近红外漫反射光谱法(NIRS)分析稻草纤维及硅化物组成

 水稻稻草硅质化是影响稻谷生产与稻草营养品质的主要因素之一 ,对水稻稻草硅化特点的化学分析费时、耗资、准确度较低。利用近红外漫反射光谱法 (NIRS)具有分析速度快、精度高、结果稳定的优点。对同年采自福建省不同种植地、不同季节、不同品种的稻草及稻叶、叶鞘、茎秆共 92份样品进行半纤维素、纤维素、木质素、可溶及不可溶性硅化物成分的近红外光谱分析。研究利用改进最小偏差 (改进最小二乘法回归技术 )回归法 (ModifiedPLS)进行定标建模 ,并进行交叉验证 (cross validation) ,探讨了用近红外漫反射光谱技术建立稻草纤维及硅化物组成快速预测模型的可行性 ,以及影响NIRS技术在建模应用中的主要因素。     

稻草硅化和溶解特性对稻草纤维降解率及其利用的影响

 对早、中、晚季７个水稻品种稻草的硅化特点、稻草硅的溶解特性与纤维各组成成分瘤胃降解率的关系以及尿素处理稻草的去硅化效果进行了研究。早、中、晚季稻草总硅含量相近，早稻稻草硅溶解率和纤维素含量分别显著高于中稻（１８．９％和９．１％）和晚稻（２６％和１１．２％），可溶性硅和纤维素的降解率也比中、晚稻稻草分别高７０．０％和１７．５％、４７．８％和２３．７％，稻草降解率和体外消化产生的挥发性脂肪酸比中、晚稻稻草分别提高１４．５％和１９．０％、１２．９％和１４．８％。稻草各形态部位的硅的溶解率、纤维素含量和体外消化产生的挥发性脂肪酸均为叶＜鞘＜茎。稻草的可溶性硅与纤维素含量呈显著协相关（ｒ＝０．８６），而可溶性硅和纤维素与稻草潜在降解率（ａ＋ｂ）的协相关分别为ｒ＝０．９０，ｒ＝０．８４。因此，稻草硅的溶解特性是影响稻草潜在降解率的主要因素，而不是稻草的总硅含量。用尿素处理稻草，能使稻草降解率、降解速率、潜在降解率分别提高１０．８％、２７．９％、１０．１％。     

基于近红外光谱的反刍动物饲料营养指标的检测方法研究

收集了151个反刍动物饲料,应用偏最小二乘(PLS)定标方法,建立了基于近红外光谱的反刍动物饲料化学成分定标模型。定标集化学分析值与预测值之间的决定系数R2和标准差(RMSEC)分别为:0.927 3和0.265(水分)、0.928 9和0.682(粗蛋白质)、0.950 5和0.228(粗脂肪)、0.906 0和0.542(粗灰分)、0.919 8和0.558(粗纤维)。验证集化学分析值与预测值之间的决定系数r2和标准差(RMSEP)分别为:0.920 6和0.284(水分)0、.919 4和0.690(粗蛋白质)、0.926 4和0.312(粗脂肪)、0.943 4和0.437(粗灰分)、0.903 5和0.616(粗纤维),相对分析误差(RPD)均大于3,具有较高的预测精度。结果表明,利用近红外光谱反射光谱分析技术可以定量检测反刍动物饲料中水分、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分、粗纤维的含量。     

稻米脂肪含量近红外光谱分析技术研究

 应用近红外光谱（NIRS）分析技术和偏最小二乘法（PLS）建立稻米脂肪定量分析数学模型，并比较糙米粒和糙米粉NIRS数学模型对预测稻米脂肪含量的效果差异。结果表明，当利用糙米粒和糙米粉NIRS数学模型对样品进行预测时，内部交叉验证预测值和真值之间的决定系数（R2）分别为94.44%和95.54%，内部交叉检验的标准差（RMSECV）分别为0.09%和0.08%；外部验证预测值和真值之间的R2值分别为79.51%和87.10%，预测标准差（RMSEP）分别为0.24%和0.26%，平均相对误差（ARE）分别为4.11%和3.30%。内部交叉验证和外部验证结果证明，糙米粒和糙米粉NIRS数学模型均具有较高的预测准确性，可应用于稻米营养品质改良实践。     

