基于小波特征和冬小麦生理参数的土壤水分高光谱模型优化

土壤水分是影响作物生长的关键因子,在精准灌溉中估算土壤含水率有重要意义,结合作物生理参数与叶片光谱特性,能够在一定程度上增强土壤含水率遥感监测模型的稳定性。为了提高土壤含水率遥感监测模型在冬小麦多种物候期的适用性以及迁移能力,该研究通过连续小波变换增强光谱对叶片不同生化生理指标的响应后,通过变量投影重要性分析方法对冬小麦叶片含水率、叶绿素、叶面积指数敏感的光谱特征进行特征筛选,结合偏最小二乘回归构建土壤含水率模型,并与土壤含水率所选特征建立的监测模型在独立年份数据与不同传感器之间进行比较。结果表明,土壤含水率变化显著改变了冬小麦叶绿素以及叶面积,进而影响了小麦冠层光谱,小尺度小波变换可以增强冬小麦冠层光谱和土壤含水率的相关性（相关系数由0.46提升至0.61）。综合基于地面非成像数据集和机载成像数据集进行的模型验证结果,基于叶绿素所选小波特征在2021年高光谱非成像数据集和2022年机载成像数据集构建的土壤含水率监测模型表现最优,其中基于1尺度叶绿素小波特征构建的模型效果最好,其在独立非成像数据集验证中决定系数为0.541,均方根误差为2.42%,在成像数据集验证中决定系数为0.687,均方根误差为1.92%。因此,通过冬小麦叶片叶绿素与连续小波变换选取的光谱特征进行土壤含水率监测的适用性更强,可以进一步提高土壤含水率监测模型的准确性及稳定性。     

基于无人机遥感影像的玉米冠层温度提取及作物水分胁迫监测

针对当前无人机热红外遥感提取冠层温度不准确、监测作物水分胁迫状况精度不高的问题,该研究以不同水分处理的拔节期夏玉米为研究对象,利用无人机获取试验区域热红外和可见光图像资料,分别采用Otsu算法、EXG-Kmeans算法和Otsu-EXG-Kmeans算法获取冠层区域图像,并对提取结果进行精度评价,而后采用最优算法求得对应作物水分胁迫指数（Crop Water Stress Index,CWSI）,通过分析CWSI同土壤含水率相关关系以及CWSI日平均变化趋势来监测玉米水分亏缺状况。结果表明：1）相比于其他方法,Otsu-EXG-Kmeans算法对冠层温度提取精度更高（用户精度为95.9%）,提取的冠层温度更接近实测温度（r=0.788）,可以准确获取图像冠层温度。2）相比于冠层温度,CWSI与土壤含水率的相关性更高（r= -0.738）,CWSI日平均变化趋势更符合实际情况,可更加精确地监测玉米缺水状况。该研究为无人机遥感精准监测作物水分胁迫状况提供参考。     

基于改进CNN的猕猴桃根区土壤含水率反演方法

为解决无人机遥感领域根据冠层光谱信息对猕猴桃果树根系土壤含水率（root soil water content, RSWC）进行反演时,现有算法对冠层图像信息分析不足的问题,该研究对传统卷积神经网络模型进行改进,提出一种复合视觉卷积回归神经网络（compound visual convolutional regression network, CVCRNet）,该网络复合两种不同尺寸卷积层对图像数据进行卷积特征提取,并使用全连接层对卷积特征值进行降维,从而直接以多光谱图像为分析对象对RSWC进行反演,充分利用多光谱图像内所有数据,提升反演精度。研究采集徐香猕猴桃果树果实膨大期（5—9月）冠层多光谱信息和深度40 cm处的RSWC,把基于图像的CVCRNet网络反演方法与基于植被指数的传统反演方法进行对比,CVCRNet训练结果在验证集R²为0.827,RMSE为0.787%,相较于传统方法在验证集R²为0.759,RMSE为0.983%,反演结果相关性有了明显提升,准确率也有得到一定提高。结果表明,改进后的CNN网络能够作为冠层信息反演的重要工具,在冠层复杂的场景下达成良好的土壤数据反演效果。     

