基于光谱特征分析的苹果树叶片营养素预测模型构建

该文旨在利用光谱分析技术建立高精度苹果叶片营养素预测模型,为苹果树的精细管理提供技术支持。在苹果树年度生长周期的坐果期、生理落果期和果实成熟期等重要物候期,采集了180个果树叶片样本并测量了果树叶片在可见光和近红外波段的反射光谱,同时在实验室采用化学方法获取了果树叶片的氮素以及叶绿素含量。对于聚类后样本,分别分析了果树叶片反射光谱以及经小波滤波后的反射光谱与叶绿素以及氮素之间的相关关系,而后利用偏最小二乘和支持向量机（SVM,support vector machine）方法分别建立了果树叶片叶绿素和氮素含量的回归模型。研究发现,随着生长阶段的推进,在可见光处的反射率逐渐升高,在近红外处的反射率逐渐降低,且基于小波滤波反射光谱的营养素SVM回归模型精度最高：建立的叶绿素回归模型,其测定系数R2达到0.9920,均方根误差 RMSE为0.0039,验证精度R2达到0.9036,RMSE为0.1979;建立的氮素回归模型,其测定R2和验证R2也达到0.74以上,模型的回归RMSE为0.0554,验证RMSE为0.1215。结果表明,采用支持向量机回归模型可以精确估计果树叶片叶绿素含量,对氮素含量的估计精度也达到了实用化水平。     

基于EFAST和PLS的苹果叶片等效水厚度高光谱估算

叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和2013年在中国山东省肥城县潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片EWT和配套的光谱数据,比较NDIWI和EFAST-PLS联合模型。在EFAST-PLS联合模型中,EFAST用来选择光谱敏感波段,PLS用来回归分析。NDIWI与EFAST-PLS模型的决定系数(R2)分别为0.2831和0.5628,标准均方根误差(NRMSE)分别为8.00%和6.25%。研究结果表明:EFAST-PLS模型估算苹果叶片EWT潜力巨大,考虑到应用简单,NDIWI也有可取之处。     

丁香精油和丁香酚对苹果贮藏期病害及果实品质的影响

该文对丁香精油和丁香酚在离体和活体条件下对采后苹果的主要致腐菌苹果青霉、苹果灰霉、苹果炭疽、苹果轮纹、苹果褐腐和苹果腐心的抑制作用以及对贮藏期苹果品质的影响进行了研究。结果表明,在离体条件下,丁香精油和丁香酚对供试菌种有显著的抑制作用,最低抑制浓度(MIC)范围分别为0.15～0.30 mg/(100 mL)和0.15～0.35 mg/(100 mL),但不能完全抑制致腐菌在苹果果实上的生长。丁香精油和丁香酚能够抑制采后苹果腐烂率、呼吸强度和褐变指数的上升,以及可溶性固性物含量、可滴定酸和硬度的下降,延缓采后苹果的生理衰老,有利于保持苹果的品质和风味。加入CaCl₂后,抑菌效果和保鲜效果优于单一的丁香精油和丁香酚处理。作为一种可食性香料,丁香有望开发为纯天然的食品和果品保鲜剂。     

基于特征光谱参数的苹果叶片叶绿素含量估算

果树叶绿素含量的快速、无损、准确监测,可以及时掌握果树的营养水平,对指导果树管理具有重要意义。该文利用2012年和2013年山东省肥城市潮泉镇下寨村的苹果叶片叶绿素含量和叶片光谱数据,分析了叶绿素含量和苹果叶片原始光谱及其变换形式之间的相关性,筛选出较优光谱参数,并利用随机森林法、偏最小二乘法、BP神经网络和支持向量机回归法进行估算和验证。结果表明:1)叶绿素含量与叶片原始光谱及其变换形式之间的最优光谱参数分别为554和708 nm的原始光谱反射率,554和708 nm倒数之对数光谱,535、569、700和749 nm一阶微分光谱以及557和708 nm连续统去除光谱;2)随机森林、偏最小二乘法、BP神经网络和支持向量机估算模型的R2分别为0.94,0.61,0.66和0.60,RMSE分别为0.34,0.78,0.75和0.81 mg/dm2。说明随机森林算法模型用于估算苹果叶片叶绿素含量效果较好,为及时了解果树养分状况及果树营养诊断提供技术支持。     

