基于连续统去除和偏最小二乘回归的油菜SPAD高光谱估算

【目的】探讨油菜叶绿素含量的高光谱估算方法,为实现油菜叶片叶绿素含量的高效、无损、大面积监测提供理论依据。【方法】以陕西省关中地区油菜叶片为研究对象,分别测定苗期、蕾薹期、开花期及角果期的叶片高光谱数据和SPAD值,提取各生育期连续统去除光谱和7类光谱吸收特征参数,分析原始光谱、连续统去除光谱、光谱吸收特征参数与SPAD值之间的相关关系,构建基于原始光谱特征波段、连续统去除光谱特征波段、光谱吸收特征参数的SPAD估算模型,并对模型精度进行验证。【结果】在可见光范围,光谱反射率由蕾薹期、开花期、苗期到角果期依次递增,最大吸收深度和吸收谷面积逐渐增大。利用连续统去除光谱特征波段与吸收特征参数,分别建立的油菜各生育期叶片SPAD估算模型均优于原始光谱。运用连续统去除光谱特征波段结合最优吸收特征参数构建的偏最小二乘回归估算模型,是进行油菜叶片SPAD估算的最优模型。【结论】连续统去除法对不同生育期油菜叶片叶绿素相对含量具有较好的预测能力,是估算油菜叶片SPAD值的一种实时高效方法。     

机收麻山药离散元模型构建及其仿真参数标定

由于麻山药收获过程缺乏有效数值模拟，在很大程度上阻碍了麻山药收获机的设计与优化。该文测定了麻山药的密度、长度、径向尺寸、抗压、抗弯及抗剪强度，基于离散元法建立了麻山药双峰分布模型，并对黏结参数进行校核；以土壤堆积角为响应值，对沙壤土基质间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数和表面能4个参数进行标定，建立了土壤堆积角与4个参数之间的回归模型并进行验证，标定了麻山药与钢板、沙壤土间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数。试验结果表明，麻山药双峰分布模型能够表征麻山药的力学特性，参数校核得到法向刚度、切向刚度、临界法向应力、临界切向应力及黏结半径分别为9.3×105 N/m、3.0×106 N/m、0.58 MPa、0.14 MPa、3.5 mm；沙壤土基质间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数及表面能分别为0.42、0.20、0.30、0.40 J/m3，离散元仿真试验后得到的土壤堆积角与试验结果平均误差为1.48%；麻山药与钢板之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数及滚动摩擦因数分别为0.34、0.26、0.049，与沙壤土之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数及滚动摩擦因数分别为0.21、0.38、0.075。研究结果可为麻山药机械化收获及产后加工等仿真试验提供一定的理论参考。     

基于GF-1影像的沿淮地区冬季耕地撂荒遥感调查应用

耕地作为一种稀缺资源对国家和农民来说都具有极其重要的意义,但随着市场经济的深入和农村经济的发展,农村耕地撂荒现象时有发生,撂荒耕地必然导致土地资源浪费,影响到中国粮食安全和农民增收,也不利于农村经济社会稳定发展。沿淮地区是安徽省乃至全国重要的商品粮生产基地,但近年来冬季撂荒情况日益严重。该文拟选取安徽省霍邱县,利用2015、2016、2017三年冬小麦生长期内的GF-1卫星16 m多光谱影像,提取霍邱县冬季作物种植的空间分布和面积,通过多年数据对比,来分析霍邱县近年冬季耕地撂荒情况。结果显示:2015、2016、2017三个年度冬小麦种植面积分别为937.72,821.79,608.91km~2。参照2015年度冬小麦种植情况,2016年度冬季撂荒面积115.93 km~2、占比12.36%,2017年度冬季撂荒面积328.81 km~2、占比35.06%。结合实地调研分析,霍邱县近年来冬季撂荒面积不断增大的的主要原因有农田排灌等水利设施不足、稻茬麦效益低、外出务工等。而2017年度撂荒面积明显增加的直接原因是冬小麦播种期间,出现连续阴雨异常天气,低洼地区田间积水严重,致使冬小麦无法播种,被动撂荒。该文的研究可以为沿淮地区冬季撂荒遥感调查提供技术参考。     

