基于优先分配的玉米单个籽粒生长模拟（英文）

精确预测作物产量对于作物生产、栽培措施优化等具有重要意义。玉米单个籽粒的质量差异对玉米产量有显著影响,并且雌穗不同位置的籽粒获取同化物的能力不同。当前的玉米模型中由于缺乏基于单个籽粒生长机制的模拟过程,从而限制了其在更广泛环境下对产量的模拟精度和预测能力。为了量化雌穗不同位置籽粒对于同化物的竞争能力,基于源库理论建立了玉米单个籽粒灌浆过程的模型,并引入"优先权"方程量化雌穗一列籽粒中每个籽粒获取同化物的"优先"能力,整合进入潜在籽粒生长需求计算新的籽粒库强。通过多年多源库水平的玉米田间试验数据对模型的有效性进行系统评估。结果表明,引入"优先权"后明显提高不同位置籽粒的干质量的模拟精度。这为理解单个籽粒的生长发育过程、玉米产量形成过程提供基础依据。     

基于优先分配的玉米单个籽粒生长模拟

精确预测作物产量对于作物生产、栽培措施优化等具有重要意义。玉米单个籽粒的质量差异对玉米产量有显著影响,并且雌穗不同位置的籽粒获取同化物的能力不同。当前的玉米模型中由于缺乏基于单个籽粒生长机制的模拟过程,从而限制了其在更广泛环境下对产量的模拟精度和预测能力。为了量化雌穗不同位置籽粒对于同化物的竞争能力,基于源库理论建立了玉米单个籽粒灌浆过程的模型,并引入“优先权”方程量化雌穗一列籽粒中每个籽粒获取同化物的“优先”能力,整合进入潜在籽粒生长需求计算新的籽粒库强。通过多年多源库水平的玉米田间试验数据对模型的有效性进行系统评估。结果表明,引入“优先权”后明显提高不同位置籽粒的干质量的模拟精度。这为理解单个籽粒的生长发育过程、玉米产量形成过程提供基础依据。     

结实期弱光胁迫对甜玉米籽粒灌浆和叶片衰老的影响

为探索甜玉米生长发育对花后弱光的响应,以京科甜183和京科甜533为材料,结实期(人工授粉至鲜食期)利用遮阳网进行50%遮光处理,研究结实期弱光胁迫对甜玉米籽粒灌浆和叶片衰老的影响。结果表明,春播和夏播处理下,弱光胁迫均使甜玉米穗粒数减少,鲜籽粒重降低,进而导致产量损失;随灌浆进程推进,鲜籽粒体积、鲜重、干重和叶片丙二醛(MDA)含量逐渐升高,籽粒含水率、叶片可溶性蛋白含量和SPAD值逐渐下降。结实期弱光胁迫显著降低鲜籽粒体积、鲜重和干重,花后27 d时籽粒含水率较低,叶片可溶性蛋白质含量和SPAD值降低,MDA含量增加,过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性提高。总体上,弱光胁迫能加快甜玉米叶片衰老,进而限制籽粒灌浆,导致籽粒重量下降。本研究结果为甜玉米结实期叶片衰老和籽粒灌浆在低光照条件下的调控提供了理论参考。     

不同底肥对冬小麦产量构成及生理生化指标的影响

利用未熟化土壤(耕层2.0m以下)在温室内进行盆栽试验,研究不同底肥(CK、N、P、K、NP、NK、NPK、有机肥、NPK 有机肥)处理对冬小麦产量构成及生理生化指标的影响。结果表明:P肥对小麦各生长性状、产量、叶绿素含量、植株N含量和籽粒蛋白均有显著作用;植株N含量与籽粒N含量、叶片叶绿素含量及籽粒产量显著正相关,籽粒蛋白含量与叶绿素含量及籽粒产量亦显著正相关。在北方黄土母质的石灰性贫瘠土壤条件下,无机肥N、P、K 3因素中,P肥具有第一重要的作用,是小麦生长发育的限制因子。     