基于反射光谱预处理的苹果叶片叶绿素含量预测

以苹果叶片叶绿素含量为研究对象,定量研究了光谱数据预处理方法对光谱特征提取及叶绿素含量预测模型的影响。首先,比较了苹果叶片原始反射率光谱、小波包去噪反射率光谱、反射率一阶差分光谱、先小波包去噪后一阶差分光谱、先一阶差分后小波包去噪光谱这5种光谱的波段间相关系数以及光谱与叶绿素含量间的相关系数,建立了叶绿素含量预测逐步回归模型并对建模结果进行了比较分析。结果表明单纯3层sym8小波包去噪可使光谱曲线平滑,但不会明显提高模型精度;一阶差分虽然放大了局部噪声,但是消除了基线漂移影响,可提高模型精度;先差分后小波包去噪比先小波包去噪后差分具有更高的峰值信号噪声比,更低的均方误差与最大误差,建模结果也显示出同样的结果。因此,先差分后小波包去噪算法可认为是一种有效的苹果叶片叶绿素含量预测光谱预处理方法。利用这一方法建立了苹果叶片叶绿素含量预测模型,获得了较高的预测精度。该研究可用于对苹果树营养状态的评价并指导按需施肥。     

基于冠层叶气温差的苹果园土壤水分预报模型

该研究于2003～2004年采用便携式红外测温仪观测得到苹果主要生长季节晴天14∶00时冠层叶温数据,结合同步观测得到的空气温度数据及0～80 cm土壤相对有效含水率, 分析、建立以苹果树冠层叶气温差为指标的果园水分预报模型。该模型中,土壤相对有效含水率和冠层叶气温差的相关系数为－0.819(n=50),通过0.01水平显著性检验。并利用2002年及2005年的实测土壤水分数据对所建模型进行验证,结果表明：土壤相对有效含水率的观测值与计算值吻合较好,二者线性相关系数可达0.9137(n     

Fate of 15N derived from soil decomposition of abscised leaves and pruning wood from apple (Malus domestica) trees

Abstract

The fate of nitrogen (N) derived from soil incorporating ¹⁵N-labeled apple (Malus domestica) leaves and wood from pruning (hereafter referred to as “pruning wood”) was studied in an 8-month pot experiment. The net mineralization of N was measured as ¹⁵N recovery in perennial ryegrass (Lolium perenne) that was allowed to grow in soils amended with residues < 2 mm in size (litter : soil ratio, w/w, 1:250 for leaves and 1:330 for wood). The immobilization of native soil N as a consequence of residue addition was measured by comparing the amount of total N taken up by ryegrass in residue-amended soil and in control soil. Net immobilization of soil N occurred during the first 2 months after litter addition and was especially high in the soil amended with leaf litter. During the period of soil N immobilization, the amount of soil microbial N was high in the soils treated with both types of residues, while that of mineral N was markedly reduced only in the leaf-litter-amended soil. Net N uptake from the control soil almost stopped after 3 months of plant growth, while ryegrass in the litter-amended soil continued to take up N, indicating a likely release of previously immobilized N. Net mineralization of the ¹⁵N from apple residues was slow during the first 2 months after their incorporation and then increased. In total, 6% (leaves) and 12% (wood) of the N added via residues underwent mineralization, while 67% (leaves) and 85% (wood) were found in the extractable soil N pool (humic and fulvic acids and non-humified fractions). The data indicated that, even if N was incorporated into the soil, apple leaves and pruning wood did not mineralize significant amounts of N in the short term. The evidence suggested that during the decomposition of both types of apple residues the N originally present was incorporated into the stable soil N pool.     

