植保无人机在江苏农垦稻麦病虫草害防治中的应用及展望

植保无人机作为一种新型施药工具,以作业高效安全、节水省药环保等特点于近几年迅速发展,并已广泛应用于农作物病虫草害防治。本综述重点对我国植保无人机的施药发展现状、近年来江苏农垦植保无人机的应用情况和植保无人机应用过程中存在的问题进行阐述,并对植保无人机应用的未来发展趋势进行展望。     

宁麦9号与扬麦158株高及其构成因素的遗传解析

宁麦9号与扬麦158是我国长江中下游麦区的主栽品种和骨干亲本,长江中下游麦区近3年来审定品种中80%都是其衍生后代,研究其性状的遗传具重要意义。以宁麦9号与扬麦158为亲本构建的包含282个家系的重组自交系群体为材料,利用Illumina 90k芯片对群体进行基因型分析,建立高密度遗传图谱。连续3个生长季对株高及节间长度、穗长等株高构成因素进行测定,结合遗传图谱对株高及相关性状进行QTL定位,获得14个控制株高及其构成因素的稳定表达位点。通过进一步位置比对,聚焦到6个染色体区段,初步明确了各节间对株高的遗传调控机制。同时,将6个染色体区段中同源性较低的连锁标记转化为适用于高通量筛选的KASP标记,利用101份区域试验材料进行标记效应验证,结果显示聚合Qph-2D与Qph-5A.1两个位点具有较高的选择效率,继续聚合Q2A后,中选材料显著减少,可能降低选择效率;对Q2A与Q5A两个一因多效位点的选择建议以降低株高的等位变异为主;Qd1-5D可作为穗下节间(D1)的选择标记对株高展开优化选择。期望以上结果能为长江中下游麦区的小麦株高遗传改良提供帮助。     

东农冬麦1号TaPRK基因的生物信息学分析及低温和ABA、SA、MeJA对其表达模式的影响

磷酸核糖激酶(PRK)是卡尔文循环的关键酶,在调节糖代谢过程中起着关键作用。为探索TaPRK在小麦抗逆过程中的功能,以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号(Dn1)和弱抗寒冬小麦品种济麦22(J22)为材料,对TaPRK进行生物信息学分析和表达模式研究。结果表明,TaPRK基因含有一个1 215bp开放阅读框,编码404个氨基酸,表达产物为稳定的亲水蛋白,属于尿苷激酶家族,带有叶绿体转运肽,定位于叶绿体。越冬期间,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量显著高于J22,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在-10℃和-25℃时高于J22,而在0℃时低于J22;外源ABA、SA和MeJA处理下,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量均随着温度的降低表现为先升后降的趋势,且均在-10℃时达到表达量的峰值;外源ABA和SA处理下Dn1叶片中TaPRK的相对表达量呈现"降-升-降"的变化规律,在-10℃时显著高于对照;外源MeJA处理下,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在0℃和-25℃高于对照,且在0℃达到峰值。总体来说,TaPRK在小麦抗寒方面发挥正向调节作用。外源ABA、SA和MeJA增加了冬小麦TaPRK的表达量,有助于提高冬小麦的抗寒性。     

基于数字化植物表型平台（D3P）的田间小麦冠层光截获算法开发

冠层光截获能力是反映作物品种间差异的重要功能性状，高通量表型冠层光截获对提高作物改良效率具有重要意义。本研究以小麦为研究目标，利用数字化植物表型平台（D3P）模拟生成了100种冠层结构不同的小麦品种在5个生育期的三维冠层场景，记录了从原始冠层结构中提取的绿色叶面积指数（GAI）、平均倾角（AIA）和散射光截获率（FIPAR_dif）信息作为真实值,进一步利用上述三维小麦场景开展了虚拟的激光雷达（LiDAR）模拟实验，生成了对应的三维点云数据。基于模拟的点云数据提取了其高度分位数特征（H）和绿色分数特征（GF）。最后，利用人工神经网络（ANN）算法分别构建了从不同LiDAR点云特征（H、GF和H+GF）输入到FIPAR_dif、GAI和AIA的反演模型。结果表明，对于GAI、AIA和FIPAR_dif，预测精度从高到低对应的点云特征输入为GF+H > H > GF。由此可见，H特征对提高目标表型特性的估算精度起到了重要作用。输入GF + H特征，在中等测量噪音（10%）情况下，FIPAR_dif和GAI的估算均获得了满意精度，R²分别为0.95和0.98，而AIA的估算精度（R²=0.20）还有待进一步提升。本研究基于D3P模拟数据开展，算法的实际表现还有待通过田间数据进一步验证。尽管如此，本研究验证了D3P协助表型算法开发的能力，展示了高通量LiDAR数据在估算田间冠层光截获和冠层结构方面的较高潜力。     

