水稻叶面积指数及产量信息的空间结构性分析

通过对水稻抽穗期叶面积指数及产量信息的采样研究,探讨了叶面积指数及产量信息的空间结构性,并建立了半方差函数模型,结果表明该变量具有明显的区域化变量特征和较好的空间结构特征.该文引入区域化变量理论,弥补了单纯采用经典概率统计法对作物信息进行分析的片面性.水稻抽穗期叶面积指数与产量信息之间呈抛物线关系,相关性达显著水平,说明可以通过对叶面积指数的科学调控,使一定尺度范围内的水稻产量获得全面提高.对作物信息进行空间结构性和定量化研究为精确农业的实施提供了必要的技术支撑.     

基于无人机数码影像的冬小麦株高和生物量估算

高效、快速地获取作物的株高和生物量信息,对农业生产有重要意义。该文利用2015年4月-6月获得了冬小麦拔节期、挑旗期和开花期的高清数码影像。首先基于无人机高清数码影像生成冬小麦的作物表面模型(crop surface model,CSM),利用CSM提取出冬小麦的株高(Hcsm),然后利用提取的21种数码影像图像指数,构建了拔节期、挑旗期和开花期混合的多生育期生物量估算模型,并进行单生育期和多生育期模型对比分析;最后选择逐步回归(stepwise regression,SWR)、偏最小二乘(partial least square,PLSR)、随机森林(random forest,RF)3种建模方法对多生育期估算模型进行对比,挑选出冬小麦生物量估算的最优模型。结果表明,提取的Hcsm和实测株高(H)具有高度拟合性(R2=0.87,RMSE=6.45 cm,NRMSE=11.48%);与仅用数码影像图像指数构建的生物量估算模型相比(R2=0.721 2,RMSE=0.137 2 kg/m2,NRMSE=26.25%),数码影像图像指数融入H和Hcsm所得模型效果更佳,其中融入Hcsm的模型精度和稳定性(R2=0.819 1,RMSE=0.110 6 kg/m2,NRMSE=21.15%)要优于加入株高H所构建的估算模型(R2=0.794 1,RMSE=0.117 9 kg/m2,NRMSE=22.56%);SWR生物量估算模型(R2=0.7212)效果优于PLSR(R2=0.677 4)和RF(R2=0.657 1)生物量估算模型。该研究为冬小麦生长状况高效、快速监测提供参考。     

基于RGB-D相机的玉米茎粗测量方法

为实现田间玉米茎粗的快速测量,提出了一种基于RGB-D(RGB-Depth)相机的玉米茎粗参数提取方法。以小喇叭口期玉米为观测对象,利用RGB-D相机获取田间玉米的彩色图像和深度图像。首先,根据玉米与背景的颜色差异,对图像进行自动阈值分割,提取图像中感兴趣区域内的信息;利用形态学"开"操作剔除图像中的噪声,得到玉米茎杆的主干。其次,对茎杆主干进行骨架化操作,检测骨架的交叉点和末端点,确定茎杆的待测量部位。然后,对该部位的点云数据进行去噪、聚类、椭圆拟合操作,得到椭圆的长轴和短轴,获得玉米的茎粗。对20株玉米进行测试,结果表明:茎粗长轴的平均测量误差为3.31 mm,标准差为3.01 mm,平均测量相对误差为10.27%,茎粗短轴的平均测量误差为3.33 mm,标准差为2.39 mm,平均测量相对误差为12.71%。该研究可为作物表型参数的快速获取提供参考。     

陆地棉矮秆突变体株高和纤维品质的QTL定位及相关性研究

Ari1327是美国引进种质Ari971经60Co γ射线照射后得到的矮化突变体,以陆地棉遗传标准系TM-1为母本和Ari1327组配杂交组合,利用该组合产生的F2群体对株高和纤维品质性状进行QTL分析,共检测到4个与株高相关的QTL,分别位于Chr.3、Chr.11、Chr.14和LG6上,4个位点可解释的联合表型贡...     

