基于PCA-Attention-LSTM网络的土壤氮含量监测

土壤作为农作物生长的主要营养来源,氮是植物生长的重要元素,有效评价土壤氮素含量可以促进配方施肥的发展。提出主成分分析、注意力机制和长短时记忆神经网络相结合的模型(PCA-Attention-LSTM)来监测土壤的氮素含量。采用PCA(主成分分析)对数据进行处理,提取影响土壤氮含量的关键影响因子,降低模型向量输入的维数,利用注意机制突出预测中的关键输入特征。在Keras深度学习框架的基础上搭建PCA-Attention-LSTM的网络模型,实现对未来2 h土壤氮含量的精监测。最后,以黑龙江省依安甜菜养植基地的数据对土壤氮含量进行训练和验证。结果表明,与RNN等其它网络模型相比,该模型的效果更好,基于PCA-Attenlion-LSTM网络模型的平均绝对误差,均方根误差和平均绝对百分误差分别为0.119、0.020、0.156。该模型预测精度高,泛化能力强,可以应用于土壤氮含量的监测。     

滴灌下生物质改良材料对盐渍土水盐氮运移的调控效应

为探究生物质改良材料对滴灌盐渍土水、盐、肥运移过程的调控效应，采用土箱模拟试验，研究了水肥一体化滴灌条件下，生物炭和腐殖酸两种改良材料对盐渍土水、盐、氮运移和再分布过程及其时空分布特征的影响规律。结果表明：在滴灌条件下，盐渍土壤水盐的时空动态变化表现出明显的水分入渗驱动的盐分运移过程和蒸发扩散驱动的水盐再分布过程；铵态氮含量在时间上表现出先增大、后减小的变化趋势，在空间上的运移再分布特征较弱；硝态氮含量初始时空分布表现出与水盐相似的运移特征，受铵态氮硝化作用的多重影响，后期空间分布与铵态氮空间分布相似；生物炭通过提高土壤饱和导水率，增大了入渗阶段土壤水、盐、氮的运移速率和分布范围；腐殖酸通过提高土壤田间持水率增大了再分布过程土壤水、盐、氮的分布范围和强度，同时其对尿素的水解和硝化过程表现出更强的抑制效果。应用生物质改良材料在改变土壤物理性状进而调控滴灌土壤水盐运移的同时，还影响土壤氮素转化运移过程及其分布，这为水肥一体化滴灌盐渍农田的节水、控盐、减肥治理提供了理论基础。     

氮、磷添加对不同种植密度樟树幼苗碳储量及其分配的影响

【目的】对氮(N)、磷(P)添加条件下4种种植密度的樟树Cinnamomum camphora幼苗各器官碳(C)含量、储量和分配比例进行研究,以期为氮沉降和磷添加背景下森林碳储量分配格局的变化提供参考。【方法】以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH4Cl)作为氮肥模拟氮沉降,以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)作为磷添加,设置4个水平:不加N和P(对照,CK),加N,加P,加N和P(N+P)。N、P及N+P每年的添加量分别为NH4Cl40 g·m-2、NaH_2PO_4·2H2O 20 g·m~(-2)和NH4Cl 40 g·m~(-2)+NaH_2PO_4·2H_2O 20 g·m~(-2);种植密度设置4个水平,即10、20、40和80株·m-2。【结果】各氮、磷添加和密度处理下幼苗的根、茎和枝的C含量基本上差异不显著,而添加N和N+P能够促使樟树幼苗叶的C含量上升。随着种植密度的增大,樟树幼苗叶片C含量表现出下降的趋势;N、P添加处理基本上能够促进幼苗单株C储量和单位面积C储量的增加;随着种植密度的增大,单株幼苗C储量呈现下降的趋势。【结论】樟树幼苗叶的单株C储量和单位面积C储量分配比例随着种植密度的增大逐渐减小。高密度种植有利于茎的分配比例增加。N+P添加处理对幼苗C储量的促进效果大于单一N或P添加处理。     

油菜-水稻轮作模式下油菜季氮肥投入与水稻季氮肥运筹对杂交籼稻光合生产力及产量的影响

【目的】探索油菜季氮肥投入与水稻季氮肥运筹对杂交籼稻光合生产力及产量的影响,为水旱轮作模式下水稻适宜的氮肥运筹方式提供理论和实践依据。【方法】以杂交籼稻‘F优498’为试验材料,研究油菜季2种氮肥投入量(常规施氮:180 kg·hm~(-2),减量施氮:150 kg·hm~(-2))、水稻季150 kg·hm~(-2)施氮量基础上3种氮肥运筹模式[M1—m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=2∶2∶6,M2—m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=3∶3∶4,M3—m(基肥)∶m(分蘖肥)∶m(穗肥)=4∶4∶2]对杂交稻光合特性、干物质积累与转运和产量的影响。【结果】相对于常规施氮,油菜季减量施氮影响了杂交稻齐穗期光合特性但没有达到显著水平;水稻季M1、M2、M3处理杂交稻齐穗期和齐穗后15 d的光合生产力均增加;油菜季减量施氮和水稻季M3运筹模式杂交稻的光合速率增幅最大。油菜季减量施氮处理杂交稻齐穗期和成熟期茎鞘干物质质量、转化率和产量均增加;水稻季M1、M2、M3处理杂交稻齐穗期茎鞘干物质质量和产量增加;油菜季减量施氮和水稻季M3运筹方式干物质积累增幅最大。【结论】油菜季减量施氮和水稻季M3运筹方式可增强杂交稻生育后期光合性能,提高杂交稻叶面积指数,增加杂交稻干物质积累与转运,从而提高杂交稻产量,为本研究最佳处理。     

