色季拉山急尖长苞冷杉林下灌木群落空间格局及其与倒木关联性分析

分析西藏色季拉山急尖长苞冷杉原始林下灌木群落的空间分布格局及其与倒木的关联性，探讨该森林生态系统内灌木的分布规律，并从空间分布格局角度量化倒木对灌木分布的影响。以色季拉山急尖长苞冷杉原始林下灌木和倒木为研究对象，通过典型样地调查，用点格局法分析其空间分布格局以及与倒木的关联性。结果表明:1）样地内共有灌木7种，总密度730株·hm^-2，不同灌木种群分密度依次为杯萼忍冬（359株·hm^-2）>长尾槭（185株·hm^-2）>西南花楸（61株·hm^-2）>猴斑杜鹃（55株·hm^-2）>冰川茶藨子（53株·hm^-2）>光秃绣线菊（株·hm^-2）>峨眉蔷薇（株·hm^-2）；2）在0~50 m空间尺度内，冰川茶藨子、猴斑杜鹃、长尾槭、杯萼忍冬以集群分布为主要特征；西南花楸以随机分布为主要特征，只是在个别尺度呈现显著的集群分布；3）Ⅰ腐烂等级倒木与灌木在0~50 m空间尺度上呈显著的负关联，倒木整体与灌木及Ⅱ~Ⅴ腐烂等级倒木与灌木在0~50 m空间尺度上均无显著关联。不同灌木种群因对环境的适应性不同而具有不同的空间分布格局，灌木空间格局形成的生态过程及倒木对灌木空间分布的影响均具有复杂性。     

基于点云的谷粒高通量表型信息自动提取技术

在进行水稻的数字化考种、表型与基因关联分析和数字农业仿真模拟时,需要大量的谷粒表型信息作数据支撑。本文提出了一种基于三维点云的谷粒高通量表型信息自动提取方法,能同时自动获取谷粒的三维模型和40个表型参数,实现谷粒形状的定量和定性描述。首先,通过对谷粒点云数据进行聚类分析,完成谷粒点云的分类;其次,实现谷粒的三维重建,对谷粒离散点云进行柱面构网,获取谷粒点云的三维模型数据;最后,根据不同表型参数的特点,实现了谷粒的三维表面积和体积、长、宽、高、3个主成分剖面的周长和面积等11个基本参数与长宽比、长高比和体积比等11个衍生参数以及18个形状因子的自动提取。利用Handyscan 700型手持式激光扫描仪获取的谷粒高精度点云数据进行实验,成功实现了谷粒表型参数的自动提取,测量结果可达毫米级。基于主成分方法分析了各表型参数的权重。以游标卡尺测量值和Geomagic Studio测量值作为真值,长、宽、高的平均相对误差为1.14%、1.15%和1.62%,体积和表面积的相对误差为零,3个主成分剖面面积的平均相对误差为1.82%、2.12%和2.43%。本文方法与人工测量方法及软件测量方法相比,精度相当,且具有批量、自动、人工干预少(仅数据采集阶段需要人工操作)以及效率高的特点。     

Effect of Soil Organic Matter on Adsorption and Insecticidal Activity of Toxins from Bacillus thuringiensis

With the large-scale cultivation of transgenic crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) insecticidal toxin in the world, the problem of environmental safety caused by these Bt crops has received extensive attention. The effects of soil organic matter (SOM) on the adsorption and insecticidal activity of Bt toxin in variable- and constant-charge soils (red and brown soils, respectively) were studied. Organic carbon in the soils was removed using hydrogen peroxide (H_2O_2). After H_2O_2 treatment, the SOM in the red and brown soils decreased by 71.26% and 82.82%, respectively. Mineral composition of the H_2O_2-treated soils showed no significant changes,but soil texture showed a slight change. After SOM removal, the cation exchange capacity (CEC) and pH decreased, while the specific surface area (SSA), point of zero charge (PZC), and zeta potential increased. The adsorption isotherm experiment showed that the Bt toxin adsorption on the natural and H_2O_2-treated soils fitted both the Langmuir model (R~2≥ 0.985 7) and the Freundlich model (R~2≥ 0.984 1), and the amount of toxin adsorbed on the H_2O_2-treated soils was higher than that on the natural soils. There was a high correlation between the maximum adsorption of Bt toxin and the PZC of soils (R~2= 0.935 7); thus, Bt toxin adsorption was not only influenced by SOM content, but also by soil texture, as well as the SSA, CEC, PZC, and zeta potential. The LC_(50) (lethal concentration required to kill 50% of the larvae) values for Bt toxin in the H_2O_2-treated soils were slightly lower than those in the natural soils, suggesting that the environmental risk from Bt toxin may increase if SOM decreases. As the measurement of insecticidal activity using insects is expensive and time consuming, a rapid and convenient in vitro method of enzyme-linked immunosorbent assays is recommended for evaluating Bt toxin degradation in soils in future studies.     

