基于机器学习的遮荫设施内参考作物蒸散量估算

为高效准确地估算遮荫设施内参考作物蒸散量（Reference Evapotranspiration, ET0）,该研究通过分析三七栽培遮荫设施（四周及顶部均由黑色遮阳网遮盖,通风性较好）内及设施外气象参数的关系,采用Sobol敏感性分析方法筛选出设施外有效的气象参数,并将其作为模型输入,以Penman-Monteith（FAO-56 PM）模型计算的值为标准值,采用贝叶斯优化（Bayesian Optimization, BO）算法优化机器学习方法（支持向量回归机（Support Vector Regression, SVR）、随机森林（Random Forest, RF）和极限学习机（Extreme Learning Machine, ELM））中的参数,建立3种遮荫设施内ET0估算模型（BO-SVR、BO-RF和BO-ELM）。结果表明：遮荫设施内ET0对设施外平均相对湿度、平均风速、最高气温和平均气温的敏感性较高,一阶敏感系数分别为0.450、0.304、0.064和0.026,故基于4组气象参数建立模型。BO-ELM模型的测试精度整体优于BO-SVR和BO-RF,其中BO-ELM模型基于平均相对湿度、平均风速、最高气温和平均气温的气象参数组合估算精度最高,决定系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.928、0.069 mm/d和0.046 mm/d,BO-ELM模型也能很好地适应少量气象参数（平均相对湿度和平均风速）估算设施内ET0,决定系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.910、0.078 mm/d和0.057 mm/d。综合考虑计算精度和计算代价,可将BO-ELM模型作为气象参数缺失情况下遮荫设施内ET0的估算方法。研究为遮荫设施内ET0的估算提供有效方法。     

面向GF-1数据不同融合方法对扰动地块的提取

以GF-1影像为数据源,采用HPF变换(High-Pass fusion,高通滤波变换)、Ehlers变换(空间滤波变换)、Brovey变换(彩色标准变换)、GS变换(Gram-Schmidt,正交化变换)、PC变换(Principle Components,主成分变换)等5种常用融合算法,根据视觉分析和数理统计分析对融合后的影像进行质量评价,并通过面向对象分类方法对扰动图斑信息进行提取,研究适用于生产建设项目集中区扰动地表信息提取的融合算法。结果表明:基于PC和GS算法的融合结果影像视觉效果好,细节清晰,色调自然,纹理增强明显,较好的融合了多光谱影像的光谱信息和全色影像的空间信息。通过定量分析可知,PC变换最大程度地保持原多光谱影像的光谱特性,GS融合算法在增益效果上具有优势,融合影像信息量最大,纹理最为细致。总体而言,PC变换和GS变换影像融合算法在生产建设项目扰动图斑信息提取上具有很大的优势,在煤炭覆盖区提取正确率均为100%,在裸露地表和在建建筑用地混合区大于80%,较原始多光谱影像分类精度提高了约10%。该研究为推进国产高分遥感数据在生产建设项目水土保持监管中的高效应用奠定数据基础,对提升生产建设项目水土保持监管效率和信息化水平具有非常重要的意义。     

考虑河道输水损失的大型泵站系统运行优化

大型泵站前池水位变化频繁且变化幅度较大时,机组经常偏离高效区运行,造成能源浪费。泵站系统中除了主机组、辅助设备和输变电设施消耗能量外,河道的输水水量损失和水力损失也综合成泵站所抽提水体的水能损失,进而影响泵站的运行性能。根据水源水位变化,在调水目的地水位一定的情况下,考虑河道输水水力损失与水量损失,首先分别确定调水目的地需要流量与泵站抽水扬程、抽水流量之间的关系,避免了优化计算过程中水位的重复迭代,极大减小了计算量与计算时间。以长江三江营最大潮差、平均潮差、最小潮差3个典型日为例,在南水北调东线淮安站站下水位及需要流量一定的情况下,以系统日运行费用最少为优化目标,建立优化模型,并采用模拟退火-粒子群算法(SA-PSO,simulated annealing-particle swarm optimization)求解,计算结果表明,与水泵设计角度运行方案相比,泵站系统实施变角优化运行,其运行费用可分别节约0.62%~2.26%、0.33%~3.26%和0.22%~0.83%。     

