基于序列信息的土壤CT图像超分辨率重建

受部分容积效应影响,土壤计算机断层扫描（Computed Tomography,CT）图像存在孔隙边界模糊现象,影响土壤孔隙结构研究的准确性。针对该问题,该研究提出基于序列信息的生成式对抗网络（Sequence information Generative Adversarial Network,SeqGAN）,实现土壤CT图像的超分辨率重建。针对土壤CT序列图像具有较高相似性的特点,SeqGAN法引入序列卷积块挖掘前后图像的序列信息,并将多重特征增强融合于目标图像中;利用多层残差块提取图像特征,构建残差块输入和输出的直接连接,以减少模型退化;利用对抗网络实现损失间接反馈,提高模型的特征学习能力。在序列相似性较高的土壤图像数据集验证了该方法性能。结果表明,SeqGAN法均方误差比次优方法GAN降低25%,峰值信噪比提升1.4 dB,结构相似性提升0.2%。重建的土壤图像具有较高准确率和清晰度,可为后续土壤物理学研究提供准确的数据基础。     

氮肥减量配施生物炭对稻田有机碳矿化及酶活性影响

氮肥减量配施生物炭对于提升土地生产力、提高土壤碳汇能力以及缓解气候变暖具有重要意义。依托大田试验,设置5个氮肥用量梯度(T0～T4):100%化肥氮,90%化肥氮,80%化肥氮,70%化肥氮,60%化肥氮,采用等氮原则,氮肥减少量用等氮量生物炭替代,以不施肥为对照(CK),结合室内矿化培养,揭示稻田有机碳矿化及酶活性对氮肥减量配施生物炭的响应。结果表明:与T0处理相比,T3处理(70%化肥氮+7.5 t/hm~2生物炭氮)土壤全氮,碱解氮及速效磷依次显著提高了6.67%,8.36%及30.94%(P0.05),T4处理的速效钾含量最高,显著提高了23.78%(P0.05)。氮肥减量配施生物炭可有效提升土壤有机碳(SOC)含量,且随配施生物炭比例的增大而增大;与矿化前相比,各处理矿化后SOC,微生物量碳(MBC)及微生物熵(qMB)依次下降1.39～1.75 g/kg, 24.62～67.57 mg/kg及0.13%～0.32%(P0.05)。SOC矿化速率在培养的第1天达到峰值,第1阶段(第1～6天)迅速下降,第2阶段(第6～30天)缓慢下降,第3阶段(第30～45天)矿化速趋于平稳,矿化速率与培养时间呈对数函数关系(P0.01)。培养结束时SOC累积矿化量和累积矿化率的变化范围分别为1.39～1.75 g/kg和6.02%～8.43%,均以T3处理最低。与CK和T0处理相比,T3处理的过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性最高,T1处理的酸性磷酸酶活性最高。水稻产量以T3处理(7.37 t/hm~2)最高,比T0处理增产39.58%(P0.05)。综上,氮肥减量30%配施生物炭可明显提高土壤肥力,减少SOC矿化,增加土壤固碳,提高土壤酶活性及水稻产量。     

东部发达地区农业空间高质量优化的思考

当下实施的以耕地数量管控为主的农业空间管理模式,与不同地区差异化的现实诉求存在脱节,亟待建设面向高质量发展的农业空间优化政策体系。该研究针对东部沿海经济发达地区的农业发展,界定了农业空间的概念,并总结了社会基础性、需求人本性和功能多样性三方面内涵。指出农业空间优化中存在对农业空间统筹不足、对需求转变认识不深、对市场机制重视不够三方面问题。展望未来,农业空间优化应以安全为底线、以效益为中心、以品质为突破。基于此,提出了东部发达地区农业空间优化的策略：供给侧统筹农业空间资源,需求侧锁定农业需求转变,并通过市场机制关联供需两端,划分保障型、提升型、融合型三种农业空间类型,实行精细化管理,并制定相应的优化路径。     

