。[结果] ①重庆库区山水林（草）田湖人生命共同体整体处于亚健康状态;②重庆库区山子系统的特征体现了其本底的脆弱性、不稳定性和低承载力;③重庆库区人子系统中,县域经济社会发展相对滞后,人的生活生产发展与生态保护矛盾突出;④重庆库区林（草）子系统结构及其生态服务功能有待提升优化。[结论] 未来一段时期内,山水林（草）田湖人系统修复治理工作要聚焦林（草）、田、湖与人子系统,进一步加强基础研究和应用技术研究,以便更科学地实现山水林（草）田湖人生命共同体系统的统筹共治、健康管理与持续经营。     

东北地区稻谷储藏期间脂肪酸含量的预测模型

粮食储备是保障国家粮食安全的重要物质基础,谷物中脂肪酸含量是粮食储藏过程中品质变化的敏感性指标。为了实现绿色储粮安全管理,该文采用多元线性回归(multiple linear regression,MLR)、人工神经网络(artificial neural network, ANN)、支持向量回归(support vector regression, SVR)、最小二乘支持向量回归(least square support vector regression,LSSVR)等机器学习算法模型,对东北地区稻谷储藏过程中的脂肪酸含量(以KOH计)进行预测。通过主成分分析(principal component analysis,PCA)方法筛选稻谷关键储藏参数,得到4个影响稻谷脂肪酸含量的关键因子,分别为稻谷入仓水分、入仓脂肪酸含量、储藏有效积温、检测粮温。然后,将得到的关键因子进行归一化处理,再分别输入到MLR、ANN、SVR、LSSVR模型,采用决定系数R2、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)等评价指标对不同模型的预测性能进行对比,探讨稻谷脂肪酸含量预测的最优模型算法。研究结果表明,LSSVR模型的决定系数R2、MAE、MAPE、RMSE分别为0.911、0.275 mg/100 g、1.604%、0.348 mg/100 g,预测效果略优于MLR,明显优于ANN和SVR,LSSVR和MLR模型可作为稻谷储藏期间脂肪酸含量预测的方法。该研究实现了稻谷脂肪酸含量的预测,为科学储粮、安全绿色储粮提供参考。     

36份玉米自交系亲缘关系分析

选用36份玉米骨干自交系为材料,对7个植株性状进行变异程度分析、相关性分析以及聚类分析,并选取10个自交系分别与郑58和昌7-2进行杂交组配,评价应用价值。结果表明,自交系各性状之间差异较大,聚类分析可将自交系划分为不同类群,类群间距离越大,性状差异越大,但部分杂交种双亲被划分在同一类群。杂交种分析表明,部分性状杂种优势明显,且与母本显著相关。     

旱作丘陵区黍子品种产量与主要性状通径分析

本研究选取10个黍子品种的7个主要性状与籽粒产量进行通径分析和聚类分析。结果表明,可将10个黍子品种聚为3类,第一类包括晋黍8号、晋黍9号、晋黍5号、晋黍7号、雁黍7号、晋黍6号和晋黍3号共7份材料,其生物产量、株高、粗蛋白及粗脂肪含量均较低;第二类仅有齐黍1号,其籽粒产量、粗蛋白和粗脂肪含量较高;第三类包括榆黍1号和晋黍1号,表现为籽粒产量、生物产量较高、粗蛋白含量最高、粗脂肪含量较高等特点。10个黍子品种生长特性、籽粒品质、生物产量和籽粒产量存在明显差异,榆黍1号和晋黍1号品种表现优于其他品种,株高分别为84.31 cm和81.48 cm,籽粒产量分别为6 646.39 kg/hm²和6 363.28 kg/hm²,生物产量分别为15 026.09 kg/hm²和14 962.05 kg/hm²,粗蛋白含量分别为17.8%和15.13%,粗脂肪含量分别为4.33%和4.63%。7个性状与产量直接效应大小依次为:穗重、SPAD值、根冠比、穗长、千粒重、株高、生物产量,而生物产量和株高则表现为负效应...     