山东近海口虾蛄单位补充量渔获量评估

为完善口虾蛄的基础生物学资料,并为口虾蛄资源的管理提供科学指导和理论依据,本研究根据2016至2017年山东近海渔业资源底拖网调查获得的口虾蛄体长、体质量数据,估算了口虾蛄的生长、死亡参数,构建了基于体长结构的单位补充量渔获量(YPR)模型,研究口虾蛄的资源动态和管理策略。采集调查口虾蛄样品共5028尾,体长—体质量关系的表达式为W=0.0145L2.88,为负异速生长;使用ELEFAN方法估算出口虾蛄的渐进体长L∞为19.87 cm,生长速率K为0.62 a−1。口虾蛄的生长表现出明显的季节性变化规律,生长参数的季节振幅C为0.76,10月份生长最快,4月份生长最慢。通过体长转换的渔获曲线估算出口虾蛄的总死亡系数Z为3.24 a−1,根据不同方法估算自然死亡系数M的范围为0.75~1.27 a−1,捕捞死亡系数F的估算范围为1.96~2.49 a−1,开发率的均值为0.67。YPR模型结果显示,随着F增大,YPR值呈现先上升后下降的趋势,生物学参考点F0.1和Fmax的值分别为0.92a−1和1.88a−1。口虾蛄资源处于过度开发的状态,应降低捕捞压力,同时调整开捕体长,以维持口虾蛄渔业资源量和渔获量。     

无人机倾斜航空摄影监测崩岗侵蚀量变化的方法

如何高效精确地监测崩岗的动态发育过程并且量化侵蚀量是崩岗侵蚀机理研究中的难点。该文以准专业级无人机对目标崩岗进行倾斜摄影获得的全方位多角度航空影像为基础，通过空三加密处理生成目标崩岗的三维点云模型；利用点云数据构建DTM，提取目标崩岗地形数据；运用多时相连续DEM相减的方法获取监测周期内崩岗的高程变化，计算侵蚀量并找到侵蚀严重的部位，再使用2.5D体积测算方法细化侵蚀严重的崩壁和沟头部位的侵蚀量，以此作为补充，最终获得监测期内的总侵蚀/沉积量体积并换算为泥沙量。最终结果验证的平均相对误差为9.69%，一个月监测周期内最大的绝对误差仅为0.303 3 m3，满足监测要求。因此利用无人机倾斜航空摄影测量的方法监测崩岗侵蚀量是可行有效的，该方法可提取崩岗的所有地形信息，研究侵蚀泥沙的来源和侵蚀过程，是较为快速和精确的崩岗监测手段。     

基于几何模型的绿萝叶片外部表型参数三维估测

为快速高效获取叶类植物叶片的外部表型参数、掌握植株生长状况，以绿萝叶片为研究对象，提出一种基于几何模型的叶长、叶宽与叶面积的三维估测方法。利用微软Kinect V2相机，自80cm高度垂直位姿获取绿萝叶片局部点云，并进行直通滤波去噪与包围盒精简等预处理，测量得到点云外形参数，输入预先建立的SAE网络分类预测得到几何模型参数，并基于曲面参数方程建立叶片几何模型。采用粒子群优化算法计算几何模型离散点云和局部点云间的空间距离，进行空间匹配，利用遗传算法求解最优匹配模型的内部模型参数，输出最优匹配模型的叶长、叶宽与叶面积作为估测结果。实验共采集150片绿萝叶片的局部点云数据，将估测结果和真实值进行数学统计与线性回归分析，得出叶长、叶宽与叶面积估测的平均误差分别为0.46cm、0.41cm和3.42cm2，叶长估测R2和RMSE分别为0.88和0.52cm，叶宽R2和RMSE分别为0.88和0.52cm，叶面积R2和RMSE分别为0.95和3.60cm2。实验表明，该方法对于绿萝叶片外形参数的估测效果较好，具有较高实用价值。     

Carbendazim sensitivity in populations of Colletotrichum gloeosporioides complex infecting strawberry and yams in Hubei Province of China