基于线性回归的玉米生物量预测模型及验证

玉米生物量是评估玉米长势的重要参数,为了实现玉米生物量的快速测量,该文拟以玉米株高H、茎粗长轴L、茎粗短轴S为输入,建立玉米生物量鲜质量FW和干质量DW的预测模型。采用多元回归和逐步回归方法对平展型和紧凑型玉米的小喇叭口期生物量数据进行线性回归分析。结果表明,玉米茎粗长轴和茎粗短轴与玉米鲜质量和干质量的相关性高于玉米株高,多元回归模型H+L+S、L×S和逐步回归模型具有较高的拟合精度,其对玉米鲜质量、干质量的决定系数高于0.874和0.877,均方根误差分别小于7.363和0.801 g,且单因素方差分析表明,3个模型之间没有明显差异,模型交叉验证结果表明,3个模型都具有较好的稳定性和预测能力。应用上述3个模型对玉米大喇叭口期的生物量进行预测,预测结果表明,模型对平展型玉米的预测精度优于紧凑型玉米。对平展型玉米生物量的预测中,逐步回归模型预测效果最优,其对玉米鲜质量、干质量的决定系数分别为0.866、0.875,均方根误差分别为30.790和2.752 g,相对均方根误差分别为13.53%、11.41%。该研究表明,利用玉米株高、茎粗长轴、茎粗短轴可实现对玉米生物量的估测,且对平展型玉米具有较好的预测效果。     

基于茎直径微变化的棉花适宜灌溉指标初步研究

在2004和2005年棉花生长季节,采用筒栽和大田小区试验相结合,对不同水分状况下茎直径微变化动态中日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和当日复原所需时间(RT)等3个关键性指标进行了研究。结果表明,3个指标对植株体内水分状况变化的反应均非常敏感,随着日出前叶水势的降低,MDS明显增大;DI逐渐减小,在水势较高时变化幅度较小;RT则大幅度延长。当叶水势降低到-0.1 MPa时,DI变为负值,RT维持在24 h。3个指标的株间变异性测定结果表明,MDS和DI均存在较大的株间变异系数,RT的变异系数最小。对RT与土壤相对含水率进行相关分析发现,两者之间呈幂函数关系,相关程度达极显著水平。根据RT与叶水势和土壤相对含水率的关系,确定了RT对应于棉花适宜水分、轻度水分胁迫和重度水分胁迫的变化范围,而且,在对应的土壤含水率范围内,RT维持在一个相对稳定的区间,说明RT可作为指导棉花灌溉的适宜指标。MDS和DI由于影响因素较多,难以确定对应于水分胁迫的临界值,不适于单独作为灌溉指标。     

株高穗位相关标记分析138份玉米骨干自交系的遗传多样性

利用与玉米株高穗位高相关的SSR标记,对138份吉林省玉米育种的骨干自交系进行遗传多样性分析,并通过UPGMA方法对自交系进行聚类分析,同时对3个旅大红骨改良系的遗传组成进行解析,旨在为亲本选配提供依据。结果表明,扩增带型稳定的20对株高穗位高相关的SSR引物,检测出114个等位基因变异,每对引物检测出2~12个等位基因,平均等位基因数目为5.7个。每对引物多态性信息含量(PIC)变异范围为0.028~0.78,平均多态性信息含量为0.517,几大类群的多态性信息含量的顺序为旅大红骨类群(0.47)Lancaster类群(0.42)塘四平头类群(0.41)reid类群(0.35)。聚类分析表明,供试玉米可划分为2个大群,4个亚群,其中lancaster类群与其他类群亲缘关系较远。此外,3个旅大红骨改良系遗传解析的结果证明,分子标记辅助选择在数量性状遗传改良上具有实际应用价值。本研究结果为玉米株型改良育种提供了依据。     