苹果树根际肥应用技术研究

用蚯蚓粪和化肥制成蜂窝煤大辩论的根际肥，将苹果树的根创出剪断后插入含有根际肥的蛭石营养袋内，断根能在含有营养液的蛭石内长出大量新根，新根能够进入根际肥内或绕根际肥生长。与对照相比，根际肥处理增加了叶片叶绿素含量，增加了铁和其它大多数矿质元素的含量，矫正苹果缺铁失绿症效果明显。     

基于苹果树冠层计盒维数的光照分布预测

果园精细管理中,苹果树冠层结构决定了叶幕期光照分布情况,而叶幕期光照分布又是关系到果实产量和质量的重要因素之一。该文以纺锤体苹果树为研究对象,提出了基于苹果树冠层计盒维数的光照分布预测方法。在冠层尺度内,按照网格法划分休眠期苹果树冠层三维点云数据,通过分析该数据构成的果树冠层空间结构,提出用计盒维数量化果树冠层结构的方法;通过分析休眠期冠层结构特征和叶幕期冠层相对光照分布特点,研究了休眠期苹果树三维冠层网格空间计盒维数与叶幕期冠层光照空间分布之间的关系,预测了叶幕成形期苹果树冠层光照分布。通过连续3 a的数据分析,叶幕期苹果树冠层阳面光照分布平均预测精度为76.11%,阴面平均光照分布预测精度为74.10%,该方法可为苹果树自动化修剪合理性评判提供技术支持。     

最优权重组合模型和高光谱估算苹果叶片全磷含量

为了估算苹果叶片全磷含量,该文使用2012年和2013年在山东省肥城市潮泉镇下寨村的2个苹果示范园获取的整个生育期苹果叶片全磷含量和对应的叶片光谱数据,建立了预测苹果叶片全磷含量的最优权重组合模型。首先分析了苹果叶片全磷含量和原始光谱的相关关系,确定了以553和722 nm为苹果叶片全磷含量的诊断波段;根据叶片全磷含量与400~2 500 nm范围两两组合的决定系数等值线图,确立了对苹果叶片全磷含量敏感的546和521 nm、553和518 nm组合的归一化差值指数和543和525 nm、1 394和718 nm组合的比值指数;最后以553和722 nm的反射率以及546和521 nm、553和518 nm组合的归一化差值指数和543和525 nm、1 394和718 nm组合的比值指数为自变量,构建了基于苹果叶片全磷含量的最优权重组合模型,实现了对苹果叶片全磷含量的高光谱估算。结果表明,最优权重组合模型无论是建模集还是验证集,其预测能力(R2=0.94)要优于该文中的6种统计方法(平均R2=0.82),研究结果为快速无损诊断苹果叶片的磷素状况提供新的技术途径。     

Supply of micronutrients to apple trees via the bark

Abstract

Growth regulators, pesticides, herbicides and macroelements applied to tree trunks are often translocated to the foliage. The feasibility of using bark dressings for supplying micronutrients to deficient trees was investigated using new laboratory screening methods and a field trial. Zinc was chosen as a model compound since soil and foliar applications of zinc to apple trees have not proven entirely satisfactory.

Less than one per cent of zinc applied as zinc chloride to the scraped bark of excised apple twig sections could be forced out in the xylem exudate. Translocation of exogenous zinc only occurred during the first six days after application. Zinc was also translocated through the intact bark of apple twigs but the percentage of cases in which translocation was observed was reduced from 100% (in scraped bark) to circa 40%; furthermore, the amount of zinc translocated was reduced tenfold. Significant sinc translocation to the foliage was not observed in field trials consisting of trunk applications of zinc salts to intact and scraped bark of apple trees with first flush foliage. Factors influencing the passage of zinc and other chemicals from bark to foliage are discussed.     