甘肃省中东部农户地膜应用及回收现状

为了解甘肃省中东部地区农户地膜应用、回收状况及其主要影响因素,于2019年3月26日—4月1日采用手机问卷方式,在甘肃中东部开展了地膜应用及回收情况调查。结果显示:调查区域主要种植有玉米、小麦、蔬菜和马铃薯等作物覆膜面积占种植面积的73.2%;种植不同作物的调查农户中,99.3%玉米种植户采用覆膜技术,28.5%、77.1%、57.9%和52.1%种植户分别对小麦、蔬菜、马铃薯和其他作物采用覆膜技术;甘肃省中东部地区地膜回收方式主要为人工捡拾,占调查对象的89.3%;回收残膜的农户中47.7%的农户将残膜交给回收网点,28.3%在地头焚烧,13.8%将其堆放田间,7.9%进行填埋处理,还有2.2%采取其他方式处理;调查作物的地膜回收作业率均在80.0%以上,其中蔬菜高达99.3%;按照人工回收作业的地膜离田率为80%和90%分别估算,2018年甘肃省中东部地区地膜回收率达74.2%和83.5%,其中蔬菜上地膜回收情况最好,分别为79.4%和89.4%。目前甘肃省中东部地区地膜回收工作仍存在回收难度大、回收机械化强度不够、回收地膜处置不当,政府支持力度不够等问题。政府和相关部门应加大地膜新国家标准宣传及执行力度,制定相关扶持和奖励机制,提高地膜回收的机械化程度,快速推动农膜回收及资源化利用工作,为合理应用地膜及农膜污染防控提供数据支撑。此外,手机调查地膜应用及回收系统的启用,能快速有效地获得一手数据,为未来全面快速获取中国地膜应用回收的基础数据提供借鉴。     

油菜角果抗裂角性二自由度碰撞测试方法研究

为了筛选更利于机械化收获的油菜品种,提出了二自由度油菜角果抗裂角性碰撞测试技术。该文对二自由度碰撞测试仪的结构原理、参数设计、机构运动特性进行分析,并对二自由度碰撞与摇床碰撞下的钢球运动进行EDEM仿真;对二自由度碰撞的适宜碰撞参数进行研究,且对二自由度碰撞法与摇床随机碰撞法、田间角果与剪取后干燥角果的抗裂角性分别进行对比试验。研究结果表明:摆动电机转速60 r/min、移动电机转速75 r/min为适宜碰撞参数;二自由度碰撞法(平均标准偏差0.025 6)比摇床碰撞法(平均标准偏差0.020 3)结果重复性更好,且二自由度碰撞对抗裂角性较好的品种区分度更好;而同含水率水平下的田间油菜角果抗裂角性(抗裂角指数范围0.013～0.553)相比于干燥后角果抗裂角性(抗裂角指数范围0.008～0.948)要差,二者结果差异显著(P=0.010.05),田间角果测试可以更为真实的反映出角果的抗裂角性,研究结果为不同油菜品种抗裂角性的评价测试提供参考。     

Understanding root,tuber, and banana seed systems and coordination breakdown: a multi-stakeholder framework

Vegetatively propagated crop (VPC) seed tends to remain true to varietal type but is bulky, often carries disease, and is slow to produce. So VPC seed needs to be handled differently than that of other crops, e.g., it tends to be sourced locally, often must be fresh, and it is less often sold on the market. Hence, a framework was adapted to describe and support interventions in such seed systems. The framework was used with 13 case studies to understand VPC seed systems for roots, tubers, and bananas, including differing roles and sometimes conflicting goals of stakeholders, and to identify potential coordination breakdowns when actors fail to develop a shared understanding and vision. In this article, we review those case studies. The framework is a critical tool to (a) document VPC seed systems and build evidence; (b) diagnose and treat coordination breakdown and (c) guide decision-makers and donors on the design of more sustainable seed system interventions for VPCs. The framework can be used to analyze past interventions and will be useful for planning future VPC seed programs.     

粮豆轮作遥感监测对卫星时空及谱段指标的需求分析

该文面向粮豆轮作遥感监测卫星数据需求,针对最小监测地块、作物类型、时效性的要求,分别对不同空间分辨率影像识别能力、不同波段组合识别能力、最高云覆盖区域晴空获取能力3个方面进行分析,提出了光学遥感卫星理想的空间分辨率要优于0.3 m,光谱设置可以采取基本波段(蓝、绿、红、近红)+红边或者基本波段(蓝、绿、红、近红)+短波谱段2种方式,重访周期要达到3 d以内。在上述指标满足条件下,能够对中国普遍存在的0.3 m宽度田埂进行有效识别,从而达到地块识别的目标;能够利用作物红边、短波谱段特征的差异,对生长中期玉米、大豆进行有效识别,达到粮豆轮作主要作物类型识别的目的;以3 d的重访周期,可以最大限度获取覆盖中国全国区域的晴空有效影像,在数据源获取上保证粮豆轮作业务化作业能力。该研究可为满足中国粮豆轮作等农情遥感监测需求的农业监测卫星研制及相应指标规定提供参考。     