利用近红外光谱法测定玉米籽粒含油量的研究

用近红外光谱(NIRS)分析技术和偏最小二乘法(PLS)建立了玉米籽粒含油量分析数学模型,并对模型预测结果的准确性进行了评价。结果表明,定标集、检验集的预测值与化学测定值间均呈极显著正相关,相关系数分别为0.958和0.957,定标标准差和预测标准差分别为0.757和0.745。利用该技术能测定玉米籽粒含油量。     

化学处理和微生物混合培养对水稻秸秆腐解和组分变化的影响

 利用化学处理和微生物混合培养对水稻秸秆进行接力腐解处理。结果表明 ,化学处理后秸秆中二氧化硅的含量降低了 5 0 %左右 ,C/N从 5 3降到 2 1。经过接力处理的秸秆中半纤维素、纤维素和木质素的降解率均极显著高于其它处理 ,分别高达 12 .84 %、12 .12 %和 15 .96 %。微生物在经过化学处理后的秸秆中生长较在未处理秸秆中迅速。秸秆中碳氮含量的消长反映了微生物分解和利用秸秆的动态过程。化学处理和微生物接力处理有利于促进秸秆腐熟度的提高 ,并能保持微生物的持续生长 ,这为秸秆制成生物有机肥展示了应用前景     

Effects of Rice Straw Silicification and Characters of Extraction Biogenic Silicon on the Degradation of Fibrous Components in Rice Straw

Straw of seven rice varieties with early-, middle- and late maturity was collected from Huazhong Agricultural University in Hubei. A study was carried ont for rice straw in the aspects of the characters of straw silicification and extraction biogenic silica (EBSi), the relationship between characters of EBSi and kinetic characteristics of degradation of fibrous components in fistulated cows, as well as the effect of urea treatment on rice straw desilicification. Although total silica content (ADISi) in rice straw was similar, the efficiency of extraction biogenic silica (EEBSi) and cellulose in early varieties were significantly higher than those in middle (18.9% and 9.1%) and late ones (26.1% and 11.2%). The degradability of EBSi and cellulose of early varieties were higher than those of middle by 70.0% and 17.5%, and of late varieties by 47.8% and 23.7%, respectively. The in sacco degradability and in vitro VFA production of early varieties were also higher than those of middle by 14.5% and 19.0%, and late by 12.9% and 14.8%.Comparing the morphological fractions of the rice straws, EEBSi, cellulose content, and in vitro VFA production were different with the order of blade ＜ sheath ＜ stem. A significant correlation was found between the contents of EBSi and cellulose (r = 0.86), and the two contents were remarkably correlated with the potential straw degradability (a + b) by r = 0.90 and 0.84 respectively. Therefore, EBSi in rice straw was a main factor affecting the potential degradability of rice straw, rather than the ADISi of straw. Urea treatment improved rice straw degradability, degradation rate and potential degradability by 10.8%, 27.9%,and 10.1% respectively, compared to untreated straws.     

氮素和生物调控下稻草还田对土壤肥力和产量的影响

采用稻草整株全量还田方式,设置了高氮和低氮2个水平,配合有无生物腐解剂处理,以当地农民习惯施肥为对照,对稻草还田前后的理化性质做了系统的分析,进而确定最佳的还田方式。结果表明,稻草还田提高了土壤的碱解氮、速效磷、速效钾和有效硅含量,降低了土壤容重,其中稻草还田2年高氮加生物腐解剂处理的各项指标最佳,碱解氮、速效磷、速效钾和有效硅含量分别比未还田前提高了14.3%、9.7%、8.5%、23.9%,土壤容重较农民习惯施肥处理降低了9.34%,水稻产量提高了10.6%。     

基于近红外光谱法的水稻秸秆可溶性糖快速检测

采集并制备不同地域、不同品种的水稻秸秆样本288个,根据浓度梯度法,按照31的比例划分校正集与验证集。采用蒽酮硫酸比色法测定试验样本中可溶性糖含量,并采集在近红外全波段(10 000~4 000cm-1)范围内样本的近红外光谱信息。采用多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、导数、S-G平滑及其组合方法对光谱进行预处理,分别运用逐步多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLS)和主成分回归(PCR)化学计量学算法,建立基于近红外光谱的逐步多元线性回归(SMLR)、偏最小二乘回归(PLS)和主成分回归(PCR)定量分析模型。通过比较分析,对光谱进行一阶导数预处理,建立的PLS模型效果最优,校正集实测值与预测值之间的决定系数R2C达到0.880 6,交互验证决定系数(R2CV)和验证集决定系数(R2V)分别为0.771 1、0.857 8,均方根差RMSEC、RMSECV、RMSEP分别为0.318%、0.440%、0.404%,校正集相对分析误差(RPDC)和验证集相对分析误差(RPDV)均大于2.5。结果表明,采用近红外光谱法建立的PLS模型基本可以实现水稻秸秆中可溶性糖含量的快速检测。     