利用无人机多光谱估算小麦叶面积指数和叶绿素含量

利用无人机遥感的方式进行农作物长势监测是目前精准农业、智慧农业发展的重要方向,为了探究无人机多光谱反演小麦叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和叶绿素含量的模型估算潜力,该研究在3个飞行高度(30、60、120 m)采集多光谱影像,通过使用全波段差值光谱指数(Difference Spectral Index,DSI)、比值光谱指数(Ratio Spectral Index,RSI)、归一化光谱指数(Normalized Spectral Index,NDSI)和经验植被指数与地面实测数据进行相关性分析,获得不同高度下的光谱指数与LAI和叶绿素含量的关系模型及其决定系数,以决定系数为依据分别构建多元逐步回归、偏最小二乘回归和人工神经网络模型,分析不同飞行高度无人机多光谱反演小麦冠层LAI和叶绿素含量SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值的精度。结果表明:1)30 m高度下,绿-红比值光谱指数与小麦LAI的相关性最高,相关系数为0.84;60 m高度下,红-蓝比值光谱指数与小麦叶绿素含量的相关性最高,相关系数为0.68;2)在60 m高度下,经验植被指数与小麦LAI和叶绿素含量的相关性较好,最大相关系数分别为0.77和0.50;3)利用偏最小二乘回归反演小麦LAI的精度最高,决定系数为0.732,均方根误差为0.055;利用人工神经网络模型反演小麦叶绿素含量的精度最高,决定系数为0.804,均方根误差0.135。该研究成果可为基于无人机平台的高通量作物监测提供理论依据,并为筛选无人机多光谱波段实现作物长势参数快速估测提供应用参考。     

小波法反演条锈病胁迫下冬小麦冠层叶片全氮含量

为监测条锈病胁迫下冬小麦的氮素营养状况,该文通过野外试验测量了感染条锈病的冬小麦冠层光谱数据和相应叶片全氮(leaf total nitrogen,LTN)含量,分析了冬小麦条锈病病情指数(disease index,DI)与LTN之间的关系,对冠层光谱进行了连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)处理得到小波系数,并选择一些高光谱指数,分别利用支持向量机(support vector machine,SVM)回归方法构建了小波系数、高光谱指数与冬小麦LTN含量之间的反演模型。研究表明,随着冬小麦DI增大,LTN含量逐渐减小,相关系数为-0.784;CWT处理得到的小波系数为自变量构建的反演冬小麦LTN含量的模型精度普遍高于高光谱指数为自变量的模型精度,其中以Mexican Hat小波函数处理得到的小波系数423(4)建立的反演模型为最优模型,RMSE为0.315,RE为7.62%。因此,该研究表明可以联合应用CWT与SVM方法对条锈病胁迫下冬小麦LTN含量进行反演,且具有较高的估测精度。该研究成果对小麦作物病害预防、指导作物施肥具有重要现实应用意义。     

无人机多光谱遥感反演各生育期玉米根域土壤含水率

为准确及时地获取植被覆盖条件下农田土壤水分信息,该文以不同水分处理的大田玉米为研究对象,利用无人机遥感平台对夏玉米进行多期遥感监测,并同步采集玉米根域不同深度土壤含水率(Soil Water Content,SWC)。基于2018年夏玉米拔节期、抽雄-吐丝期和乳熟-成熟期的无人机多光谱遥感影像数据集,通过支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类剔除土壤背景,提取玉米冠层光谱反射率并计算10种植被指数(VegetationIndex,VI),然后利用全子集筛选(FullSubsetSelection)法对不同波段和植被指数进行不同深度土壤含水率的敏感性分析,并分别采用岭回归(Ridge Regression,RR)和极限学习机(ExtremeLearningMachine,ELM)2种方法构建全子集筛选后0～20、20～45和45～60cm不同深度下的土壤含水率定量估算模型。结果表明:基于贝叶斯信息准则(BayesianInformationCriterion,BIC)的全子集筛选法可以有效筛选最优光谱子集,筛选变量基本都通过了显著性检验,自变量个数较少;在同一生育期、同一深度条件下,ELM模型效果均优于RR模型;玉米在拔节期、抽雄-吐丝期的最佳监测深度为0～20cm,在乳熟-成熟期的最佳监测深度为20～45cm;乳熟-成熟期的20～45cm深度下的ELM反演模型效果最优,其建模集和验证集的决定系数Rc2和Rv2分别为0.825和0.750,均方根误差RMSEc和RMSEv分别为1.00%和1.32%,标准均方根误差NRMSEc和NRMSEv分别为10.85%和13.55%。利用全子集筛选法与机器学习相结合的方法可以提高土壤含水率的反演精度和鲁棒性,本研究为快速、准确地监测农田土壤墒情、实施精准灌溉提供了一种新的途径。     