2002—2021年内蒙古自治区大豆主要性状变化分析及综合评价

综合分析内蒙古自治区大豆品种农艺性状与品质性状,旨在为内蒙古自治区品种选育中亲本选择及筛选优良品种提供理论参考。运用相关性分析、主成分分析、TOPSIS分析和聚类分析等方法对内蒙古自治区109份大豆品种6个性状指标进行综合分析。结果表明,6个性状的遗传多样性指数为2.5964～2.8692,变异系数为6.79%～20.1%,其中蛋白质含量变异系数最低,遗传最为稳定。通过主成分分析选出3个主成分,累计遗传贡献率为79.98%,并构建优良品种评价方程S=0.48S1+0.31S2+0.21S3。运用主成分分析和TOPSIS分析选出7个综合排名靠前的品种,可在新品种选育中作为优良亲本使用。通过聚类分析将109份大豆品种分为5类,其中第Ⅰ类综合性状最好,可作为内蒙古自治区的优良大豆品种,第Ⅴ类仅有‘登科2号’具有极短的生育期,可在无霜期短的地区进行推广或者参与极早熟品种的选育。内蒙古自治区大豆品种类型繁杂多样,大豆育种水平也在逐年提高,但是高品质大豆品种匮乏,还需着重关注大豆高油、高蛋白育种,并且选育亲本大多来源于黑龙江省和吉林省,而本地品种并没有得到有效开发和利用,这也是限制内蒙古自治区大豆...     

基于遗传算法的基质培黄瓜营养液配方优化

为探究施肥多因子耦合对黄瓜产量、品质、肥料利用率等方面的综合调控,获取适宜的基质栽培营养液配方。以‘博耐526’黄瓜为试材,通过四因素(N、K、Ca、Mg)五水平(1/2)二次正交旋转组合设计,共23个处理,利用四元二次回归分析建立了N、K、Ca、Mg对黄瓜产量品质综合评分的回归模型,分析了双因素与三因素耦合效应对黄瓜产量品质综合评分的影响。结果表明,各因素对黄瓜产量品质综合评分的影响程度由大到小依次为氮、钾、钙、镁,黄瓜产量品质综合评分随各因素的增加均呈现先增加后减小的趋势。N-K和N-Ca的耦合效应显著(P<0.05),而其余因素耦合效应不显著(P>0.05);N-K耦合效应对黄瓜产量和品质综合得分的影响为负,而N-Ca耦合效应为正。同时建立了黄瓜产量品质综合评分、氮、钾和钙利用率的多目标优化模型,利用遗传算法对该模型进行模拟寻优,得到优化的氮,钾,钙和镁浓度分别为14.83、6.89、3.55和4.17 mmol/L。在此条件下,黄瓜的单株产量、可溶性蛋白、维生素C和可溶性总糖含量分别比山崎黄瓜专用配方处理显着提高了21.07%,40.91%,53.33%和11.48%,有机酸和硝酸盐含量比山崎黄瓜专用配方处理显著降低,此结果可为基质栽培黄瓜高产优质和营养液科学管理提供指导依据。     

基于毫米波雷达的果园单木冠层信息提取

为解决当前果园探测技术难以在恶劣的果园环境中提取果树冠层信息的问题。该研究将毫米波雷达应用于果园冠层探测,搭建了基于毫米波雷达的果园冠层探测系统,利用该系统扫描得到了果园点云,检测和估算得到每棵果树的株高、冠幅和体积参数。针对毫米波雷达在不同距离下产生点云密度不同的问题,该研究提出了一种基于可变轴的椭球模型自适应密度聚类算法,用以提高果树点云识别效果,进而使用Alpha-shape算法和随机抽样一致算法（Random Sample Consensus）对果树进行了表面重建和结构参数的提取。通过与人工测量数据比较,该研究提出的聚类算法可以有效的识别和提取单木冠层点云,代表果树识别精度的 F1 分数为 93.7%;检测到的果树的株高和冠幅的平均相对误差分别为8.7%和8.1%,决定系数分别为0.84和0.92,均方根误差分别为16.39和7.82 cm;使用Alpha-shape算法计算得到平均果树体积为5.6 m3,相比传统几何法测量体积,体积计算准确度提高了59.4%。该研究表明毫米波雷达可以用于果园冠层信息的准确提取,为采集果园冠层信息提供了技术,对农业信息采集和自动化作业技术的发展具有重要意义。     

