基于高斯过程建模的物联网数据不确定性度量与预测

物联网已经成为农业大数据最重要的数据源之一,自动观测数据的质量控制对农业生产分析以及基础科研数据应用非常重要。针对农业物联网观测的一类非平稳时间序列数据中的数据缺失、野值剔除、感知故障预警和长时间预测等问题,采用光滑弱假设高斯先验,构建了基于高斯过程的自回归模型表征的动态系统,并通过样本集学习,形成能考虑噪声干扰的传感变化规律建模,并可提供预测误差带用于预测数据的不确定性度量。针对原始数据的缺失和野值问题,采用基于高斯过程的短期预测,可补齐缺失数据,利用其不确定性度量可甄别数据野值,进行野值剔除与替换,并在此基础上判断感知故障;给出了基于输入数据不确定性传播的多步迭代预测方法,使长期预测仍可以跟踪农业数据的动态轨迹,并可为其预测值提供不确定性度量;将温室采集的真实传感数据用于分析试验,验证了高斯过程用于服务器端的农业时间序列数据采集质量控制的可行性。     

不同控释肥对土壤无机硫组分的影响

选用硫包膜、硫加树脂包膜和树脂包膜3种控释肥,研究在池栽培养下不同控释肥对土壤无机硫各组分的影响。结果表明:棕壤中无机硫存在形态主要以水溶性硫(H2O-S)和盐酸可溶性硫(HCl-S)为主;施用硫包膜和硫加树脂包膜控释肥可显著增加0-20 cm土层水溶性硫含量;在玉米生育期间土壤吸附态硫(Adsorbed-S)与水溶性硫之间相互转化并保持平衡;随着作物的吸收利用,土壤中无机硫总量处于逐渐下降的趋势,但硫加树脂包膜控释肥的施用增加了土壤中无机硫总量;在淋溶作用下SO42-有向土壤深层迁移的趋势。     

甘薯矿质元素吸收与分配特性研究

在大田条件下,研究了甘薯品种北京553不同时期不同器官干物质的积累与分配规律,并分析其中各矿质元素含量的变化情况。结果表明,甘薯干物质前期积累少,中后期快速积累,并逐渐由地上部转移至块根中。各矿质元素在甘薯不同器官的积累量随植株生长而增加,但分配率不同,前期各元素集中于地上部,中后期逐渐转移至块根中。甘薯一生吸收最多的元素是氮、钾和钙,其中氮和钙主要在前中期积累且分布在地上部,钾则主要在中后期积累且分布于块根。微量元素中,甘薯对铁的需求较大,主要时期是生长中期并多分布于地上部。单位产量的需肥规律与矿质元素的吸收规律一致,可以根据需肥规律来指导生产,合理施肥。     

黄瓜砧木对南方根结线虫生长发育的影响及其与根系分泌物的关系

黄瓜是设施主栽蔬菜,长期连作导致根结线虫病发生和危害加重;嫁接是提高黄瓜对根结线虫抗性的有效手段,但不同砧木品种间存在差异。为探明嫁接提高黄瓜抗根结线虫能力的机制,试验选用不同抗性的砧木品种‘云南黑籽南瓜’(低感)和‘甜砧南瓜’(高感),以‘新泰密刺’自根黄瓜为对照,采用人工接种,研究了黄瓜砧木对南方根结线虫生长和繁殖的影响,并探讨了根系分泌物与线虫卵孵化的关系。结果表明:线虫侵染初期,3个品种根内的二龄幼虫(J2)数差异显著,‘云南黑籽南瓜’最少,‘甜砧南瓜’次之,‘新泰密刺’最多;侵入根内的J2均能正常发育为成虫,根内线虫总数以‘云南黑籽南瓜’最少,‘新泰密刺’最多;根际J2数量以‘新泰密刺’最多,‘云南黑籽南瓜’最少;发生二次侵染前,根际卵粒数呈现出相同的特点。黄瓜及其砧木根系分泌物明显影响根结线虫卵的孵化,孵化率以‘云南黑籽南瓜’最低,‘甜砧南瓜’次之,‘新泰密刺’最高;接种根结线虫后,根系分泌物影响下的卵孵化率较未接种时明显增加,‘新泰密刺’增幅最大,‘云南黑籽南瓜’增幅最小;随着生育时间延长,三者根系分泌物对卵孵化的促进作用逐渐增强。低感砧木根系分泌物对南方根结线虫卵孵化具有明显的抑制作用,可显著降低线虫在其根内及根际的发育,可能是抗线虫的机制之一。     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