基于扫描成像的作物近地高光谱获取与特征分析

为了验证自主研制的扫描成像光谱仪（PIS）在近地应用的可行性,该文以小麦、玉米为研究对象,利用PIS近地获取作物冠层和叶片的高光谱图像,在对田间和室内获得的成像数据进行对比分析的同时,探讨了成像光谱采集过程中的影响因素。此外,将PIS获取的成像高光谱与地物光谱仪（ASD）测定的高光谱进行比对研究。结果表明：PIS能准确收集作物的光谱信息,且采集的高光谱数据与ASD具有很好的一致性;PIS在田间采集作物光谱信息时,受氧气吸收的影响,在760 nm处有明显的干扰吸收;PIS除了能反映作物不同叶位叶片、不同器官光谱的差异,还可依据影像提取杂草、土壤对作物冠层光谱的影响程度。上述初步结果为进一步应用PIS进行农作物长势诊断提供了参考。     

基于冠层温度的典型沙生植物土壤水分状况诊断

冠层温度是植物体能量平衡结果的体现,是衡量植物水分多寡和有效性的重要指标,在农业中已经被广泛的应用于植物干旱程度的评价。本研究以柠条(Caragana korshinskii)、沙柳(Salix psammophila)、油蒿(Artemisia ordosica)3种典型沙生植物为研究对象,以土壤田间持水量的A(5%~20%)、B(20%~40%)、C(40%~60%)、D(60%~100%)设置4个水分梯度,监测并分析不同土壤水分条件下植物冠层温度日变化特征及差异性,探究沙生植物冠层温度对气象因子及土壤水分的响应规律。结果表明:1)在同一监测时间,即气象条件背景相同情况下,植物所处的土壤含水率越低,其正午的植物冠层温度越高。2)在日尺度范围内,植物冠层温度的高低受到气象因子、土壤水分的共同影响;通过相关性分析结果表明,气象因子对冠层温度的影响比土壤水分较为显著。3)基于日尺度上多时间点的冠层温度数据建立的冠层温度数据对气象因子响应的敏感度系数,可以判定植物所处的土壤水分状况。土壤含水率越低其植物冠层温度对气象因子的敏感度越小。利用植物冠层温度可以实现对于植物所处的土壤水分状况的判定,为大田植被的水分管理提供1种新的、便捷有效的途径。     

基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型

旨在阐明双季稻分蘖数与冠层反射高光谱间的定量关系,构建基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型。基于不同早、晚稻品种和施氮水平的田间试验,于关键生育期(分蘖期、拔节期和孕穗期)测定早、晚稻分蘖数,同步使用FieldSpec HandHeld 2型高光谱仪采集早、晚稻冠层反射高光谱数据,分别利用光谱指数法和连续小波变换构建新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数进行监测,建立双季稻分蘖数光谱监测模型,并用独立试验数据进行检验。结果表明,新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数的监测效果优于其他类型光谱参数(植被指数和“三边”参数),其中位于红边区域的小波特征db7(s9,w735)监测早稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.754,模型检验相对均方根误差RRMSE为0.128;位于红边区域的小波特征mexh(s6,w714)监测晚稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.837,模型检验RRMSE为0.112。研究结果可为双季稻分蘖数快速无损监测和群体质量精确调控提供理论基础与技术支持。     

小波变换耦合CARS算法提高土壤水分含量高光谱反演精度

为实现干旱地区土壤水分含量(soil moisture content,SMC)的快速监测,该文以渭干河-库车河绿洲为靶区,采用小波变换(wavelet transform,WT)对反射光谱进行1～8层小波分解,通过相关性分析确定最大分解层数,再通过竞争性自适应重加权(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)滤除冗余变量,筛选出与SMC相关性较好的波长变量,并叠加各层特征光谱的优选波长变量作为最优变量集,用偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)构建土壤水分含量预测模型并进行分析.结果显示:1)小波分解过程中,土壤反射率与SMC的相关性不断增强,到小波变换第6层分解(L6)处达到最高,因此小波变换最大分解层数为6层分解;2)通过对土样进行WT-CARS耦合算法筛选出变量,得出的最优变量集包括400～500、1 320～1 461、1 851～1 961、2 125～2 268 nm区域之间共131个波长变量;3)相对于全波段预测模型,各层特征光谱的CARS优选变量预测模型的精度均高,并且基于最优变量集的预测模型的精度最高,该模型的建模集均方根误差0.021、建模集决定系数0.721、预测集均方根误差0.028、预测集决定系数0.924、相对分析误差2.607.说明WT-CARS耦合算法使其在建立模型时尽可能少地损失光谱细节、较为彻底的去除噪声,同时还能对无信息变量进行有效去除,为该研究区SMC的预测提供新的思路.     