半干旱区全膜覆土穴播对小麦土壤氮素矿化、 无机氮及产量的影响

研究全膜覆土穴播对半干旱区小麦土壤氮素矿化及无机氮的影响,为优化田间氮肥管理措施提供理论依据。于2014 ～ 2017 年在甘肃省中部半干旱区设置定位试验,设全膜覆土穴播(MS)、传统地膜覆盖穴播(M)、露地穴播(CK)3 个处理,研究各处理对春小麦生育期土壤氮素矿化、无机氮及产量的影响。结果表明,MS 较M 处理增加了耕层0 ～ 20 cm 土壤水分含量,提高了0 ～ 15 cm 土壤氮素矿化速率,显著增加了土壤和矿质氮净矿化量,较传统地膜覆盖(M)分别显著提高29.02% 和27.81%。MS 处理增加了0 ～ 20 cm 土层土壤无机氮含量,且以为主,降低了40 ～ 200 cm 深层土壤和无机氮含量, 含量变化不明显。从小麦生长阶段看,小麦生长早期T2 ～ T4(14 ～ 62 d)阶段矿质氮表现为净固持,小麦生长中后期T5 ～ T7(63 ～ 116 d)阶段表现为净矿化,小麦全生育期表现为净矿化,MS、M、CK 处理矿质氮净矿化量分别为23.9、18.7、8.5 mg/kg;在小麦生长中期T5(63 ～ 75 d)阶段MS 处理土壤氮素净矿化速率[1.61 mg/(kg·d)]达到最大,较M[1.39 mg/(kg·d)]和CK[0.27 mg/(kg·d)]分别显著提高15.83% 和496.30%。从小麦产量及水分利用效率看,MS 较M 分别显著增加8.81% ～ 59.45% 和5.91% ～ 22.15%。因此,在本试验条件下,全膜覆土穴播改善了土壤的水热条件,提高了土壤氮素的矿化速率,增加了土壤氮素的有效性,提高了土壤氮素供应能力,显著提高了产量和水分利用效率。     

品种与肥料对荞麦生长发育及产量的影响

以苦荞、甜荞为试验材料,研究菜籽饼有机肥和尿素对荞麦农艺性状及产量的影响,探究荞麦在沅江地区的生长适应性,发挥荞麦在冬季稻田轮作中的选择性。通过菜籽饼有机肥、尿素处理的不同品种,于播种45 d后对荞麦株高、叶数、茎节数进行统计分析,在成熟期对株粒数、株粒重、主茎节数、一级分枝数、千粒重、小区产量等进行测量。在肥料差异性影响方面,菜籽饼有机肥比尿素能显著地促进榆荞3号分枝期的株高、叶数、节数,分别提高6.70 cm、0.63片、0.63节;在品种差异性方面,榆荞3号、丰甜荞1号分枝期的株高显著高于苦荞西农9909,在叶数、节数上苦荞西农9909显著高于榆荞3号、丰甜荞1号。成熟期的苦荞西农9909在株高、一级分枝数上显著高于榆荞3号、丰甜荞1号,但节间长度(第6节)却是3个品种间最低的,从而导致其田间倒伏率偏高。在菜籽饼有机肥处理下,苦荞西农9909的株高分别是榆荞3号和丰甜荞1号的1.45和1.35倍,但其节间长度与后两个品种相比较,比值分别为51.98%和54.57%。在产量方面,菜籽饼有机肥处理的榆荞3号株粒数、株粒重、小区单产最高,比尿素处理组分别多出67.11粒、2.02 g、0.49 kg。综合整个生育期性状发现,菜籽饼有机肥有利于提升榆荞3号形态指标及在沅江地区的适应性和产量。     

长期施肥棕壤有机硫矿化特征及其驱动力

  【目的】  探究长期不同施肥对土壤有机硫矿化量、动力学特征和酶活性的影响,揭示玉米–大豆轮作体系中棕壤有机硫矿化特征及其主要驱动因子。  【方法】  沈阳农业大学长期定位试验于1979年建立,为玉米–玉米–大豆 (一年一熟) 轮作模式。试验设置15个处理,本研究选取了其中7个处理,分别为:CK (不施肥)、N₁ (低量化学氮肥)、N₂ (高量化学氮肥)、N₁P (低量化学氮肥+磷肥)、N₁PK (低量化学氮肥+磷钾肥)、M₁ (低量有机肥) 和M₁N₁PK (低量有机肥配施化学氮磷钾肥)。不同作物有机肥投入量相同,氮磷钾化肥投入量不同。选取2014和2015年的耕层 (0—20 cm) 土壤样品,测定土壤基本理化指标 (pH、有机碳和全氮含量)、有机硫矿化量、土壤中性蛋白酶及土壤芳基硫酸酯酶活性。同时,进行矿化培养试验,分析不同温度下有机硫矿化特征。于玉米、大豆收获后测定产量。  【结果】  长期施肥处理均提高了土壤有机硫的矿化量,7个处理总体表现为M₁N₁PK > M₁ > N₁PK、N₁、N₂ > N₁P > CK。单施化肥条件下,增加氮肥用量对有机硫矿化作用无显著影响;单施有机肥或有机肥与化肥配施均可明显促进土壤有机硫矿化。与CK相比,M₁N₁PK处理有机硫矿化量提升幅度最大,提高了57.30%。利用一级动力学方程进行拟合,长期施肥均提高了有机硫矿化势,无机肥处理 (N₁、N₂、N₁P和N₁PK) 的提升幅度均较低,提升效果最优的是M₁处理,比CK提高了45.27%。环境温度和作物种类均显著影响有机硫矿化量和矿化势,随着环境温度的升高,有机硫的矿化量和矿化势均明显增加;玉米种植季有机硫矿化量和矿化势均高于大豆种植季。土壤中性蛋白酶活性和芳基硫酸酯酶活性均以M₁N₁PK处理最高,与单施化肥相比分别提高了96%～220%、264%～986%。有机硫累积总矿化量在种植玉米的年份与土壤有机碳 (r = 0.7693) 含量和全氮 (r = 0.7554) 含量呈显著正相关 (P < 0.05)。  【结论】  土壤的有机碳和全氮含量是棕壤有机硫矿化的主要驱动力。只施用无机肥对土壤有机硫的矿化没有显著影响,而有机无机肥配合施用可显著提高土壤芳基硫酸酯酶、中性蛋白酶活性,进而提高有机硫矿化势和矿化量。玉米因其较高的生物量也成为有机硫矿化的主要驱动力。     