南疆丰收灌区水资源多目标优化配置方案优选

针对灌区水资源多目标优化配置模型求解算法的不确定性和最优方案选择问题,以新疆阿克苏地区阿瓦提县丰收灌区为研究对象,以灌区可持续发展为目标,建立基于优选算法的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型。对比改进的NSGA-II算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,带精英策略的非支配排序遗传算法)、NSGA-III算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-III,基于参考点的非支配排序遗传算法)、MOEA/D算法(AMulti-Objective Evolutionary Algorithm based on Decomposition,基于分解的多目标进化算法),最终选取性能最好的CNSGA-III算法作为优化算法对水资源配置模型进行求解;建立水资源配置方案评价体系,利用熵权-TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution,优劣解距离法)综合评价模型对符合决策制定者期望的配置方案进行对比筛选,选出灌区水资源最佳配置方案。结果表明:优化后的方案相较于传统配置方案,在"三条红线"用水限额下,经济净效益增加1.0%,灌区总缺水量减少8.4%,碳吸收总量增加4.5%。建立的灌区水资源多目标优化配置及方案优选模型可为管理者制定灌区水资源配置方案提供参考,也可适用于其他干旱灌区,有一定的理论意义。     

复杂环境下柿子和苹果绿色果实的优化SOLO分割算法

为了实现果园复杂环境下柿子和苹果绿色果实的精准分割,该研究提出了一种基于SOLO的绿色果实优化分割算法。首先,利用分离注意力网络（ResNeSt）设计SOLO算法的主干网络,用于提取绿色果实特征;其次,为更好地应对绿色果实特征的多尺度问题,引入特征金字塔网络（Feature Pyramid Networks,FPN）,构造ResNeSt+FPN组合结构;最后,将SOLO算法分为类别预测和掩码生成2个分支,类别预测分支在预测语义类别的同时,掩码生成分支实现了对绿色果实的实例分割。试验结果表明,优化SOLO分割算法的平均召回率和精确率分别达到94.84%和96.16%,平均每张绿色果实图像在图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）上的分割时间为0.14 s。通过对比试验可知,优化SOLO分割算法的召回率分别比优化掩膜区域卷积神经网络算法（Optimized Mask Region Convolutional Neural Network,Optimized Mask R-CNN）、SOLO算法、掩膜区域卷积神经网络算法（Mask Region Convolutional Neural Network,Mask R-CNN）和全卷积实例感知语义分割算法（Fully Convolutional Instance-aware Semantic Segmentation,FCIS）提高了1.63、1.74、2.23和6.52个百分点,精确率分别提高了1.10、1.47、2.61和6.75个百分点,分割时间缩短了0.06、0.04、0.11和0.13 s。该研究算法可为其他果蔬的果实分割提供理论借鉴,扩展果园测产和机器采摘的应用范围。     

滴灌轮灌分组优化模型与算法

传统的轮灌组划分计算方式效率较低且难以获得较好方案。该研究首次采用智能算法来求解轮灌组划分问题,依据《微灌工程技术标准》及轮灌组划分原则,提出了基于流量均衡的数学模型及其约束条件。通过分析支管空间分布,确定了滴灌问题的邻域特征,在半径阈值范围内给出了最大限度查找关键路径的邻域搜索策略和不可行解修复算法,并采用传统遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、贪心遗传算法(Greedy-GA)、泰森多边形遗传算法(Voronoi-GA)和网格遗传算法(Grid-GA)算法分别求解模型,探索适应轮灌分组问题的初始化方法。对标准差、组内路程、连通性和运行时间4项指标对比分析,结果表明:Grid-GA算法表现优异,采用的邻域策略可有效避免支管分布过于分散,有利于日常管理与维护。取半径阈值280 m条件下,算法在300代左右达到收敛,最小标准差10.9 m3/h,组内路程8 105.2 m,连通性指标25,与一种冒泡+贪心的近似算法相比最小标准差小59.1%。该研究对提高滴灌工程设计效率和促进轮灌工作制度有效运行有着重要研究意义。