首例航天诱变玉米细胞核雄性不育株与可育株的株高生长分析

以航天诱变玉米细胞核雄性不育株的杂交F2 及姊妹交后代群体为材料 ,对育性分离群体中两种育性植株的株高及生长动态进行了分析。结果表明 ,在整个生育期的不同发育阶段两种育性植株的株高差异均达极显著水平 ,在发育的早期阶段 ,二者差异较小 ,随着发育进程的推进 ,株高的差异逐渐加大。进一步对两种育性植株的株高增长曲线进行分析 ,发现二者的最大生长速度存在差别。     

旱稻干旱敏感突变体相关性状的初步遗传分析

旱稻616(HD616)经60Co γ射线辐射诱变获得的1个对干旱极其敏感的突变体M616,对该突变体及其亲本HD616的抗旱形态指标与产量指标进行考察,并对突变体M617与其亲本HD616及M616与对照品种IRAT109 的正反交F1代和F2代群体的株高、主茎基粗和主茎穗结实率3个性状进行遗传分析。结果表明：在干旱胁迫条件下,突变体较亲本表现为稳定的对干旱胁迫敏感的特性; 旱地和水田条件下株高、主茎基粗和主茎穗结实率3个性状在M616×HD616、HD616×M616 两个正反交组合F1间均无显著差异,进而说明突变基因是细胞核遗传,不存在细胞质遗传互作效应;对M616×HD616、M616×IRAT109两个F2群体的株高、主茎基粗和主茎穗结实率分析表明,主茎基粗在群体的分离呈正态分布,表现为微效多基因控制的数量性状;而株高和主茎穗结实率在群体的分离呈非正态分布,表现为质量—数量性状。对旱稻干旱敏感突变体相关性状进行遗传分析,将为与抗旱相关基因的定位和克隆打下良好的基础。     

基于三维点云的田间香蕉吸芽形态参数获取

针对传统的香蕉吸芽形态参数手工测量方法效率低下、人为主观性强等问题,提出了基于三维点云的田间香蕉吸芽形态参数信息提取方法,并针对吸芽茎秆直径小,普通测量算法误差大的问题,使用曲面平滑和圆柱拟合算法提高了茎粗测量精度和准确性。使用Kinect V2、PMD CamBoard pico flexx、ZED双目视觉相机和Velodyne 16线激光雷达 4种深度传感器采集不同尺寸的香蕉吸芽点云,对比了不同深度传感器对于香蕉吸芽点云采集的效果和提取表型参数的精度。基于点云库开发了香蕉点云处理和表型参数提取算法,对从两侧获取的香蕉点云进行配准,提取了香蕉吸芽的株高、茎粗和叶面积参数。Kinect V2取得了最优的点云重建效果和表型参数获取精度,与人工测量值相比,测得株高、茎粗和叶面积的平均绝对百分比误差分别为4.79%、9.20%、16.59%,均方根误差分别为5.46 cm、4.44 mm、197.8 cm2,决定系数分别为0.96、0.87、0.92。研究表明,Kinect V2和该文的形态参数提取方法适用于香蕉吸芽的形态参数获取,可以为果园管理提供一种快速、准确的香蕉吸芽株高、茎粗和叶面积形态参数测量方案。     

计算喷雾干燥塔直径和高度的解析法

为了改进图解积分法要反复查列线图的繁琐过程及克服该法不能编程计算的困难，提出了计算喷雾干燥塔直径和高度的一种新方法——解析法。采用解析法导出了过渡区(喷雾干燥大部分情况均落在此区间)计算雾滴水平飞翔距离和时间、雾滴减速运动垂直下降距离和时间的解析式，还导出了层流区、湍流区计算雾滴运动距离的解析式。利用这些解析式结合已报道的层流区及湍流区计算雾滴运动时间的有关解析式即可用解析法求出喷雾干燥塔的直径和高度。算例表明，解析法比图解积分法简便、准确，解析法手算或计算机编程计算均很方便、计算精度可以满足工程设计要求。     