基于OpenCV的大豆籽粒多表型参数获取算法

大豆籽粒的表型参数获取对大豆育种具有重要的作用。现有的深度学习算法获取的大豆籽粒表型性状较少,且识别表型的神经网络模型训练成本高。该研究基于OpenCV图像处理库,提出了一种提取大豆籽粒多表型参数的算法,从大豆图像中一次性获取籽粒的多种表型性状参数,同时能识别大豆的优劣品质。将每个待测大豆单株的所有籽粒拍成一张图像,首先对大豆籽粒图像进行二值化、去噪等预处理,然后采用分水岭算法和改进的目标分割算法提取图像中的大豆籽粒轮廓。根据大豆籽粒的轮廓信息,调用OpenCV图像处理函数计算大豆籽粒的个数、长轴长度、短轴长度、面积、周长等多个表型性状参数。引入圆形度识别残缺大豆籽粒,使用RGB阈值判断识别病变大豆籽粒。测试结果表明,采用该文算法计算的颗粒总数识别率为98.4%,大豆籽粒正确识别率为95.2%,破损大豆和病变大豆的识别率分别为91.25%和88.94%,籽粒的长轴长度与短轴长度的测量精度分别为96.8%、95.8%;引入多进程并行计算,该算法处理215张图片时间为248.9 s,相对于单进程计算缩短了约2/3,实现了低成本高通量的高精度大豆籽粒多表型性状参数的自动获取,为大豆籽粒自动化...     

基于核磁共振的玉米不同籽粒类型单粒质量和含油率分析

针对现有玉米单倍体核磁共振分选系统基于一个含油率阈值,无法对胚败育籽粒和单倍体籽粒正确分选的问题,分别对玉米生物诱导产生的二倍体、单倍体和胚败育3种不同籽粒类型的单粒质量和含油率进行分析,提出了利用籽粒含油率双阈值提高单倍体正确识别率的分选方法。该研究以2个普通玉米杂交种和3个自交系为母本,以高油型诱导系为父本,进行生物诱导产生的3种不同类型籽粒为研究对象,利用核磁共振分选系统分别对不同类型籽粒的单粒质量和含油率进行测定,结果表明：单粒质量整体表现为单倍体>二倍体>胚败育,除二倍体籽粒与胚败育籽粒间存在极显著差异外,其他籽粒类型间差异不显著;不同类型籽粒的单粒质量平均变异系数为16.62%,并且每个材料的3种籽粒类型间出现较大的重叠区域。而不同类型籽粒含油率整体表现为二倍体>单倍体>胚败育,变异性以二倍体最小,平均变异系数仅为12.52%,其次是单倍体,而胚败育籽粒最高（34.14%）,但其含油率最低且均≤2%;每个材料各自的3种类型籽粒间含油率呈现梯度分布,存在较明显的界限。由此可见,利用籽粒含油率能够区分玉米生物诱导的3种不同籽粒类型,而单粒质量则不能;通过设置二倍体籽粒的最小含油率为上限,胚败育籽粒的最大含油率为下限,利用含油率的双阈值可提高单倍体的正确识别率,为玉米生物诱导单倍体高效自动化分选提供依据。     

玉米高通量自动考种装置设计与试验

考种是玉米育种的重要环节,针对现有考种方法分别进行玉米果穗或玉米籽粒考种参数测量,难以满足玉米商业化育种过程大量样本自动考种需求的现状,该文设计了一种玉米高通量自动考种装置,主要包括玉米果穗考种单元、自动脱粒单元、玉米籽粒考种单元、后处理单元及系统控制单元,可实现玉米果穗考种、自动脱粒、籽粒考种、籽粒提升、籽粒封装、标签打印等全过程的自动化.依据设计方案进行原理样机试制及试验,结果表明:该装置可实现玉米穗质量、果穗长宽、穗行数、行粒数、秃尖区域、籽粒厚度、籽粒长、籽粒宽、穗粒数等考种参数的实时测量,且对果穗长、宽的平均测量精度分别为99.13％,99.25％、对籽粒数量的平均测量精度为99.39％.样机对单个玉米考种时耗时约为27.2 s,连续考种作业时处理速度达4穗/min.该研究为玉米高通量自动考种装备的实现提供了参考.     