干湿交替灌溉和施氮量对水稻内源激素及氮素利用的影响

为探讨干湿交替灌溉与施氮水平对水稻根系内源激素水平及氮肥利用的影响,以连粳7号为材料,采用防雨棚土培试验,研究3个灌溉方式:浅水层灌溉、轻度干湿交替灌溉、重度干湿交替灌溉与3个氮肥水平(0、240和360 kg/hm2)对水稻根系内源激素(玉米素及玉米素核苷(Z+ZR)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA))、叶片氮代谢酶活性(硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT))、植株氮素累积量及氮肥利用效率的影响及其耦合效应。研究结果表明:在相同施氮水平下,轻度干湿交替灌溉促进根系Z+ZR、IAA合成,提高叶片中NR、GS及GOGAT活性,氮肥吸收利用率显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉则抑制根系Z+ZR、IAA合成,降低叶片NR、GS及GOGAT活性,植株氮素累积量及氮肥利用效率显著降低(P0.05),而根系ABA含量则明显增加(P0.05);在相同灌溉方式下,根系Z+ZR、IAA含量、叶片氮代谢酶活性及氮肥累积量在保持水层及轻度干湿交替下随着施氮量的增加而增加,而在重度干湿交替灌溉下则随着施氮量的增加先增加后降低,中氮处理明显提高氮肥利用效率(P0.05)。相关分析表明:根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶活性与氮肥吸收利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系,而脱落酸含量则与氮肥吸收利用率呈极显著的负相关关系(P0.01)。根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶供氮效应为正效应,抽穗后,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应为正效应,而重度干湿交替灌溉则为负效应。该研究对探索水氮耦合机理,为水稻高产高效栽培实践提供理论及科学依据。     

近10年油菜主要病虫害发生危害情况的统计和分析

2007-2016年,我国油菜种植面积逐年增加,尤其近三年均超过753万hm2,种植制度调整、观赏型油菜与高产型油菜间隔种植、病虫害抗药性增强以及气候异常等因素导致我国油菜病虫害总体处于重发状态,防控压力大。近10年油菜各类病虫害年发生面积在721.18万~881.74万hm2次,防治面积在686.18万~982.28万hm2次,通过防治年均挽回油菜损失98.34万t,占全国油菜总产的7.25%;年均实际损失28.09万t,占全国油菜总产的2.07%。影响全国油菜生产的最为重要的10种病虫害依次为油菜菌核病、油菜蚜虫、油菜霜霉病、小菜蛾、油菜甲虫(叶甲科和露尾甲科甲虫,下同)、油菜茎象甲、油菜病毒病、地下害虫、菜粉蝶和油菜白锈病,以总损失计,比例分别为55.60%、23.44%、9.51%、2.87%、2.43%、1.69%、1.58%、1.53%、0.86%和0.50%。对油菜生产威胁最大的病虫害是油菜菌核病和油菜蚜虫。本文用大量翔实的历史数据统计分析了近10年来油菜主要病虫害造成的危害损失和暴发危害情况,为油菜病虫害的监测预警及防治工作提供参考。     

植物病原镰刀菌产生的毒素种类及其危害

镰刀菌(Fusarium spp.)是多种重要农作物的病原体，不仅可造成农作物产量和品质的严重损失还可在离体培养条件下或植物寄主体内产生一系列被称为镰刀菌毒素的次生代谢产物。这些毒素一方面作为致病因子与镰刀菌对宿主植物的致病力密切相关，另一方面可导致家畜生产性能下降和相关病症的出现，进而影响农业生态系统并对人类健康造成威胁。鉴于镰刀菌毒素对农作物生产的影响及其对家畜和人类的毒性作用，目前已有较多关于镰刀菌侵染粮食作物后产生毒素种类的研究，但关于镰刀菌侵染豆科牧草后产生的毒素种类以及毒素在镰刀菌对豆科牧草致病力方面作用的研究则较少。本文对引起主要粮食和饲料作物病害的常见镰刀菌物种产生的主要毒素，以及这些毒素对植物、家畜和人类的危害进行了综述，并对豆科牧草中镰刀菌毒素的研究前景及意义进行了展望。