利用12C6+重离子辐射和尖孢镰刀菌毒素筛选杂交兰抗茎腐病突变体

为创建抗茎腐病杂交兰资源,本研究以玉女兰类原球茎为材料,采用¹²C⁶⁺重离子辐射技术结合尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)粗毒素筛选抗茎腐病突变体。结果表明,经不同剂量¹²C⁶⁺重离子辐射后,玉女兰类原球茎的死亡率差异显著,辐射剂量为50 Gy时,死亡率为54.66%;尖孢镰刀菌粗毒素对玉女兰类原球茎存活率影响显著,当粗毒素滤液浓度为80%时,玉女兰类原球茎存活率为41.98%。采用逐步筛选法对经50 Gy¹²C⁶⁺辐射后的玉女兰类原球茎进行抗茎腐病筛选,获得14个抗性系类原球茎,筛选率为4.67%;对抗性系类原球茎进行分化、生根壮苗和移栽,获得3个抗性系Z50Gt₁、Z50Gt₂和Z50Gt₃。在含80%粗毒素滤液的培养基上抗性系类原球茎的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性均高于对照,POD活性峰值比对照提高了867.67 U·g^-1·h^-1;丙二醛(MDA)含量呈现先高于对照,随着毒素胁迫时间的延长,转变为低于对照的趋势。对3个抗性系试管苗和小苗进行人工接种鉴定,结果表明,抗性系Z50Gt₂和Z50Gt₃的再生植株具有稳定的茎腐病抗性,2个抗病株系7个月大的盆栽植株病情指数分别为20.00%和19.33%,均为抗性级别。本研究结果为采用重离子辐射技术选育抗茎腐病杂交兰新品种奠定了基础。     

基于APSIM模型分析不同降水年型下施氮深度对旱地小麦的产量效应

氮肥深施有助于提高旱地作物产量,但施氮深度对黄土高原丘陵沟壑区旱地小麦产量在不同降水年型的影响尚不清楚.利用1990-2020年气象观测数据,基于APSIM模型和数学统计方法探讨施氮深度对不同降水年型小麦产量的影响.结果 表明:模型模拟的小麦产量和生物量模拟值与观测值相关性决定系数(R2)＞0.9、模型有效性指数(ME...     

不同矿化度咸水在滨海典型植被盐碱地中的入渗特性研究

基于滨海盐碱区典型植被白茅、盐地碱蓬和裸地的土壤性状调查,开展了不同矿化度咸水(0、5、10 g/L)在上述典型地块中的水分入渗试验,以分析滨海盐碱区典型植被对土壤结构特征、咸水入渗特性、水盐分布规律的影响.结果表明:①裸地、盐地碱蓬地和白茅地土壤容重和含盐量依次降低、土壤大粒径水稳性团聚体含量依次增加;②同一地块初始...     

基于中值点Hough变换玉米行检测的导航线提取方法

为解决机器视觉对早期玉米苗带在多环境变量下导航线提取耗时长、准确率低的问题,该研究提出了一种基于中值点Hough变换作物行检测的导航线提取算法。首先,改进了传统的2G-R-B算法,再结合中值滤波、最大类间方差法和形态学操作实现土壤背景与玉米苗带的分割。其次,通过均值法提取玉米苗带特征点,然后采用中值点Hough变换拟合垄间两侧玉米苗列线,最后将检测出的双侧玉米苗列线为导航基准线,利用夹角正切公式提取导航线。试验结果表明：改进的灰度化算法能够正确分割玉米苗带与土壤,处理一幅640×480像素彩色图像平均耗时小于160 ms,基于中值点Hough变换检测玉米苗列再提取导航线的最大误差为0.53°,相比于传统Hough变换时间上平均快62.9 ms,比最小二乘法平均精确度提高了7.12°,在农田早期玉米苗带多环境变量影响因素下导航线提取准确率均达92%以上,具有较强的可靠性和准确性。