稻米脂类的功能特性及其生物调控

脂类是稻米的重要营养组分之一,对稻米品质有重要影响。为进一步阐明稻米脂类的营养价值、功能特性及脂肪含量相关QTL的定位。本文对稻米脂类的分布,种类及组成、脂类对水稻生长发育,稻米品质的功能特性及稻米脂类的生物调控研究进展进行了概述,以期为脂类相关稻米品质改良育种奠定一定的理论基础。     

牧草种植对黄河三角洲盐碱土壤改良效果的动态监测及综合评价

为揭示牧草种植改良盐碱地的效果,更好地开发利用后备土地资源。以黄河三角洲滨海盐碱地为研究对象,采用小区试验、野外取样、室内测试相结合的方法,研究了高丹草、甜高粱和墨西哥玉米3种一年生牧草在1个生长期内对黄河三角洲盐碱地土壤物理、化学和酶活性改良效果的动态变化,并依据土壤质量指数综合评价了改良效果。结果表明:(1)土壤含水量、pH和电导率随生长时间增加呈下降趋势,高丹草和墨西哥玉米在生长旺盛期对土壤pH的降低效果最明显,甜高粱在收获期降低pH的效果最好。3种牧草土壤电导率较CK均显著降低,对20—40 cm土层的降低效果优于0—20 cm土层,其中墨西哥玉米效果最好。(2)种植不同牧草对土壤养分含量有明显改善,其中土壤有机质、速效氮、速效磷含量有显著提升,但对土壤速效钾含量影响不大。(3)3种牧草在不同生长期内对土壤酶活性的影响不同,在生长旺盛期土壤酶活性最强,均显著增强土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶的活性,其中甜高粱对过氧化氢酶和蔗糖酶活性影响最大。(4)不同牧草对盐碱土壤改良指标的贡献值存在差异,综合土壤理化性质、养分含量和土壤酶活性作为土壤评价指标,种植不同牧草后土壤质量从高到低依次为甜高粱＞高丹草＞墨西哥玉米＞CK。研究结果可为黄河三角洲地区盐碱地的植物修复技术和筛选及引进国内外具有高效生态经济效益的耐盐植物提供理论依据和重要参考。     

配施有机肥减氮对川中丘区土壤微生物量与酶活性的影响

通过田间减施氮肥试验,设置减氮20%+不施有机肥(N_1O_0),减氮20%+普通有机肥(N_1O_1),减氮20%+生物有机肥(N_1O_2),减氮40%+不施有机肥(N_2O_0),减氮40%+普通有机肥(N2O1),减氮40%+生物有机肥(N_2O_2)处理,以不施肥(CK0)和全氮100%(N_(100))为对照,研究配施有机肥减氮对川中丘区玉米土壤微生物量碳、土壤酶活性及玉米产量的影响,为玉米生产减氮增效提高玉米氮素利用率提供理论依据。结果表明:随施氮量减少土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性及微生物量碳含量逐渐降低,较N_(100)相比,N_1O_0、N_2O_0分别吐丝期微生物量碳降低25.6,35.08mg/kg;大喇叭口期脲酶降低11.1%和14.1%;蔗糖酶降低30.4%,97.1%;产量降低921.98,1 719.62kg/hm~2。配施有机肥提高了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性及微生物量碳含量和玉米产量。与N_1O_0相比N_1O_1、N_1O_2,土壤微生物量碳增加38.57%和54.45%;脲酶活性提高9.73%和14.82%;蔗糖酶提高42.75%和64.26%;过氧化氢酶提高11.05%和11.93%;增产2%和6%,且N_1O_2较N_1O_1产量提高4.0%。配施生物有机肥减氮20%降低了玉米秃尖长、增加了穗长、穗粒数、百粒重,玉米产量为8 710.83kg/hm~2。土壤微生物量碳、酶活性与玉米产量呈显著或极显著相关。说明配施生物有机肥减氮20%,可以提高玉米生育期土壤微生物量碳、土壤酶活性,改善植株根系生长环境,促进玉米产量增加。     