基于Meta分析研究气候变化对中国小麦籽粒蛋白质含量的影响

气候变化相关的环境因素可能会影响谷物营养质量。气候变化引起的CO₂浓度升高、温度升高、降水量变化对作物营养质量的影响,特别是在中国范围内对谷物蛋白质含量的影响尚未量化。为此,该研究对中国各试验站点的现有文献数据进行Meta分析,并利用中国小麦籽粒蛋白质含量数据结合气象数据评估关键气候因素对中国主要小麦种植区小麦籽粒蛋白质含量的影响。Meta分析结果表明,增温显著提升了小麦籽粒蛋白质含量(P<0.05),CO₂浓度上升显著降低了小麦籽粒蛋白质含量,降水对小麦籽粒蛋白质含量影响较为复杂。温度升高可以部分抵消由于CO₂升高和降水对小麦籽粒蛋白质产生的负面影响。2010-2018年各省份小麦生育期内平均气温呈升高趋势,在所有调查的研究区内,小麦总生育期平均温度约上升了1.27℃,不同小麦种植区内生育期平均气温变化趋势存在差异。中国不同小麦产区籽粒蛋白质含量对生育期平均温度的响应以正向为主,并且生殖生长阶段的平均温度在小麦籽粒蛋白质含量变率中起主导作用。研究结果可为气候变化对小麦籽粒蛋白质含量的影响提供科学依据,有助于区域决...     

上拉茎掰穗式玉米收获台架试验与分析

针对现有摘穗装置存在的果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文采用了自上而下的掰穗原理,搭建了上拉茎掰穗式玉米收获试验台,进行了摘穗辊转速、两摘穗辊间隙和摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失的影响试验;试验中采用高速摄像系统对玉米摘穗过程进行快速捕捉,有助于后期的综合分析。通过单因素试验和方差分析表明,玉米摘穗辊转速对玉米籽粒损失率有显著的影响,在500~1 000 r/min变化范围内,玉米籽粒损失率的变化先降低再升高,700 r/min时损失最小,籽粒损失范围0.22%~0.39%;两摘穗辊间隙在4~12 mm范围内,玉米籽粒损失总体呈下降趋势,间隙为10 mm时损失最小,玉米籽粒平均损失率0.33%,两摘穗辊间隙对玉米籽粒损失率有显著的影响;摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失影响不明显。试验结果表明,采用自上而下的摘穗方式能够有效的降低传统摘穗装置果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,实现低损伤摘穗。该研究丰富了玉米摘穗理论,为玉米收获机型的研发提供了参考。     

纹杆块与钉齿组合式轴流玉米脱粒滚筒的设计与试验

为解决黄淮海地区玉米直接进行籽粒收获破碎率和未脱净率高的问题,该文在分析现有脱粒滚筒结构特点的基础上,设计了组合式轴流玉米脱粒滚筒,选取滚筒转速、滚筒倾角和凹板间隙为试验因素,在自制的玉米脱粒试验台上进行了单因素试验和正交试验,并运用SAS统计分析软件对试验结果进行了分析。单因素试验结果表明:随着滚筒转速的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率则急剧减小并趋于稳定;随着滚筒倾角的增大,籽粒破碎率和未脱净率则逐渐变小;随着凹板间隙的增大,籽粒破碎率先降低后升高,未脱净率先升高后降低并趋于稳定。正交试验结果表明:影响籽粒破碎率和未脱净率的主次因素顺序均为滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙,且转速430 r/min、滚筒倾角6?和凹板间隙55 mm时籽粒破碎率和未脱净率均最低。该研究可为高含水率玉米脱粒滚筒的设计提供参考。     