基于光谱学原理与小波包分解技术预测苹果树叶片氮素含量

为探索不同生理物候期苹果树叶片氮素含量的快速检测方法。分别在果树坐果期、生理落果期和果实成熟期,使用光谱仪测量了果树叶片在可见光和近红外区域的反射光谱,同时在实验室测定了果树叶片的全氮含量。研究首先将实验所得的光谱反射率与氮素含量以果树为单位进行聚类,利用小波包分析技术对每棵果树的光谱信息进行分解,提取出的低频信号和去除高频噪音后的信号分别组成了低频全光谱和去噪全光谱。针对这两个全光谱均实施了主成分分析,利用提取主成分分别建立了果树不同生长阶段的氮素含量多元线性回归模型。对比基于归一化植被指数（NDVI）建立的氮素含量估测模型发现,利用全光谱信息建立的氮素含量预测模型精度更高;在坐果期和果实成熟期,使用去噪全光谱提取的主成分建立的氮素预测模型最优;而在生理落果期,使用低频全光谱提取的主成分建立的模型最优。结果表明,利用小波包分析技术能够有效地提高苹果果树叶片氮素含量的光谱预测能力。     

面向移动端的苹果叶部病虫害轻量级识别模型

花叶病、斑点落叶病、褐斑病、白粉病、黄蚜、浅叶蛾和红蜘蛛是常见的苹果叶部病虫害,严重影响了苹果的产量和品质。病虫害早期诊断和防治可以有效地控制病害传播,降低损失,保障苹果产业的健康发展。为解决现有轻量级模型无法精准识别早期苹果叶部稀疏小病斑的问题,该研究面向资源受限的移动端设备,提出一种轻量级识别模型ALS-Net（Apple Leaf Net using Channel Shuffle）。在轻量化模型（ShuffleNetV2）的基础上,基于深度可分离卷积和通道混洗构建ALS模块,可降低模型的计算量和参数量。其次,采用知识蒸馏策略训练模型,进一步提高网络精度。试验结果表明,ALS-Net的模型精度可达99.43%,且模型大小仅为1.64 MB。移动端推理延迟为55 ms,能够有效满足实际应用需求,并实现基于移动端的苹果叶部病虫害自动实时监测。     

Prognosis of iron chlorosis in apple trees by floral analysis

In populations of apple trees (Malus pumila Mill) affected by iron (Fe) chlorosis, the floral analyses permit to establish relationships between the Fe concentration in flowers and the chlorophyll content in leaves at 60 and 120 days after full bloom. The relationships between both parameters were highly significant with correlation coefficients of 0.603*** and 0.872***, respectively. As from previous research with peach trees, these high correlations permitted us to predict at a very early stage, the appearance of the Fe deficiency and its intensity. In our experimental conditions, the first visual symptoms of the Fe chlorosis appear in apple leaves with floral Fe concentrations below 310 ppm in dry matter.     

有机物对苹果叶片脯氨酸和水分利用效率的影响

以盆栽3年生红富士苹果（Malus domestica Borkh cv.Rehd. Fuji）做试材,研究了土壤控水和自然失水过程中,甜菜碱（Bet）、β-氨基丁酸（β-ABA）和壳聚糖（OC）以及自然干旱（ND）对叶片水分利用效率（WUE）和脯氨酸含量的影响。结果表明,在土壤相对含水率（RWC）70%～80%时,β-ABA和OC处理后第2天叶片脯氨酸含量升高、第10天叶片WUE升高。在自然失水过程中,预先Bet、β-ABA和OC的叶片脯氨酸含量明显升高。自然失水第5天（RWC=50%～60%）,经自然干旱（ND）预处理的植株,叶片WUE最高,其次是经Bet预处理的,再次是OC;自然失水第10天（RWC=25%～35%）,叶片WUE普遍下降,但经Bet、β-ABA和OC预处理的明显高于对照。综合比较显示,Bet、β-ABA、OC和ND预处理都能不同程度地诱导苹果叶片积累脯氨酸,并可有效延缓严重干旱胁迫引起的叶片WUE下降,其中甜菜碱效果最好,其次是β-氨基丁酸。     