自动测量胸径和树高便携设备的研制与测量精度分析

胸径和树高测量是评价立地质量和林木生长状况的重要依据,该文以图像自动识别原理、摄影测量原理、相似三角形几何原理和三角函数原理为理论基础,研制了可测量胸径和树高的多功能便携式微型超站仪,该设备集成电荷藕合器件图像传感器、倾角传感器、激光测距传感器、中央处理器、存储器、液晶显示屏,测量时可获取测站点到待测点的倾角和距离2个参数值,并记录存储测量时的图像信息,通过仪器的嵌入式操作程序,实现胸径的自动测量、树高测量、任意处直径自动测量、基本测量等4项基本功能。通过试验验证,215株立木的单次胸径测量的平均绝对误差为0.369 cm,平均相对误差为2.08%。101株立木的单次树高测量的平均相对误差为1.44%。胸径测量精度达到97.92%,树高测量精度达到98.56%,符合国家森林资源连续清查中的测量精度要求。该设备为森林资源调查提供了参考。     

基于茎直径变化监测番茄水分状况的机理与方法

该研究以春季温室番茄为试验材料,以筒栽和小区相结合的方法探索了番茄茎直径变化的机理与规律、外界环境因素对茎直径变化的影响以及如何消除气象因子对实测日最大收缩量（MDS）数值干扰等问题,目的在于为基于茎直径变化监测作物水分状况、实现自动灌溉的技术提供理论和实践依据。试验结果表明,番茄茎直径变化落后于叶水势变化,二者存在很好的相关性。番茄茎直径收缩过程是由韧皮部及木质部收缩同步构成,而恢复过程则是不同步的,木质部恢复较快。番茄盛果期蒸腾强度大于花果期蒸腾强度,蒸腾强度越大一天中最小茎直径出现的时间越晚,而其茎直径开始恢复的临界气孔导度值越小。番茄MDS的变化趋势和日均辐射的变化趋势一致,但变化幅度由土壤水分决定。当土壤相对含水率由田间持水率降至50%时,MDS随土壤水分的下降而变大,天气晴好时MDS能够很好的反映出土壤水分的差异;而当土壤相对含水率小于50%后,MDS随土壤水分的下降而变小。通过统计分析,由实测MDS与参照MDS相比的相对日最大收缩量（RMDS）指标基本上可以消除气象因子对监测结果的影响,稳定的反映土壤水分状况。     

温室内作物茎秆直径变化对基质含水率的响应

通过对北京地区温室内黄瓜和番茄生长期茎液流(SF)和茎直径变化(径差SD)过程以及同期温室内微气象因子的连续观测,利用相关分析方法分析了总辐射通量密度和饱和水汽压差(VPD)对茎液流和茎直径变化的影响以及茎直径变化与基质含水率的关系。发现SF与SD与温室内总辐射通量密度间的相关性并不显著,而与VPD的相关性均达到了极显著水平。分别对每日12∶00、13∶00、14∶00和15∶00的SD(与每日6∶00的茎直径之差)与VPD进行相关分析,均通过了0.01水平的显著性检验,其中以14∶00的相关系数最大。以各种作物每日14∶00的SD/VPD(径差与饱和水汽压差的比值)与基质含水率进行相关分析,表明两者间有极显著正相关关系。而且,在不同基质含水率范围内,每日14∶00的SD/VPD值保持在一个相对稳定的区间,说明14∶00的SD/VPD对基质中的水分状况很敏感,可以作为启动温室灌溉系统的参考指标。     