不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与土壤和植株养分的关系

【目的】 研究不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与不同时期枣园土壤和植株养分的关系,为南疆红枣高产提供土壤管理的理论依据。【方法】 选取南疆高中低3种不同产量水平的枣园为研究对象,采用田间试验,研究不同时期不同产量水平下枣园土壤微生物量碳、氮与不同土层和植株氮、磷、钾养分含量之间的关系。【结果】 土壤碱解氮、速效磷含量随着土壤深度的增加逐渐降低,而速效钾含量逐渐升高。土壤微生物量碳(MBC)和土壤微生物量氮(MBD)含量之间呈极显著正相关,相关系数为0.836 7;土壤微生物量碳与骏枣展叶期0~20 cm土层速效钾含量呈显著正相关,与果实膨大期20~40 cm土层速效钾含量呈显著正相关关系。【结论】 枣园土壤微生物量碳、氮及各养分含量均保持在良好水平,土壤养分及植株养分能对微生物量碳、氮产生显著影响。     

MS培养基中氮、磷无机盐对鳗草克隆幼苗生存的影响

为了探究MS培养基中氮、磷无机营养盐对鳗草生长的影响。单独添加不同浓度KNO₃、NH₄NO₃和KH₂PO₄的天然海水中培养鳗草克隆苗,于7、14天进行植株形态学观察和叶片叶绿素含量测定。其中,KNO₃的添加量为MS培养基中的1/2倍、1倍和2倍及NO₃^-总浓度为39.4 mmol/L,KH₂PO₄和NH₄NO₃的添加量均为MS培养基中各自浓度的1/2、1和2倍。结果表明,叶绿素含量以KNO₃处理组最高(P<0.05),克隆苗培养14天无毒害现象,且有新叶发出;NH₄NO₃和KH₂PO₄处理组均对克隆苗有明显毒害作用,NH₄NO₃处理组叶片48 h后开始褐化,7天后茎尖、根尖明显变软并褐化,14天后植株死亡;KH₂PO₄处理组培养14天后叶片平均褐化率达56%。因此,1/2、MS培养基均不适用于鳗草的室内培养,其培养基的氮源应为单独添加的NO₃^--N或高浓度NO₃^--N+低浓度NH₄⁺-N。     

菊花ClERF1基因的克隆与表达分析

以甘菊叶片为试验材料,采用RT-PCR和Tail-PCR以及生物信息学的方法,研究了甘菊ClERF1及其启动子序列特征、表达模式,以及甘菊ClERF1在低温胁迫下的响应。以期为进一步研究甘菊ClERF1功能提供参考依据。结果表明:ClERF1基因序列全长1 242 bp,最大开放阅读框(ORF)618 bp,可编码206个氨基酸。经理化性质分析,ClERF1分子量23 631.35 Da,理论等电点5.19,不稳定系数53.84,脂肪指数62.04,平均亲水性-0.786,亚细胞定位在细胞核内。系统进化树表明,ClERF1与拟南芥At3g23240亲缘关系最近,属于ERF亚家族。qRT-PCR分析表明ClERF1在叶片中表达最高,其次在茎段中。该研究克隆了ClERF1启动子序列1 534 bp,主要包括低温反应和乙烯响应元件、生长素和茉莉酸甲酯反应元件等。甘菊低温处理幼苗ClERF1表达量显著高于未低温处理的幼苗,其中5℃时ClERF1相对表达量最高。     

西北旱区制种玉米干物质与氮分配对水氮胁迫的动态响应及模拟

为了量化水氮胁迫对西北旱区制种玉米干物质分配与氮分配的影响,建立水氮胁迫条件下器官间干物质与氮分配模型。本试验设置3种灌水水平,分别是充分灌溉(W1)、轻度水分胁迫(W0.75)和重度水分胁迫(W0.5),并设置3种施氮水平,分别是150 kg/hm~2(N150)、75 kg/hm~2(N75)和0 kg/hm~2(N0)。分析了水氮胁迫对器官间干物质与氮分配系数的影响,构建了干物质与氮分配动态模型。试验结果表明:茎分配系数呈单峰曲线,茎氮分配系数随生育期推进逐渐下降;叶分配系数与叶氮分配系数均呈下降趋势;穗分配系数与穗氮分配系数逐渐增加。总体上,茎分配系数大于茎氮分配系数,叶分配系数小于叶氮分配系数,穗分配系数小于穗氮分配系数。氮胁迫对制种玉米干物质分配与氮分配关系无显著影响。水分胁迫提高茎分配系数与氮分配系数;水分胁迫条件下叶与穗分配系数与叶氮分配系数均显著低于充分灌溉处理。叶分配系数与氮分配系数随着有效积温呈Logistic函数变化;穗干物质分配系数随有效积温呈指数递减变化。模型能够较为准确的模拟整个生育期的分配系数动态变化规律。