基于无人机成像高光谱影像的冬小麦LAI估测

利用无人机Cubert UHD185 Firefly成像光谱仪和ASD光谱仪获取了冬小麦挑旗期、开花期和灌浆期的成像和非成像高光谱以及LAI数据。首先,对比ASD与UHD185光谱仪数据光谱反射率,评价两者精度;然后,选取7个光谱参数,分析其与冬小麦3个生育期LAI的相关性,并使用线性回归和指数回归挑选出最佳估测参数;最后利用多元线性回归、偏最小二乘、随机森林、人工神经网络和支持向量机构建了冬小麦3个不同生育期LAI的估测模型。结果表明:UHD185光谱仪光谱反射率在红边区域与ASD光谱仪趋势一致性很高,反射率在挑旗期、开花期、灌浆期的R^2分别为0.9959、0.9990和0.9968,UHD185光谱仪数据精度较高;7种光谱参数在挑旗期、开花期、灌浆期与LAI相关性最高的参数分别是NDVI(r=0.738)、SR(r=0.819)、NDVI×SR(r=0.835);LAI-MLR为冬小麦LAI的最佳估测模型,其中开花期拟合性最好,精度最高(建模R^2=0.6788、RMSE为0.69、NRMSE为19.79%,验证R^2=0.8462、RMSE为0.47、NRMSE为16.04%)。     

Effects of three types of soil amendments on yield and soil nitrogen balance of maize-wheat rotation system in the Hetao Irrigation Area,China

Excessive fertilization combined with unreasonable irrigation in farmland of the Hetao Irrigation Area (HIR), China, has resulted in a large amount of nitrogen (N) losses and agricultural non-point source pollution. Application of soil amendments has become one of the important strategies for reducing N losses of farmland. However, there is still no systematic study on the effects of various soil amendments on N losses in the HIR. In this study, three types of soil amendments (biochar, bentonite and polyacrylamide) were applied in a maize-wheat rotation system in the HIR during 2015-2017. Yields of maize and wheat, soil NH₃ volatilization, N₂O emission and NO₃^- leaching were determined and soil N balance was estimated. The results showed that applications of biochar, bentonite and polyacrylamide significantly increased yields of maize by 9.2%, 14.3% and 13.3%, respectively, and wheat by 9.2%, 16.6% and 12.3%, respectively, compared with the control (fertilization alone). Applications of biochar, bentonite and polyacrylamide significantly reduced soil N leaching by 23.1%, 35.5% and 27.1%, soil NH₃-N volatilization by 34.8%, 52.7% and 37.8%, and soil N surplus by 23.9%, 37.4% and 30.6%, respectively. Applications of bentonite and polyacrylamide significantly reduced N₂O-N emissions from soil by 37.3% and 35.8%, respectively, compared with the control. Compared with application of biochar, applications of bentonite and polyacrylamide increased yields of maize and wheat by 5.1% and 3.5%, respectively. Our results suggest that soil amendments (bentonite and polyacrylamide) can play important roles in reducing N losses and increasing yield for the maize-wheat rotation system in the HIR, China.     

间作模式下小麦联合收获机清选装置CFD-DEM气固耦合仿真与试验验证

为了提高间作模式下小麦联合收获机清选性能，研究旋风分离筒内流场和颗粒的运动状态，探索分离筒的最佳工作参数组合，运用离散元法和计算流体力学耦合的方法分析了气流与颗粒的相互作用，以喂入速度、吸杂压强、筒体高度、下椎体角度为试验因素对清选过程进行了仿真正交试验，对最佳清选参数组合完成了田间试验验证。结果表明:气流在分离筒内形成内、外旋涡，内漩涡的运动使短茎秆进入吸杂管道，籽粒在外旋涡的作用下滑落到集粮盘；仿真试验的最佳参数组合为喂入速度12 m·s^-1吸杂压强-1 800 Pa、筒体高度350 mm、下椎体的角度65°，得到的清洁率和损失率分别为92.18%和1.99%，与田间试验的误差分别为2.947%和7.428%。     

冬小麦生物量及氮积累量的植被指数动态模型研究

利用遥感技术实时监测小麦生长状况,依据监测结果适时促控,可提高产量。本研究以高产小麦品种周麦27为试验材料,在不同试验地点设置了水氮耦合的大田试验,筛选出了适宜监测冬小麦地上部氮积累量和生物量的植被指数,并构建了不同产量水平下优选植被指数的动态模型。结果表明,(1)不同的水氮耦合模式显著影响小麦冠层光谱变化,在350～700nm和750～900nm表现相反的反应特征;(2)对2个农学生长指标反应敏感且兼容性好的植被指数主要有修正型红边比率(mRER)、土壤调整植被指数[SAVI(825,735)]、红边叶绿素指数(CI_(red-edge))和归一化差异光谱指数(NDSI),其与产量间相关性较好的时期为拔节至灌浆中期;(3)双Logistic模型可以很好地拟合植被指数的动态变化,高产和超高产水平下拟合精度较高(R~20.82),而低产水平下相对较低(R~2=0.608～0.736)。比较而言,CI_(red-edge)和SAVI (825, 735)用于评价小麦长势较为适宜。研究结果对作物因地定产、以苗管理、分类促控具有重要意义。