猕猴桃叶片叶绿素含量高光谱估算模型研究

【目的】研究猕猴桃叶片叶绿素含量的高光谱估算方法,为猕猴桃长势的遥感监测提供理论依据。【方法】以陕西杨凌蒋家寨村2018年不同生育期(初花期、幼果期、膨果期、壮果期、果实成熟期)的猕猴桃叶片为研究对象,分别测定其高光谱反射率和叶绿素含量(SPAD值),分析原始光谱和5个常见的植被指数(归一化植被指数、归一化叶绿素指数、改进的叶绿素吸收反射率指数、MERIS地面叶绿素指数、土壤调整指数)与叶绿素含量之间的相关关系,提取各生育期的特征波段,分别建立基于特征波段和植被指数的单波段叶绿素含量一元线性估算模型。利用主成分分析对原始光谱数据进行降维,将得到的主成分得分作为随机森林模型的输入变量,建立基于多波段信息的叶绿素含量多元估算模型,并对模型进行精度验证和分析。【结果】不同生育期猕猴桃叶片光谱反射率变化趋势基本一致,整体趋势为可见光波段反射率低,近红外波段反射率高;在可见光波段,光谱反射率随着叶绿素含量的升高而降低;在近红外波段,光谱反射率则随着叶绿素含量的增加而升高。通过相关性分析可知,初花期、幼果期、膨果期、壮果期、果实成熟期原始光谱的特征波段分别为729,548,707,707和712 nm,估算模型决定系数(R~2)分别为0.18,0.85,0.54,0.85和0.82,其中初花期估算模型未通过显著性检验,其余生育期均通过极显著性检验。在5个常用植被指数中,初花期与叶绿素含量相关性最高的是归一化叶绿素指数(NPCI),但是估算模型决定系数R~2只有0.1,未通过显著性检验;其他生育期与叶绿素含量相关性最高的是MERIS地面叶绿素指数(MTCI),所建立的估算模型拟合效果好,预测精度高。基于主成分分析和随机森林回归建立的不同生育期猕猴桃叶片叶绿素含量估算模型的R~2在0.91～0.98,均通过极显著性检验,其拟合效果和预测精度远高于单波段一元线性回归和基于植被指数的一元线性回归模型,是估算猕猴桃叶片叶绿素含量的最优模型。【结论】基于主成分分析的随机森林模型包含了更完整的波段信息,对不同生育期猕猴桃叶片叶绿素含量具有较好的预测能力。     

全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

基于农林植物表型的智能喷雾机械研究进展

传统喷雾机械通常仅关注无生命的机械作业性能，而忽略了有生命的植物因素，造成喷雾机械智能化水平不高。文中在分析农林植物表型对喷雾机械设计方法和喷雾性能影响的基础上，系统综述国内外开展的智能喷雾机械研究，提出基于植物表型的智能喷雾机械设计方法研究展望，探讨分析基于农林植物表型特征参数的新型、高水平智能化喷雾机械，并指出农林植物表型技术的发展必将推动绿色智能喷雾机械的创新。     

Harvesting machine for kelp culture in floating raft

Kelp is not only a kind of food of sea vegetable for human, but also widely used as raw materials in processing food, chemical engineering, pharmaceutical and cosmetic industries. In China kelp is generally planted on floating raft by using horizontal kelp rope cultivation method and often harvested manually. Harvesting kelp by hand is a difficult process with low production efficiency and high labor intensity. In this paper, a harvesting machine was developed for floating raft culture of kelp. It consists of mainly two locomotion modules, a collection/transmission module and a power module. The structure and working mechanism of this machine was presented and analyzed in detail. The tests of experiments were conducted as well with the developed machine. The manual harvest efficiency is 16.7%; however the mechanized harvest efficiency average value is 35.8%. The harvest time could be reduced by half if the company takes the same people to work. It is proven that the design of the machine is feasible.     

小麦 TaGRF4基因分析与功能鉴定

旨在研究小麦 TaGRF4基因的生物学功能，利用生物信息学技术分析小麦 TaGRF4基因结构及其与其他作物的进化关系，利用实时定量检测 TaGRF4在不同发育时期叶片和不同区段叶片中的表达丰度，同时检测外源GA处理条件下 TaGRF4的表达情况，最后利用BSMV-VIGS体系使 TaGRF4的3个同源基因同时沉默，研究 TaGRF4沉默对叶片生长发育的影响。结果表明， TaGRF4是玉米 ZmGRF10的同源基因，在幼嫩叶片和叶尖部位的表达量最高，而且对外源GA处理响应迅速； TaGRF4沉默后新生叶片明显伸长，说明 TaGRF4与 ZmGRF10有类似的生物功能，能够抑制叶片的伸长生长。     

截形叶螨危害下枣叶片叶绿素含量高光谱估算模型

以不同截形叶螨(Tetranychus truncatus Ehara)危害等级下枣叶片高光谱和叶绿素含量数据为基础,分析不同截形叶螨危害等级(0级、1级、2级、3级、4级)下枣叶片高光谱特征,构建基于一阶微分光谱的不同截形叶螨危害等级枣叶片叶绿素含量高光谱线性回归估测模型。结果表明:截形叶螨危害造成叶片中叶绿素含量减少,导致光谱反射率降低,表现为随危害等级的增加叶绿素含量呈逐级减少趋势。在不同截形叶螨危害等级枣叶片叶绿素估测模型中,危害等级为0级时,模型拟合度最好,达到0.810,表明利用高光谱数据构建不同危害等级枣叶片叶绿素含量估算模型具有一定的潜力,对危害植被叶片的虫害诊断意义重大。     

纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置设计与试验

针对马铃薯种薯切块机械化程度低的问题,设计了一种纵横刀组协同式马铃薯种薯切块装置,对其关键部件进行设计,通过对马铃薯种薯切割过程的力学分析、运动学分析和能量学分析,建立了切种能量的数学模型,确定了影响马铃薯切种效果的主要因素。以切种效率、切种合格率为评价指标,以圆盘刀半径、输送辊与圆盘刀垂直中心距、圆盘刀轴转速和夹持辊轴转速为试验因素,进行了四因素四水平正交试验。对正交试验结果进行方差和极差分析,结果表明:当圆盘刀半径为180 mm、输送辊与圆盘刀垂直中心距为190 mm、圆盘刀轴转速为115 r/min、夹持辊轴转速为56 r/min时,切种效率为74.5 kg/min,切种合格率为98.8%,满足马铃薯切种作业要求。     

不同温度LED光萎凋对铁观音MEP上游关键基因和香气的影响

【目的】萜类化合物是乌龙茶挥发性芳香物质的重要组分,2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸途径（MEP）上游关键基因直接参与调控萜类化合物前体物质的合成。而乌龙茶香气的形成与萎凋工序密切相关,光照和温度是影响萎凋的重要因子,探讨LED光与温度在乌龙茶萎凋过程中对香气的影响,为提高乌龙茶萎凋叶香气品质提供参考。【方法】基于转录组数据,根据KEGG筛选出响应光照的MEP上游关键基因（DXS、DXR、HDS、HDR）。对一芽三叶铁观音鲜叶进行LED白光和不同温度（20℃（L20）、25℃（L25）、30℃（L30）、35℃（L35）和40℃（L40））萎凋处理,黑暗下温度（20℃（D20）、25℃（D25）、30℃（D30）、35℃（D35）和40℃（D40））萎凋处理;分别测定铁观音萎凋叶的香气组分和MEP上游关键基因的相对表达量。【结果】L30处理萎凋叶各基因表达量达到最大值,萜类基因（DXS、DXR、HDS、HDR）表达量分别为XY组（对照）的4.31、5.28、11.77、1.59倍,为D30处理的2.24、2.39、1.86和1.60倍。D30组各基因表达量为黑暗处理组最大,依次为XY组的1.92、2.21、6.34和0.99倍。L20处理萎凋叶的α-法呢烯芳樟醇氧化物（I、II）含量最高,较XY依次提高了15.05%、4.92%和15.13%;L30处理萎凋叶的橙花叔醇、芳樟醇和香叶醇含量最高,较XY组依次提高了3.71%、6.14%和15.28%;LED组铁观音萎凋叶主要香气组分含量均高于相对应的温度处理组。通过主成分分析法建立数学模型,对萎凋叶香气组分进行评估,得出L20组萎凋叶得分最高,L30组萎凋叶次之;与香气分析得出结果一致。【结论】铁观音萎凋叶基因表达量与香气含量的变化趋势不存在同步性;L30处理萎凋叶基因表达量、主要萜类香气物质含量和主成分分析得分均较高,这与铁观音生产上的萎凋温度相一致。萎凋温度过高（40℃）不利于萎凋叶萜类关键基因的表达和萜类化合物的形成。     

桑叶中黄酮化合物的提取工艺及不同品种不同时期的含量变化

探讨了不同单因子对桑叶中黄酮成分浸提效果的影响。用80%乙醇作溶剂,原料质量浓度50.00 g/L,于70℃、pH 8的条件下浸提3 h并抽提2次的提取效果较好。以毛细管电泳仪测定、分析了不同品种、不同时期桑叶中的芦丁、槲皮素等成分,湖桑9001叶片中的芦丁含量高,湖桑32号的槲皮素含量高,10月份采摘桑叶中的芦丁和槲皮素的含量最高。芦丁、槲皮素等成分在桑叶中的动态变化:以10 mmol/L磷酸二氢钠-20 mmol/L的硼砂溶液(pH 8.62)作缓冲液,在25℃,20 kV的压力下电泳,245 nm波长处检测,线性关系良好,在8 m in内完全分离。     

Detection of Ecballium elaterium in hedgerow olive orchards using a low-cost uncrewed aerial vehicle and open-source algorithms

BACKGROUND

Ecballium elaterium (common name: squirting cucumber) is an emerging weed problem in hedgerow or superintensive olive groves under no tillage. It colonizes the inter-row area infesting the natural or sown cover crops, and is considered a hard-to-control weed. Research in other woody crops has shown E. elaterium has a patchy distribution, which makes this weed susceptible to design a site-specific control strategy only addressed to E. elaterium patches. Therefore, the aim of this work was to develop a methodology based on the analysis of imagery acquired with an uncrewed aerial vehicle (UAV) to detect and map E. elaterium infestations in hedgerow olive orchards.

RESULTS

The study was conducted in two superintensive olive orchards, and the images were taken using a UAV equipped with an RGB sensor. Flights were conducted on two dates: in May, when there were various weeds infesting the orchard, and in September, when E. elaterium was the only infesting weed. UAV-orthomosaics in the first scenario were classified using random forest models, and the orthomosaics from September with E. elaterium as the only weed, were analyzed using an unsupervised algorithm. In both cases, the overall accuracies were over 0.85, and the producer's accuracies for E. elaterium ranged between 0.74 and 1.00.

CONCLUSION

These results allow the design of a site-specific and efficient herbicide control protocol which would represent a step forward in sustainable weed management. The development of these algorithms in free and open-source software fosters their application in small and medium farms. © 2022 The Authors. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.