玉米梳齿摘穗单体机构设计与试验

针对现有玉米收获机摘穗机构行距固定,难以实现按需调整以适应各类行距的问题,设计了一种玉米梳齿摘穗单体机构。该机构主要由梳齿滚筒、梳齿杆、梳齿杆安装座及传动轴等组成。相邻两梳齿杆的间隙小于玉米果穗大端的直径且大于玉米茎秆的直径,利用冲力将玉米果穗强制摘下。初步试验表明,玉米梳齿摘穗单体机构能够可靠地完成玉米摘穗作业。在玉米籽粒含水率为35.5%,玉米梳齿摘穗单体机构转速为110~170 r/min时,工作状况较好,籽粒破碎率的范围为0.14%~0.48%,落地籽粒损失率范围为0.03%~0.17%。正交试验结果表明,当转速为110 r/min,梳齿杆圆弧半径为240 mm,梳齿传动轴位于果穗大端下方100 mm时工作情况较好,籽粒破碎率为0.09%,落地籽粒损失率为0.04%,果穗损失率为1.96%。     

黄淮海夏玉米籽粒机收适宜光温指标研究

机械粒收技术是现代玉米生产的关键技术,籽粒机收率低已成为黄淮海夏玉米全程机械化生产的主要限制因素。籽粒含水量是决定能否机械粒收的关键指标,但直接测定籽粒含水量工作量繁重,取样误差因素多,破坏性大。利用生理成熟后籽粒脱水速率与光温条件的拟合关系,通过建立不同品种达到机收标准所需光温指标来反推籽粒含水量,间接实现对籽粒含水量的动态监测,指导适时机收,可克服上述缺点,为促进夏玉米机械粒收技术发展,指导农业生产发挥重要作用。本研究选择24个鹤壁主要种植玉米品种为供试材料,采取统一授粉,每隔3 d连续测定籽粒含水量变化。利用播种至收获期积温和乳熟至收获期日照时数与不同时期籽粒含水量进行回归分析,建立各品种拟合方程,以籽粒含水量达到28%为适宜机收的阈值,推算相应的光温指标。研究结果表明,除‘新单38’外,籽粒含水量均表现为果穗上部果穗中部果穗下部,‘先玉335’、‘登海701’、‘德单5号’和‘新单61’果穗上中下各部分的籽粒含水量差别较大。各品种达到适宜机收标准时所需播种到收获期积温在2 941~3 147℃·d范围内变化,所需乳熟至收获期日照时数为179~235 h。将各品种光温指标分别排序,光照和积温确定的品种位次较一致。经检验各品种达到机收标准的光温指标与收获期籽粒含水量呈极显著正相关,表明研究建立的光温指标能准确反映各品种籽粒含水量的变化,可用来指导机收。根据各品种光温指标大小,‘新单65’、‘新单68’、‘登海618’、‘新单38’、‘隆平206’、‘登海3号’、‘先玉335’和‘新单80’等品种达到机收标准所需的光温条件较少,更适宜籽粒机收;‘豫禾988’、‘郑单958’、‘登海662’、‘登海518’、‘新单66’、‘登海605’、‘德单5号’和‘益丰29’,成熟后脱水较慢,相对而言较不适宜籽粒机收。     

旱地胡麻覆膜穴播种植与节水补灌试验研究

干旱是威胁宁南山区胡麻生产持续发展的首要限制因子。采用地膜覆盖穴播种植技术,探索了旱地胡麻覆膜穴播种植的增产机理及其增产效应。结果表明,覆膜穴播可以提高土壤地温,保持土壤水分,促进土壤速效养分的充分释放和有效利用。又因穴播种植,胡麻籽粒顶土合力增强,出苗率高达７９．４％～９６．２％,籽粒产量提高３７．９％～４６．２％,与此同时,作者于胡麻覆膜穴播种植后,在胡麻的关键生育期枞形后期－现蕾初期,进行了     