Management of rice straw with relay cropping of Chinese milk vetch improved double-rice cropping system production in southern China

Improved utilization of rice(Oryza sativa L.) straw and Chinese milk vetch(Astragalus sinicus L., vetch) has positive effects on rice production. So far, few studies have investigated the productivity of vetch under different residue management practices in double-rice cropping system. The effects of rice straw on the growth and nutrient accumulation of vetch across seven years(2011–2017) and the subsequent effects of rice straw and vetch on two succeeding rice crops in a vetch–rice–rice cropping system, with the vetch established by relay cropping, were examined. The seven-year double-rice experiment consisted of the following treatments:(1) 100% chemical fertilizer(F-F100);(2) only vetch without chemical fertilizer(M-Con);(3) 80% chemical fertilizer plus vetch plus a low-cutting height(low-retained stubble) with the removal of straw(M-F80);(4) 80% chemical fertilizer plus vetch plus a low-cutting height with the retention of straw(M-F80-LR);(5) 80% chemical fertilizer plus vetch plus a high-cutting height(high-retained stubble) with the retention of straw(M-F80-HR); and(6) no fertilizer(F-Con). The yields of the two rice crops after vetch were not affected by either the cutting height of stubble with retention of straw or by the management of straw(retention vs. removal) with low-cutting height of stubble. The yields of the two rice crops after vetch were significantly higher for M-F80-HR than for M-F80-LR, but the relative contributions of the high-cutting height and straw retention to the higher rice yield could not be determined in this study. The yield stability of the double-rice grain in M-F80-HR was also increased, as determined by a sustainable yield index. Significant increases in vetch biomass and nutrient uptake were observed in the fertilized treatments during the rice season compared with the unfertilized treatments. In M-F80-HR plots, improvements in the growing environment of the vetch by conserving soil water content were associated with the highest vetch biomass, nutrient uptake, and yield stability of vetch biomass. These increased nutrient inputs partially replaced the demand for chemical fertilizer and stimulated the rice yields. It can be concluded that retaining higher-cutting stubble residues with straw retention could be the best straw management practice for increasing the vetch biomass and nutrient use efficiency, thereby allowing utilization of high-cutting height with retention of straw and vetch to improve the stability of rice productivity in a double-rice cropping system.     

稻草还田对土壤性状及水稻产量的影响

对稻草还田量和方式的研究表明，每ｈｍ＾２翻压６７５０ｋｇ稻草还田，有利于土壤微团聚体的形成，改善土壤物理状况，提出土壤有机质、氮、磷、钾和有效硅的含量，增产１１．７６％，覆盖后翻压４５００ｋｇ／ｈｍ＾２稻草还田次之。     

水稻蛋白质近红外定量模型的创建及在育种中的应用

【目的】研究利用近红外光谱分析法定量分析水稻完整籽粒粗蛋白含量的可行性，初步探讨水稻杂种后代蛋白质含量的分离和变异，以期为水稻的营养品质育种提供参考依据，提高育种效率。【方法】收集蛋白质含量变幅（5.90%～14.50%）较大的191份代表性水稻样品,采用偏最小二乘（PLS）法建立糙米粗蛋白预测的校正模型。【结果】通过比较光谱预处理方法在不同谱区的处理效果：采用一阶导数＋矢量标准化预处理、谱区为 11 998.9cm-1～5 449.8 cm-1和4 601.3 cm-1～4 246.5 cm-1建立校正模型的检验和预测效果最佳，糙米蛋白质的近红外测定值和化学测定值之间有较高的相关性和较低的误差；其决定系数为0.9886，相对标准偏差RSD为0.021，各项误差均在0.4以下。此外，利用该模型快速无破损的测定了水稻蛋白质育种的20个杂交组合的205个F2代单株，203个单株的马氏距离值在0.3以下，达到了试验精度的要求，分析结果表明：F2代群体单株间粗蛋白含量表现出广泛的变异，大部分单株蛋白质含量介于双亲之间，出现了超高亲和超低亲的单株，最高蛋白质含量达到15.3%。【结论】利用建立的各类误差较小近红外定量分析模型，实现了对育种亲本和中间育种材料的筛选鉴定；说明了通过蛋白质含量高的稻种资源与农艺性状优良的水稻品种杂交，低世代借助近红外分析技术辅助测定蛋白质含量可能是水稻高蛋白质育种的一条有效途径。     