江苏丘陵区土地利用及农业可持续发展对策

在分析区域自然特征与资源利用现状的基础上 ,对江苏丘陵区土地利用存在的问题及农业发展潜力进行了分析 ,并提出了可持续发展的对策 :(1)加强小流域治理与中低产田改造 ,实现坡地立体开发 ;(2 )以点带面 ,加强无公害食品、绿色食品和有机食品等生态农业基地建设 ;(3)调整农业结构 ,提高林果、禽畜、蔬菜、牧草等产业比重 ;(4)加大科技投入 ,提高农业综合开发项目中的科技含量     

黑莓籽油的超临界萃取及脂肪酸成分分析

为了获得高品质保健油脂,采用超临界CO2萃取黑莓籽油,以气相色谱-质谱（GC-MS）对黑莓籽油脂肪酸成分进行分析。样品最佳粉碎粒度60目,超临界CO2萃取适宜工艺条件为：萃取压力20 MPa,分离罐压力10 MPa,萃取罐温度45℃,萃取时间30 min,萃取得率为(17.73±0.19)%。GC-MS检测结果显示黑莓籽油中含有丰富的不饱和脂肪酸,尤其是亚油酸、油酸、亚麻酸,质量分数分别为58.04%、11.76%、8.38%,占总脂肪酸的78.18%。研究结果为黑莓籽的综合开发加工利用提供了参考。     

Responses of the methanogenic pathway and fraction of CH4 oxidization in a flooded paddy soil to rice planting

Rice planting (RP) is significant to methane (CH₄) emissions from paddy fields, but its effect on the relative contribution of the acetoclastic methanogenesis to total CH₄ production (F_ac) and the fraction of CH₄ oxidized (F_ox) is poorly understood. To quantify the responses of the F_ac and F_ox to RP, we investigated CH₄ fluxes, CH₄ production and oxidation potentials, dissolved CH₄ concentrations, and their stable carbon isotopes in a flooded paddy soil. The mcrA and pmoA gene copies were also determined by quantitative polymerase chain reaction (qPCR). Compared with the unplanted soil (control, CK), the seasonal CH₄ emissions from the planted soil were significantly enhanced, 13.6 times, resulting in large decreases in the CH₄ concentrations in the soil solution. This indicated that much more CH₄ was released into the atmosphere by the RP than was stored in the soils. Acetoclastic methanogenesis became more important from the tillering stage (TS) to the ripening stage (RS) for the CK, with F_ac values increased from 17%–20% to 46%–55%. With RP, the F_ac values were enhanced by 10%–20%, and it significantly increased the copy numbers of the mcrA gene at the four rice stages (TS, booting stage (BS), grain-filling stage (GS), and RS). Furthermore, the effect of the RP on the abundance of the mcrA gene was highly concurrent with the effect on the F_ac values. At the TS, the F_ox values at the soil-water interface were around 50%–75% for the CK, being 15%–20% lower than those of the RP in the rhizosphere. It increased to 65%–100% at the GS, but was reduced by 20%–30% after the RP. These differences might be because the copy numbers of the pmoA gene were significantly raised at the TS while lowered at the GS by the RP. This was further demonstrated by the strong correlations between the effect of the RP on the abundance of the pmoA gene and the effect on the F_ox values. These findings suggest that RP markedly impacts on the abundances of the mcrA and pmoA genes, affecting the pathway of CH₄ production and the fraction of CH₄ oxidization, respectively.