山西省春玉米机械粒收质量及其影响因素分析

开展玉米机械粒收质量及其影响因素研究,对推动山西省玉米机械粒收发展,提升玉米产业核心竞争力有重要意义。本文以5个前期试验筛选的适宜机械粒收品种为材料,设置6个收获时期,在同一地块采用同一台机械与同一位农机手操作收获,研究不同收获期对机械粒收质量与产量的影响。研究表明,籽粒含水率随着收获时期的延迟降低;籽粒破碎率与机收落粒率随着收获时期延迟前期快速降低后期趋于稳定略有升高;杂质率随着收获时期的延迟逐步降低最后趋于稳定;落穗损失率随着收获时期的延迟升高。10月15日收获比9月24日收获平均增产11.9%。高的籽粒破碎率是限制山西省春玉米机械粒收的主要因素。籽粒含水率与破碎率模型为y=0.03x~2-1.224x+16.78 (R~2=0.802**)。当籽粒含水率为20.4%时,籽粒破碎率最低。籽粒含水率在15.6%～25.2%区间收获,破碎率能够达到≤5%的国家标准。在山西省春玉米区选择适宜机械粒收品种,收获时间推迟到10月15日,可达到理想粒收质量并增产。‘长单511’‘迪卡159’和‘长单716’在粒收质量与产量方面均表现优秀,可作为山西省春玉米区机械粒收品种推广应用。     

纵轴流联合收获机籽粒夹带损失监测方法及传感器研制

针对联合收获机在收获高产水稻时籽粒夹带损失率偏高,籽粒夹带损失实时直接测量难度大的问题,该文提出了一种对纵轴流联合收获机籽粒夹带损失进行实时间接检测的新方法。试验研究了不同喂入量下纵轴流滚筒下脱出混合物中籽粒沿滚筒纵向与横向的分布规律,推导了籽粒沿纵轴流脱粒滚筒径向、轴向的分离概率模型并建立了籽粒夹带损失间接监测数学模型。为准确获取籽粒碰撞信息,试验研究了不同压电材料下籽粒碰撞输出信号特征及籽粒与不同材料敏感板间的碰撞过程,以此为基础研制了性能优良的籽粒损失监测传感器并对其进行了隔振结构设计。将研制的籽粒损失监测传感器安装到纵轴流联合收获机上,运用籽粒夹带损失间接监测方法进行了田间试验,试验结果表明,该文提出的籽粒夹带损失监测方法切实可行,研制的籽粒损失监测传感器工作性能稳定、准确,收获高产水稻时籽粒夹带损失最大测量相对误差为3.03%。该文的研究实现了籽粒夹带损失的实时自动监测,为工程实际运用奠定了良好的基础。     

市政污泥直接施用对玉米生长和品质的影响

[目的]研究市政污泥施用后对土壤和作物生长与品质的影响,为市政污泥的直接土地利用提供科学依据。[方法]以玉米为试验材料,利用田间试验研究了污泥不同的施用方式(沟施、撒施、表土下20 cm施用)和施用量(30,90,200 t/hm~2)对玉米生长和品质以及土壤重金属含量的影响。[结果]适量的污泥对玉米个体的生长有促进作用,施用量为30 t/hm~2时株高、单株生物量、叶片叶绿素含量、籽粒蛋白质含量均显著高于对照。表土下20 cm施用污泥在整体上较其他两种施用方式有更高的出苗率和籽粒产量,在施用量为30 t/hm~2时籽粒产量最高,为656.70 kg/667m~2,高出对照29.64%。3种施用方式下,土壤中的Cu,Zn,Pb含量及玉米籽粒中的Cu,Zn含量均随污泥施用量的增加而增加,而玉米籽粒中Pb含量与对照相比差异不显著,土壤和籽粒中重金属含量均未超过国家相关标准。以重金属浓度满足土壤环境质量标准为限制条件,推算出当地的市政污泥施用量为30 t/hm~2可以连续施用5 a。[结论]施用30 t/hm~2的污泥具有良好的效果和环境效应;为了降低污泥在土壤中的局部累积而导致的胁迫效应,表土下20 cm施用和地表撒施是相对较好的方式。     