近红外光谱技术测定水稻直链淀粉含量研究

以298份水稻种子为样本,用常规法测定直链淀粉含量,采用偏最小二乘法(PLS),优化建立精米直链淀粉含量近红外光谱预测校正模型.模型校正决定系数RC为0.95;校正标准差SEC为1.58;内部交叉检验决定系数RP为0.91,标准误差SEP为1.92.利用20个样品进行外部检验,预测值与真实值之间差异不显著,其相关系数达95%以上.定标模型预测性能较好,可以替代化学分析法快速测定水稻直链淀粉含量.     

甘蓝型油菜茎秆纤维组分含量和木质素单体G/S 近红外模型构建

【目的】探索近红外光谱分析技术在甘蓝型油菜茎秆纤维组分含量及木质素单体G/S测定中应用的可能性。【方法】采集近红外光谱,根据马氏距离GH（Global H）筛选出103份纤维组分含量材料和75份木质素单体G/S材料作为定标样品,采用Van Soest法和GC-MS法对茎秆纤维组分含量和木质素单体比例进行测定,统计结果表明定标样品化学测定值变异范围较大,3次重复差异较小,可用于近红外模型构建。运用不同光谱预处理方法和化学计量学方法建立校正模型,对比各模型性能参数,筛选出最优定标模型并用检验集对模型进行验证。【结果】采用修正偏最小二乘法（MPLS）建立模型最佳。中性洗涤纤维（neutral detergent fiber,NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber,ADF）、酸性洗涤木质素（acid detergent lignin,ADL）与木质素单体G/S的交叉验证相关系数（1-VR）分别为0.864、0.861、0.872和0.920,定标相关系数（RSQ）分别为0.892、0.891、0.907和0.953。用检验集对模型进行验证,NDF、ADF、ADL及木质素单体G/S模型的外部检验相关系数（RSQ）分别为0.837、0.818、0.870和0.935,其预测标准差（SEP）为0.680、0.636、0.348和0.054。【结论】试验所建模型质量较好,能快速测量茎秆纤维组分含量和木质素单体G/S,可为油菜抗病抗倒伏育种研究提供技术支持。     

近红外反射光谱法测定厚朴酚类物质

为了建立厚朴Magnolia officinalis药材品质快速有效的评价方法,采用近红外反射光谱技术测定厚朴酚及和厚朴酚的质量分数。通过在全波长条件下,运用不同数学预处理、光谱散射校正和统计方法对来发展定标回归方程,其中统计方法包括偏最小二乘法(PLS)、修正的偏最小二乘法回归分析法(MPLS)和主成分回归法(PCR)。在对比分析的基础上,得到最佳的数学方法为"3,6,6,1"组合,光谱散射校正方法为SNV D或SNV,统计方法为MPLS,厚朴酚类物质的定标决定系数RSQ均达到了0.97以上。该定标模型的外部独立检验相关系数也均达0.95以上。用近红外反射光谱技术测定厚朴药材酚类物质质量分数具有与化学法相近的准确性,可在实践中应用。图2表5参11     

Evaluating Kinetic Composing of Cell Wall for Low-Fiber Mutation Rice

The work compared the differences of low fiber mutation rice (LF, Nendao) that selectedthrough gamma-ray (γ) with parental variety Shuangkezao (CK) on their biologicaldevelopment and cell wall composing after rice heading stage. Comparing with parentalrice, LF rice revealed an advantage on its vegetative growing by increasing the yieldsof leave blade, leave sheath and stem for 27.77, 30.19 and 37.96% respectively. And thecellulose content of LF rice straw was decreased remarkably for 23.9%, the hemicellulose,lignin and biogenic silicon contents were increased contrarily for 11.94, 8.79 and 5.60%respectively. Moreover, the crude protein content was increased by 20.71% for LF rice andwith an improvement on its solubility for 63.49% concomitantly. The results indicatedthat the Iow-fiber mutation rice exhibited its potential as a fodder-rice variety or asdual-purpose rice to improve fiber degradability of straw.     

