基于滑模变结构控制的温室喷药移动机器人路径跟踪

为解决作物种植密集,地面障碍与空间障碍并存等非结构化环境因素对温室喷药移动机器人路径跟踪运动控制精度的影响,在建立移动机器人运动学模型的基础上,设计一种基于指数趋近律的滑模变结构控制方法以保证系统对不确定参数及外界干扰的鲁棒性。与此同时,为有效解决滑模控制固有的抖振问题,提出一种加权增益趋近律算法,在该趋近律的积分项中引入负的加权值,可有效避免当系统状态不在滑模切换时的切换增益的增大,使得控制器输出量平滑,并利用Lyapunov函数证明了其稳定性,并采用该文所设计的基于加权积分增益趋近律的滑模控制器对喷药移动机器人进行路径跟踪控制。试验结果表明,该算法可以顺利消除横向偏差,使实际运动轨迹平稳跟随理想作业路线,避免在作业区域产生较严重的重喷和漏喷现象,其研究成果为温室作物实施精准喷药提供了依据。     

Asymmetric warming effects on N dynamics and productivity in rice (Oryza sativa L.)

Climate warming exhibits strong diurnal variations, with higher warming rates being observed at nighttime, which significantly affects rice (Oryza sativa L.) growth and grain yield. The objective of this study was to determine the effects of asymmetric warming (all-day warming, AW; daytime warming from 07:00 to 19:00, DW; nighttime warming from 19:00 to 07:00, NW, and a control, CK) on rice nitrogen (N) dynamics and productivity. Two rice bucket warming experiments were performed in Nanjing in Jiangsu Province, China, using the free air temperature increase (FATI) technique. The daily mean temperatures in the rice canopy in the AW, DW and NW plots were 2.0, 1.1 and 1.3ºC higher than those in the rice canopy in the CK plots, respectively. The results indicated that the total N accumulation of rice was 8.27–40.53% higher in the warming treatment than in the control during the jointing, anthesis and maturity stages. However, there was no significant difference detected among the three warming treatments. The warming treatment substantially decreased N translocation efficiency, leading to the retention of more N in the plant stems during grain filling. The warming treatment also decreased the N harvest index, N utilization efficiency based on grain yield and N utilization efficiencies based on biomass in both growing seasons. The warming treatment significantly increased the aboveground biomass (9.26–16.18%) in the jointing stage but decreased it (2.75–9.63%) in the maturity stage. Although DW increased the carbon (C) gain by photosynthesis and NW increased the C loss by night respiration, the daytime higher-temperature treatment affected rice photosynthesis and reduced its photosynthetic rate and product. This effect may be one of the primary reasons for the insignificant difference in the aboveground biomass between the DW and NW treatments. In the AW, DW and NW plots, the grain yield was reduced by an average of 10.07, 5.05 and 7.89%, respectively, across both years. The effective panicles and grains per spike tended to decrease in the warmed plots, whereas irregular changes in the 1000-grain weight were observed. Our results suggest that under the anticipated climate warming, rice productivity would further decline in the Yangtze River Basin.     

乙烯利和激动素对玉米茎秆抗倒伏和产量的影响

倒伏是影响玉米产量的主要原因之一,为了探明不同时期喷施不同生长调节剂对玉米抗倒伏性和产量的影响,选用玉米品种‘德美亚1号’和‘德美亚2号’为试验材料,在5、7、9展叶期分别喷施乙烯利(ETH)和激动素(KT),以喷施清水为对照,测定灌浆期基部茎秆形态、力学、化学组分及成熟后的倒伏率和产量。结果表明,与对照相比,‘德美亚1号’5展叶期喷施KT,节间直径显著增加21.11%,节间密度增加13.23%;与对照相比,‘德美亚2号’7展叶期喷施ETH,使基部节间总长度显著降低14.41%,节间直径显著增加10.70%,节间密度显著增加15.46%。‘德美亚1号’和‘德美亚2号’7展叶期喷施ETH,分别与对照相比,折断力显著增加26.04%和16.77%,穿刺强度显著增加22.77%和14.62%。‘德美亚2号’9展叶期喷施ETH,节间半纤维素、纤维素和木质素组成的化学组分总含量比对照显著增加25.49%。KT对两个品种茎秆力学影响表现不同,ETH对两个品种茎秆力学调控效果优于KT处理。两种调节剂处理均降低了两种玉米收获期的倒伏率。节间直径与折断力呈极显著正相关(r=0.905**),节间化学组分总含量和节间直径与倒伏率呈显著或极显著负相关。两个品种9展叶期喷施KT,产量比对照极显著增加22.24%和19.98%,喷施ETH对产量影响不显著。综上,KT于两个品种9展叶期喷施可显著增加产量,ETH于两个品种7展叶期喷施对抗倒伏性调控效果较好。     