青海省耕地资源开发利用分析及对策研究

分析论述了青海省耕地资源开发利用的现状、特点和问题。在此基础上,提出了对青海省耕地资源进行研究的框架体系和思路,同时基于GIS/RS技术设计了相关的技术路线。最后依据所做设计对青海省耕地资源开发利用做了初步分析,并进行了相关的对策研究分析。     

氟对小鼠生精细胞凋亡的影响及锌的保护作用

为观察氟对成年雄性小鼠生精细胞凋亡的影响及锌的保护作用,通过腹腔注射氟化钠建立氟中毒动物模型及锌保护实验。采用石蜡切片、苏木精-伊红染色(HE染色)、末端原位标记(TUNEL)及琼脂糖凝胶电泳的方法检测小鼠生精细胞的凋亡情况。结果显示:(1)氟感染组无论是低剂量组(NaF10 mg/kg)或是高剂量组(NaF 20 mg/kg)生精细胞都发生了明显的凋亡。生精细胞凋亡主要发生在精母细胞和精原细胞,凋亡指数与对照组差异极显著(P<0.05)。(2)无论是高剂量锌(ZnSO430 mg/kg)和低剂量锌(ZnSO415 mg/kg)都可以使凋亡指数明显降低,高剂量锌组的凋亡指数与对照组差异不显著(P>0.05)。     

荔枝种子结构的扫描电镜观察

荔枝种子从果实中剥离出来后, 即使在室内条件下, 也极易失水干缩, 潮湿环境中又易发霉而腐烂。扫描电镜观察表明: 种皮上布满纹孔, 水分散失面积很大; 种脐部为疏松的海绵组织, 且营养丰富。据此, 生产上应对种子彻底清洗, 并保存于适当湿度的环境中, 以提高其发芽率。     

三门峡水库库岸坍塌成因分析与防治措施研究

三门峡水库自1960年9月蓄水运行以来,库岸坍塌现象频繁发生,平均每年塌岸0.5～0.7亿m3.指出了造成库岸坍塌的原因主要是地质环境的影响以及水力条件的变化;不同的地形、地貌、地质结构和岩性特征,表现了不同的塌岸强度,其中黄土塬区为极强塌岸段,黄河Ⅱ级阶地为强烈塌岸段,黄河Ⅰ级阶地为中等强烈塌岸段;分析了引起库岸坍塌的主要水力条件有大气降水、地表水和地下水,并且不同水力条件及其变化特征,对库岸坍塌影响的方式和程度也不同;最后给出了防治库岸坍塌应采用标本兼治的原则,治标是指对塌岸进行必要的加固、支挡、衬砌等;治本就是根据引起塌岸的原因以及不同地质环境条件下的塌岸特征和水力条件,因地制宜,因害设防,从根本上进行综合治理.     

Towards bioremediation of toxic unresolved complex mixtures of hydrocarbons: identification of bacteria capable of rapid degradation of alkyltetralins