低湿玉米籽粒的射频加热模拟与试验

为了准确预测射频加热过程低湿(含水率13.0%～20.0%)玉米籽粒的温度分布变化,该研究结合玉米籽粒的多组分结构特征、热物理特性及介电特性的异质性,建立了玉米籽粒的三维二组分物理几何模型和射频加热数学模型,并利用验证后的模型研究不同姿态和含水率玉米籽粒的射频选择性加热。结果表明:射频加热过程中平放玉米籽粒温度的模拟值与试验值最大相对误差仅为3.47%,玉米籽粒中胚的温度高于胚乳,该模型能很好地预测籽粒内部的选择性加热现象。射频加热过程直立玉米籽粒的几何效应最强,显著提高了胚的电场强度和功率密度,导致其优先加热程度最大,其次是斜放和侧立玉米籽粒的,平放玉米籽粒中胚的优先加热程度最小。射频加热过程含水率为13.0%的玉米籽粒中胚与胚乳的温差逐渐增大,而含水率为16.5%和20.0%的玉米籽粒中胚与胚乳的温差先增大后减小;当玉米籽粒被加热至55℃时,含水率为16.5%的玉米籽粒中胚的优先加热程度最大,其次是含水率为13.0%玉米籽粒的,含水率为20.0%的玉米籽粒中胚的优先加热程度最小。研究结果揭示了玉米籽粒的姿态和含水率对其射频选择性加热的影响规律,可为射频加热技术应用于低湿玉米籽粒的热处理过程提供有益借鉴。     

基于模态分析的联合收获机籽粒损失监测传感器结构优化与试验

为了分析籽粒损失监测传感器敏感板结构对籽粒碰撞信号的影响,该文通过ANSYS软件对籽粒损失监测传感器不同结构形式的敏感板进行模态分析,研究了敏感板振动特性与籽粒损失监测传感器检测性能之间的关系,并在实验室内进行了籽粒碰撞试验。试验结果表明,一阶固有频率p越高,信号衰减时间t越短;相对变形率越大,籽粒损失监测传感器整体灵敏度越高;在敏感板长度l=150mm、宽度b=40mm、厚度h=1.0mm时籽粒损失监测传感器的检测频率和整体灵敏度较高;以20～120粒/s的籽粒流量对此结构形式下的籽粒损失监测传感器进行检测误差试验,最大检测误差为2.7%。在自制的标定试验台上利用饱满水稻籽粒、不饱满水稻籽粒、不同长度茎秆组成的混合物料对该籽粒损失监测传感器进行标定,结果表明,该籽粒损失监测传感器能从混合物料中有效地识别出饱满籽粒,最大检测误差为2.3%,该文的研究对提高籽粒损失监测传感器的检测频率和测量精度具有重要意义。     

玉米籽粒建成过程中功能叶片~(14)C-同化物运转与分配特性研究

本试验用~(14)C-示踪方法研究玉米灌浆期穗位叶~(14)C-光合产物在果穗籽粒之间的分配特性。结果发现,~(14)C-光合产物在果穗籽粒各行间的分配近似相等,而果穗籽粒同一行不同部位籽粒间~(14)C-光合产物分配有差别,其相对值由高到低的顺序为中部籽粒>基部籽粒>尖端籽粒。     

旱地胡麻覆膜穴播种植与节水补灌试验研究

干旱是威胁宁南山区胡麻生产持续发展的首要限制因子.采用地膜覆盖穴播种植技术,探索了旱地胡麻覆膜穴播种植的增产机理及其增产效应.结果表明,覆膜穴播可以提高土壤地温,保持土壤水分,促进土壤速效养分的充分释放和有效利用.又因穴播种植,胡麻籽粒顶土合力增强,出苗率高达79.4%～96.2%,籽粒产量提高37.9%～46.2%.与此同时,作者于胡麻覆膜穴播种植后,在胡麻的关键生育期枞形后期-现蕾初期,进行了膜上节水补灌试验.结果表明,节水补灌300～450 m3/hm2可提高籽粒产量30%～44%,水分生产效率达0.30～0.32 kg/(hm2.mm),水分生产效率提高8%～14.9%.这一新的种植方式,效益显著,应在干旱半干旱地区的胡麻产地大面积推广应用.