基于多光谱与高光谱遥感数据的冬小麦叶面积指数反演比较

近年来,高光谱遥感数据广泛应用于农作物叶面积指数(LAI)反演。与常用的多光谱遥感数据相比,高光谱数据能否提高农作物LAI反演的精度和稳定性还存在争议。针对这一问题,该研究利用实测冬小麦冠层高光谱反射率数据,构造了不同光谱分辨率和波段组合的5种光谱数据。基于ACRM(a two-layer canopy reflectance model)模型、2套参数化方案及上述5种光谱数据,对冬小麦LAI进行反演,分析光谱分辨率、高光谱数据波段选择、模型参数不确定性3方面因素对LAI反演精度与稳定性的影响。研究结果表明:当波段选择适宜、模型参数不确定性较小且光谱数据分辨率较高时,LAI反演精度与稳定性更高,提高光谱分辨率对LAI反演精度的改进作用随光谱分辨率的升高而降低;反之,当高光谱数据波段选择不当或者模型参数不确定性较大时,提高光谱数据的分辨率并未提高LAI反演精度。该研究解释了"高光谱遥感数据能否提高植被参数反演精度"问题,为进一步发挥高光谱数据在农作物LAI反演中的潜力提供了科学参考。     

不同发育阶段谷蠹侵害对储藏小麦蛋白结构的影响

为探索谷蠹在不同生长发育阶段对储藏小麦蛋白结构的影响,该文以谷蠹种虫感染后的小麦为研究对象,对谷蠹不同发育阶段(卵期、幼虫期、蛹期、成虫期)侵害后小麦中麦谷蛋白大聚合体(glutenin macropolymer,GMP)、沉降值、面筋蛋白持水力、蛋白二级结构、巯基(-SH)、二硫键(-S-S-)及面筋显微结构进行测定与分析。结果表明:在谷蠹发育的4个阶段,GMP、沉降值、β转角总体呈增加趋势,-SH、β折叠比例变化与之相反;面筋蛋白持水力、-S-S-和α螺旋比例总体呈先降后升趋势,无规卷曲比例变化则与之相反。卵期谷蠹危害较小,只有β转角和面筋蛋白持水力有显著变化(P0.05);幼虫期和蛹期谷蠹危害严重,与相同试验条件下相应时期的无虫小麦对照样相比,GMP、无规卷曲和β转角比例及沉降值均显著增加(P0.05),面筋蛋白持水力、-SH、-S-S-、α螺旋和β折叠显著减少(P0.05)。面筋蛋白显微结构显示:随着谷蠹在小麦籽粒内部发育,面筋表面粗糙程度加重,微纤维状丝增多,结构疏松散乱,断裂严重,至成虫期时,面筋结构已无法识别,因此在实际储藏过程中不仅要关注成虫的数量,还应注意及时控制谷蠹的生长发育。     

不同盐分胁迫对京郊设施黄瓜生产的影响

连续2年在北京市房山区和大兴区4个基地,开展了设施菜田土壤不同盐分胁迫下对黄瓜的株高、茎粗、产量和品质影响的研究。以土壤电导率(EC)为指标,盐分胁迫处理分别为处理1(T1)0.21 dS·m~(-1)、处理2(T2)0.375 dS·m~(-1)、处理3(T3)0.532 dS·m~(-1)、处理4(T4)0.914 dS·m~(-1)、处理5(T5)1.108 dS·m~(-1)。结果表明:1)黄瓜苗期安全范围是EC值0.25～0.8 dS·m~(-1),幼苗缓苗快,株高与茎粗达到最佳水平。2)EC值在0.5～0.8 dS·m~(-1)范围时,黄瓜的产量和维生素C含量随着土壤盐分的增加而增加;当EC值大于0.8 dS·m~(-1)时,则随着盐分的增加而下降。硝酸盐变化趋势则刚好相反。黄瓜全生育期安全范围是EC值0.5～0.8 dS·m~(-1),可确保黄瓜高产与品质提高。3)土壤盐分与黄瓜产量呈负相关(y=-123.76x+164.86,r=0.870,P=0.002)。当土壤盐分上升至0.8～0.9 dS·m~(-1),甚至超过1 dS·m~(-1)时,可能会造成20%～60%的黄瓜减产。     

辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)实时荧光定量检测方法的研究

为建立快速准确的检测土壤中辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici Leonian)的实时荧光定量体系的方法,根据辣椒疫霉菌保守的ITS序列设计的特异性荧光实时定量PCR的引物,通过对保守序列构建克隆文库,筛选阳性克隆子,制备用于实时荧光定量体系的标准品,从而构建优良的标准曲线。利用构建的标准曲线和优化的实时荧光定量体系对人工接种含梯度浓度的辣椒疫霉菌的土壤样品进行实时荧光定量PCR检测。辣椒疫霉菌荧光实时定量PCR检测体系的标准曲线的相关系数为R2=0.980,斜率为-3.295,扩增效率为101.1%,线性方程为Y=-3.295X+44.484,标准品的检测下限为1.000×102拷贝,带菌土壤的检测下限为1.236×103拷贝,约为4.887pg基因组DNA。经过土壤样品试验,得出标准曲线相关系数为0.9845,表明所建立的辣椒疫霉菌实时荧光定量PCR检测方法合理有效。     

不同种植密度对高粱生长、产量及养分吸收的影响

为了明确密度与高粱[Sorghum bicolor (L.) Moench]农艺和经济性状以及养分吸收的关系,以‘晋杂23号’高粱为试验作物,采用大田试验方法,试验设4.5万株/hm2、7.5万株/hm2、10.5万株/hm2和13.5万株/hm2 4个种植密度,研究了不同种植密度对高粱生长、产量、产量构成因素以及养分吸收的影响。结果表明,随着密度增加,高粱株高显著增高,茎粗显著变细,单株叶面积和单株干重显著下降。在4.5万株/hm2~7.5万株/hm2范围内,籽粒产量随着密度增加呈显著性增加。密度在4.5万株/hm2~10.5万株/hm2时,单位面积穗数随密度增加呈显著性增加。随着密度增加,穗粒数显著性增加,而千粒重影响不显著。除磷以外,密度对高粱氮和钾吸收总量均无显著影响。密度对籽粒氮吸收量没有显著影响;在10.5万株/hm2~13.5万株/hm2范围内,磷和钾吸收量明显下降。与氮和磷不同,钾主要分配在秸秆中,只有少量钾转运到籽粒中。相关分析表明,种植密度与株高、生物产量、籽粒产量和单位面积穗数呈显著性正相关,而与茎粗、单株叶面积、单株干重、经济系数、穗粒数和千粒重呈显著性负相关。本研究表明,种植密度与高粱主要农艺和经济性状以及养分吸收息息相关,在高粱高产高效栽培中起着非常重要的作用。     

野生大豆接种大豆疫霉根腐病菌后超氧化物歧化酶活性变化

对大豆疫霉菌胁迫下抗感不同野生大豆根、茎、叶中超氧化物歧化酶(superoxide dis-mutase,SOD)活性的变化进行了初步研究。结果表明:接种大豆疫霉根腐病菌后,抗感野生大豆根、茎、叶中SOD活性在病程的大部分阶段多高于相应对照,且总体而言,抗病野生大豆比感病野生大豆SOD活性较相应对照增幅大。     

农林环境机器视觉导航路径生成算法及应

提出两种自然环境中的路径导航线生成算法:对于矮小作物规则分布的农田场景,在标准Hough变换的基础上,预先检测共线点峰值的限定偏角阈值,以迅速检测关键信息;对于林地环境及类林地环境的高大作物农田场景,寻找树干与地面的交点,形成机器人行走的左右边界,再求两边交点的中值产生一列点簇.对该列点簇进行Hough变换检测直线作为导航线,或应用最小二乘法拟合左右边界,求其中线作为路径导航线.Matlab对比仿真表明,几种算法对各自适用的场景具有可靠稳定的路径辨识能力,可对图像进行有效的批量处理.