基于无人机图像分析的树木胸径预测

树木胸径是林木资产评估中的重要参数,该文利用图像分析技术预测树木胸径可为资产评估提供参考。以银杏和法国梧桐为试验树种,通过拟合无人机正射图像中的单株树木树冠面积与胸径的关系预测树木胸径值。首先利用二型模糊聚类方法对无人机采集的纯林样地正射图像中的单株树冠进行分割,获取树冠像素面积,然后利用地面参照物计算出树冠的实际面积,并与测量的胸径值进行拟合,得出树冠面积与胸径的函数关系,林区中其他树木胸径值可基于该函数关系和其树冠面积计算得出。试验结果显示无人机正射图像中的银杏及法桐树冠面积与胸径均呈对数关系,且该文计算所得的银杏1.2 m处的胸径与实际胸径之间的平均误差约为0.31 cm,法桐1 m处的胸径与实际胸径之间的平均误差为0.27 cm,均在行业允许的1 cm误差范围内,该文提出的基于无人机正射图像分析技术预测树木胸径较为准确,可为中小尺度林地资产评估提供参考。     

NPK could alleviate the adverse effects of simulated acid rain in sunflower (Helianthus annuus L.)

A study was conducted to determine the effect of macronutrients (NPK) in alleviating the adverse effects of simulated acid rain (SAR) on sunflower (Helianthus annuus L.). In addition to control (T₀), three different treatments, i.e., SAR (HNO₃) of pH 3 (T₁), NPK (T₂), and SAR + NPK (T₃), were applied on two sunflower cultivars, i.e., FH-37 and FH-385. The experiment was set up in CRD (completely randomized design) with four replicates of each treatment. Chlorophyll a, b, total chlorophyll, carotenoids, ion contents (NPK), and gas exchange characters were determined. Acid rain remarkably reduced the chlorophyll pigments, NPK ionic content, photosynthetic rate, transpiration rate, and stomatal conductance, while an increase in internal CO₂ concentration and water use efficiency was noted in both the cultivars. The mixture of NPK with SAR exhibited positive impact to lessen the toxicity caused by acid. Among cultivars, FH-385 showed better performance as compared to FH-37.     

基于茎直径变化的精准灌溉技术研究进展

该文首先介绍了茎直径变化的基本原理、测量仪器的发展、茎直径变化及其衍生指标(日最大收缩量和茎生长速率)和其他水分胁迫指标(水势和液流)之间的关系和敏感性比较,然后重点分析了茎直径变化的5个影响因子(水分胁迫、茎秆季节生长模式、作物挂果、植株年龄和作物管理)和应用茎直径变化指导灌溉之前必须评价的6个指标特性(变异性、强弱性、敏感性、及时性、可靠性和鲁棒性),在此基础上总结了基于茎直径变化数据指导灌溉的3种方法(绝对值法、相对值法、茎直径变化与液流结合法),并指出其中的相对值法(信号强度法)已被成功地用于指导具有多树种的果园中充分灌溉和亏缺灌溉处理下的低频灌溉,对实现灌溉的精准化、数字化及智能化具有重要意义,并对该领域未来的研究热点进行了展望。     

充分灌溉条件下桃树茎直径最大日收缩量模拟

该文以6年生大田“仕女红”桃树为试验材料,研究了在充分灌溉条件下茎直径最大日收缩量（MDS）的变化规律、MDS与参考作物蒸发蒸散量、太阳净辐射量、水汽压亏缺日均值、正午水汽压亏缺值、气温日均值、正午气温的关系,目的在于建立MDS模拟方程,为现代节水灌溉提供精确决策指标。结果表明：试验期间桃树MDS与各个气象要素具有相似的变化规律,但是各个气象要素对桃树MDS的影响程度不同,经通径分析得出正午气温和太阳净辐射对MDS的直接作用、总作用和决策系数均高于其他气象要素,参考作物蒸发蒸散量、水汽压亏缺日均值、正午水汽压亏缺值、气温日均值通过正午气温和太阳净辐射对MDS起间接作用,所以正午气温和太阳净辐射量是影响MDS最主要的因子。在此基础上建立了MDS模拟方程,用此方程计算的MDS值与实测的MDS值间无显著差异。因此,该方程确定的MDS值可以作为桃树灌溉的参考值,将实测的MDS标准化后可为桃树精确灌溉提供技术支撑。