Background, aim and scope  Unresolved complex mixtures (UCMs) of aromatic hydrocarbons are widespread, but often overlooked, environmental contaminants. Since UCMs are generally rather resistant to bacterial degradation, bioremediation of UCM-contaminated sites by bacteria is a challenging goal. Branched chain alkyltetralins are amongst the individual classes of components of aromatic UCMs which have been identified in hydrocarbon-contaminated sediments and a number of synthetic alkyltetralins have proved toxic in laboratory studies. Thus, alkyltetralins should perhaps be amongst the targets for UCM bioremediation strategies. The slow degradation of several alkyltetralins by a microbial consortium has been reported previously; however, the bacteria involved remain unidentified and no single strain capable of alkyltetralin biodegradation has been isolated. The present project therefore aimed to enrich and identify bacterial consortia and single strains of bacteria from a naturally hydrocarbon-contaminated site (Whitley Bay, UK), which were capable of the degradation of two synthetic alkyltetralins (6-cyclohexyltetralin (CHT) and 1-(3’-methylbutyl)-7-cyclohexyltetralin (MBCHT)). Materials and methods  Bacteria were enriched from sediment collected from Whitley Bay, UK by culturing with CHT and MBCHT for a period of 4 months. Biodegradation experiments were then established and degradation of model compounds monitored by gas chromatography–mass spectrometry. Internal standards allowed the generation of quantitative data. 16S rRNA gene clone libraries were constructed from individual enrichments to allow assessment of microbial community structure. Selective media containing MBCHT were used to isolate single bacterial strains. These strains were then tested in liquid culture for their ability to degrade MBCHT. Results  The consortia obtained through enrichment culture were able to degrade 87% of CHT and 76% of MBCHT after only 46 days compared with abiotic controls. The 16S ribosomal RNA gene clone libraries of these bacteria were dominated by sequences of Rhodococcus spp. Using selective media, a strain of Rhodococcus was then isolated that was also able to biodegrade 63% of MBCHT in only 21 days. Discussion  The present report describes the isolation of a single bacterial strain able to degrade the resistant MBCHT. Although significant losses of MBCHT were observed, putative metabolites were not detectable. Rhodococcus sp. have been reported previously to be able to biodegrade a range of hydrocarbon compounds. Recommendations and perspectives  Due to their environmental persistence and toxicity, aromatic UCMs require bioremediation. The culturing and identification of such bacteria capable of rapid degradation of alkyltetralins may be an important step toward the development of bioremediation strategies for sites contaminated with toxic UCMs.     

食用仙人掌萎蔫气象条件分析

塑料大棚内种植的食用仙人掌在土壤墒情较好时也有萎蔫现象发生，通过试验观测和对仙人掌生理习性的分析，发现阴雨过后天气突然放晴温度急剧上升易使仙人掌发生萎蔫现象，并提出了田间管理的应对措施。     

物联网安全及解决措施

物联网是一个集信息通信、数据交换、传感器技术与软件工程于一体的综合性产业,探讨和分析了物联网的结构体系与发展中遇到的安全问题。     

烘焙对生物质热解产物特性的影响

烘焙可有效地降低生物质中的水分和氧,对其热解过程有显著的影响。该文主要研究了烘焙温度（200,230,260,290℃）对生物质热解过程及产物特性的影响行为及影响机制;研究发现烘焙能改善热解产物的品质,随着烘焙温度的升高,热解合成气中CO含量由48%逐渐减少到34%,CH4和H2增加,其中H2含量最大增加了77.4%,而液体产物中,乙酸和水分含量逐渐减小,水分含量最大减少了42.8%,而酚类产物的含量明显增加,有利于生物油品质的提高。该研究为烘焙技术的发展和生物质高效热化学转化提供科学参考。     

重庆市北碚区景观生态图的编制

景观生态图是以图形的方式客观而概括地反映自然景观生态类型的空间特征。以重庆市北碚区为研究区域,在对北碚区图件及其它资料的研究基础上,加上进一步的野外调查,借鉴前人研究景观生态制图的经验,以遥感影像和一些专题图件为基础数据源,以ArcGIS为平台,将两者有机结合起来,综合制成景观生态图。     

非表层剖面层次土壤生产力评价研究

研究了盆栽条件下4个非表层土壤剖面层次(AB,Ab,Bk,Bg)土壤在3种肥料处理下对“京绿2号”小白菜根系发育和养分水分吸收的影响,并评价了其生长障碍因子。结果表明,各处理出苗无明显差异;施加尿素和磷二铵有利于干物质积累量增加,且磷二铵的效应更显著;施磷二铵处理的根冠比明显低于不施肥处理和施尿素处理;施加尿素和磷二铵后作物含N量增加;施加磷二铵后各土壤剖面层次土壤中的植株P浓度明显提高。综合分析表明,正常情况下只要补充N肥和P肥,作物耕层以下的各土壤剖面层次对作物生长并无明显的阻碍作用,且通过适当的耕作和灌溉,可使非耕层土壤生产力状况得到改善。