叶面阻控剂与土壤调理剂对稻米降镉效果研究

以石灰、土壤调理剂、水溶硅肥为材料,在镉污染耕地上进行水稻种植试验。结果表明:通过提高土壤中p H值,可以有效地改变土壤中镉的存在形态,不易被植物吸收,施用石灰后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了73.4%和66%;通过喷施叶面阻控剂,可以使镉停留在植物根、茎基部,阻止其向稻米中传送,喷施后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了41.5%和25.3%;施用土壤调理剂后稻米和稻草中重金属镉含量分别比对照降低了71.3%和69.3%。     

早稻稻草还田方式对晚稻产量及钾素吸收利用的短期效应

为了探明早稻稻草的高效还田方式,采用大田试验,研究了不同早稻稻草还田方式对晚稻产量、钾素农学效应、植株吸钾量和钾素利用率的影响,为南方稻田晚稻生产中如何利用早稻稻草提供指导。结果表明:稻草焚烧(SI)或稻草覆盖(SM)还田提高了钾素农学效应、产值、增产值和产投比,稻草覆盖(SM)还田还提高了吸钾总量和钾素利用率。通过计算农田钾素表观平衡,发现除稻草留高桩(HN)处理外的所有处理都出现了钾素亏缺,稻草全部焚烧(SI)、稻草留高桩部分焚烧(HI)和稻草覆盖(SM)处理钾素亏缺量小于稻草不还田(AK)处理。综合考虑产量、经济效益和钾素利用率等因素,南方双季稻区早稻稻草覆盖还田是最优的还田方式,对减少晚稻化学钾肥投入具有重要作用。     

稻草覆盖还田对烤烟生长发育及品质的影响

[目的]研究稻草覆盖还田对烤烟生长发育及品质的影响,探讨邵阳烟区稻草覆盖的最佳使用量,为进一步推广稻草覆盖、增强土壤肥力、降低烟农生产成本提供科学依据。[方法]试验设5个处理:不覆盖稻草,且不覆盖地膜(T1);覆盖地膜(T2);覆盖稻草4 500kg/hm2(T3);覆盖稻草6 000 kg/hm2(T4);覆盖稻草7 500 kg/hm2(T5)。T1为对照。调查烟田的地温、土壤湿度,烟株生育期,烟叶生长发育、干物质的积累分配、经济性状、外观质量、物理特性、内在化学成分、香气物质及吸食质量。[结果]稻草覆盖还田对烟田的地温和土壤湿度都有调控作用。在内在质量上,稻草覆盖还田可明显协调烟叶内在化学成分,有效地提高烟叶总糖、还原糖、氯及钾含量,降低烟叶总氮和总植物碱含量,提高烟叶类胡萝卜素和多酚含量,从而有效提高烟叶的香气品质。[结论]稻草覆盖还田可有效提高烤烟品质,其中以7 500 kg/hm2覆盖量效果最佳。     

基于小波压缩的木材密度近红外光谱的预处理研究

近红外光谱数据维数多、数据量大,直接保存需要庞大储存空间,且海量数据会对网络化在线检测的分析速度和准确性产生影响。为探讨应用小波压缩进行近红外光谱预处理的可行性及其对枫桦木材密度预测精度的影响,通过强光探头采集木材圆盘的近红外光谱,在Matlab软件中应用小波变换法对枫桦木材密度近红外光谱数据进行压缩。结果表明:当小波基sym2分解层为6时,基于均衡稀疏标准形式的全局硬阈值压缩效果最好,将2 151个变量压缩成38个小波系数,其能量保留成分、零系数成分、压缩比分别为99.66%、98.34%、56.61%。用未处理光谱数据和压缩后的38个小波系数分别建立偏最小二乘定标分析模型,同时做内部交叉验证,并用未处理和压缩后的预测集做外部检验,得知压缩后校正模型对压缩后样品预测能力较好,预测决定系数为0.913 9。因此,小波压缩可有效简化近红外光谱数据,提高近红外光谱对枫桦木材密度的预测精度。