The ascomycete fungus Colletotrichum gloeosporioides is a devastating plant pathogen with a wide host range and worldwide distribution. Carbendazim has been widely used to control anthracnose caused by the C. gloeosporioides complex in China for more than 30 years and resistance to carbendazim has been reported in China. A total of 125 Colletotrichum isolates of strawberry and yam were collected from different geographical regions in Hubei Province, China. Approximately 52.8% of Colletotrichum spp. isolates showed resistance to carbendazim. The isolates tested in this study belong to four species, and the frequencies of resistant isolates differed across Colletotrichum species. Resistant isolates were found in C. siamense and C. fructicola. In contrast, all isolates of C. gloeosporioides and C. aenigma were sensitive to carbendazim. Highly carbendazim-resistant isolates harbored the E198 A mutation in the β-tubulin 2(TUB2) gene, whereas moderately carbendazim-resistant isolates harbored the F200 Y mutation in the TUB2 gene. Carbendazim-sensitive Colletotrichum isolates in this study were not genetically similar enough to form a separate cluster from resistant isolates. The result of this study emphasizes the importance of knowing which Colletotrichum sp. is present, when strategies for disease control are made.     

自然环境下苹果作业机器人双果重叠目标侦测方法

为进一步提升苹果的侦测精度,从而提高苹果作业机器人的果实作业效率,以果园重叠苹果为对象,研究了自然环境下双果重叠目标的机器侦测方法。首先将采集到的苹果图像在Lab色彩空间中利用K-means聚类算法提取重叠苹果目标区域;其次在得到重叠苹果边界上的Harris角点后,通过关键角点检测算法定位苹果重叠部分的果实轮廓所在区域,并利用Canny边缘检测算子提取出苹果重叠部分的果实轮廓;然后利用Y型节点搜索算法实现重叠苹果目标的单果轮廓分离,并得到未遮挡果实的完整轮廓;最终利用距离最小二乘算法对被遮挡苹果目标进行果实轮廓重建。为验证方法的有效性,将Hough变换法、Spline样条内插法的重叠果实侦测结果与本文方法所得结果进行对比。试验结果显示,本文方法不仅可以侦测出未遮挡果实的完整轮廓,同时对被遮挡苹果目标也有较好的轮廓重建效果,其果实平均重合度和定位误差分别为95.43%和4.44%,侦测性能明显优于前两种方法,表明本文方法可以较好实现自然环境下苹果双果重叠目标的侦测,该结果为苹果作业机器人多果重叠目标的自动化侦测提供参考。     

地表粗糙度对黄土坡面产流机制的影响

为探明地表粗糙度对坡面产流机制的影响,该研究通过室内与室外径流小区模拟降雨试验相结合,分析在3种雨强(60、90、120 mm/h)下粗糙坡面与平整坡面(坡度5°、10°、15°、20°)产流点位空间分布和坡面产流时间特征,阐明地表粗糙度对坡面产流机制的影响。结果表明:粗糙坡面与平整坡面产流点位沿径流方向的变异系数分别为34.4%~52.9%、15.5%~31.1%,即粗糙坡面产流点位较平整坡面更为分散。相较于平整坡面,地表粗糙度具有推迟坡面产流效应,且推迟效应随坡度、雨强增大而逐渐减弱。表明地表粗糙度在小坡度、小雨强条件下具有较强延迟坡面产流能力。地表粗糙度影响坡面产流一方面通过地表填洼的直接作用;另一方面通过增加降水入渗水头,增强坡面入渗能力的间接作用。通过坡面地表填洼量预测的初始产流时间与实测坡面产流时间比值范围为2.2%~36.2%,表明地表粗糙度间接作用为延迟坡面产流的主导作用。因此,该研究结果阐明了粗糙坡面的点状产流与坡面产流特征,进一步为粗糙坡面产流机制的揭示及地表粗糙度对坡面土壤侵蚀机理的影响提供了科学依据。     

基于无人机影像匹配点云的苗圃单木冠层三维分割

近年来较多的树冠提取算法以激光雷达数据为基础,然而激光点云数据量大、冗余多而且采集成本高。本文基于无人机影像匹配点云提取单木树冠轮廓,研究一种成本可控、能够补充甚至部分替代激光雷达的小范围森林制图方案。以福建省三明市某林场内苗圃地作为研究对象,在稠密的无人机影像匹配点云中截取2个25 m×25 m的样地作为测试样本。预处理后,首先构建植被冠层高度模型,以局部最大值法探测树冠位置并标记为种子点;从这些种子点形成的初始区域开始生长,迭代计算直到全部的影像匹配点云归并完毕;最后,将算法提取的树冠轮廓导入Arc GIS中获取树冠轮廓矢量边界,并与手绘参考树冠叠加,利用F测度实现精度的评定。依此方案,在2个林分范围内的树冠提取F测度均达到了89%以上,单木冠幅提取的误差在0.14 m以内。结果表明,该方案简单有效、精度可靠,适用于小范围、高精度的植被制图。