苯嗪草酮疏果剂对苹果边果营养与激素含量的影响

为明确苯嗪草酮疏果剂对苹果边果的疏除作用,以9年生天红2号/SH38/八棱海棠为试材,在最大边果直径6 mm左右时喷300 mg/kg苯嗪草酮2次,清水为对照,生理落果后调查坐果率及坐果比例;喷药后7、9、11、17、29 d采集处理和对照边果,测定氮磷钾矿质营养,淀粉、葡萄糖、果糖、蔗糖和山梨醇碳水化合物,可溶性蛋白...     

甘肃省元帅系苹果叶营养元素含量标准值研究

不同地区苹果不同品种叶营养元素适宜值存在差异,苹果叶片营养标准值的确定对养分管理具有指导意义.通过对甘肃省元帅系苹果叶片营养水平的研究表明,营养元素变异规律呈现常量营养元素＜微量元素;不同产量苹果园,高产园叶片N、P、Ca、Mg、Zn、Mn含量值显著高于低产园,而铁含量显著低于中、低产园,K、B含量差异不显著;叶片矿质营养N、P、K、Ca、Mg、B含量值遵从正态分布,而Cu、Fe、Mn、Zn呈偏态分布(x2分布).对符合正态分布的元素采用概率分级法1～5级分级,分别对应叶营养元素含量标准值中的缺乏、低值、正常值、高值、过高5个数值范围,各级出现的叶样概率分别为10％、20％、40％、20％和10％,叶分析值为(X-0.5246S)～(X+0.5246S)可作为标准值中的正常值范围,这与高产园分析值十分接近;对呈x2分布特征的元素,参照高产园的叶分析值对概率分级法进行矫正,制定出甘肃省元帅系苹果叶营养元素含量标准值.与国内外标准相比,甘肃元帅系苹果叶标准值表现出N、P、K、Mn、Zn、B水平正常,Ca、Mg、Cu偏高,Fe极高的特点.     

不同供锌水平对苹果幼树干物质和锌积累及分配的影响

采用盆栽砂培试验,研究了低、中、高3个供锌水平(Zn 0.013、0.254和5.070 mg/L)对苹果幼树干物质和锌积累、分配动态的影响。结果表明,锌的过量及缺乏均对果树的生长及养分吸收产生影响。生长初期,苹果幼树根系活动较晚,枝叶的快速生长主要利用根茎中的养分,锌的积累量呈快速增加趋势,处理间差异显著;低锌处理,除根系明显增加外,其他器官变化较小,根系的锌分配比例明显高于中锌、高锌处理。说明生长后期,低锌、高锌抑制了树体的生长,且低锌处理的树体锌主要分布于地下,上运明显受阻;而中锌、高锌处理,地上部锌含量要高于根系。     

套袋对苹果果实重金属及农药残留的影响

该文测定了洛川、白水实验园中套双层纸袋、单层纸袋及不套袋苹果果皮、果肉的重金属(Pb、Cd、Cr)含量和农药残留。试验结果发现：不套袋苹果果实的重金属含量明显高于套袋苹果，套单层纸袋苹果果实的重金属含量高于套双层纸袋苹果的重金属含量，重金属主要集中在果皮中；不套袋苹果果皮中三氟氯氰菊酯的检出量为0.03 mg/kg，是套单层纸袋苹果果皮检出量0.01 mg/kg的3倍，套双层果袋苹果果皮及所有苹果果肉中三氟氯氰菊酯未检出。由此可见，套袋是苹果安全生产的有效措施。