花生不同种植方式对田间土壤微环境和产量的影响

在大田条件下,采用随机区组设计了春播覆膜(CBFM)、春播露地(CBLD)、麦田套种(MT)、麦田露地(MTLD)、夏播覆膜(XBFM)和夏播露地(XBLD)6种花生种植方式。研究了不同种植方式对花生田间土壤物理性状、土壤微生物量碳、活跃微生物量、土壤呼吸及花生产量的影响。结果表明,花生不同种植方式对土壤微环境和花生产量具有明显影响。花生春播覆膜和麦田套种种植提高了土壤孔隙度、毛管和非毛管孔隙度,增加了细菌和放线菌数,降低了土壤容重和真菌数,提高了土壤微生物量碳、活跃微生物量及土壤呼吸速率,有利于土壤养分的分解和有效化;花生覆膜种植可明显增加荚果产量,春花生覆膜的增产作用大于夏花生覆膜,麦田套种的花生产量最低。因此,在一年一熟的春花生产区应以覆膜种植方式为主;在小麦花生一年两熟的花生产区,可以推广收麦后直播花生的种植方式。     

石榴皮提取液对草莓的保鲜效果

为了发展草莓贮藏保鲜的新技术和有效利用石榴皮资源,以新鲜草莓为材料,在贮藏前分别经过1.25%壳聚糖溶液（T1）、1%石榴皮提取液（T2）、1.25%壳聚糖石榴皮提取物复合溶液（T3）浸泡处理,以蒸馏水浸泡作为对照（CK）,通过对其在贮藏期相关品质指标（质量损失率、软化腐烂率、可溶性固形物质量分数、可滴定酸质量分数、Vc质量分数、丙二醛（MDA）含量）的测定,比较了3种处理溶液的保鲜效果。结果显示,T1、T2、T3处理均降低了草莓果实质量损失率、软化腐烂率和MDA含量,延缓了果实可滴定酸、可溶性固形物和Vc质量分数的下降,其中T3处理效果明显好于T1和T2处理,T3处理可使在室温下放置的草莓保鲜期延长1～2 d。结果表明石榴皮提取液用于草莓保鲜可行,与一定浓度的壳聚糖配制的复合保鲜液保鲜效果更理想。     

腐植酸对甘薯吸收利用矿质元素的影响

为探讨腐植酸对甘薯吸收利用矿质元素的影响,并为研究甘薯植株及土壤中矿质元素含量的变化情况,在大田生产条件下施用腐植酸。结果表明：施用腐植酸以后,甘薯对各矿质营养元素的吸收积累量均显著增加,增幅为12.87%~29.84%;矿质元素吸收积累量增加与腐植酸提高了不同生长时期甘薯对矿质元素的吸收速率有关,生长后期的吸收速率增幅最大。同时,施用腐植酸提高了收获期土壤中有效P、Ca、Mg和K元素的含量;使N、K、Ca、S、B和Cu的块根生产效率显著提高。施用腐植酸可以改善甘薯的矿质营养条件、提高部分矿质元素的块根生产效率。     

小麦籽粒B族维生素含量及其与籽粒色素的相关分析研究

小麦籽粒含有多种B族维生素,本研究通过测定24个不同粒色的小麦品种中维生素B1、维生素B2、维生素B6及籽粒色素含量,并研究不同颜色的小麦籽粒中B族维生素含量与小麦籽粒颜色的关系及其变异规律,为B族维生素的利用及小麦品质育种提供依据。应用超高效液相色谱-串联质谱法,采用大气压电喷雾离子源,正离子模式,多反应检测（MRM）模式精确测定小麦籽粒中维生素B1、维生素B2、维生素B6,分光光度法测定小麦籽粒色素含量。黑小麦76和VICTO杂交后代F8代12个姊妹系B族维生素含量变化很大,12个姊妹系间维生素B1、维生素B2、维生素B6的含量差异达极显著水平。冬鉴系列的10个小麦品种（系）维生素B1、维生素B2、维生素B6的含量差异达显著水平。相关分析表明,籽粒色素含量与B族维生素含量不存在显著正相关,籽粒颜色深小麦并不一定富含B族维生素。小麦籽粒中B族维生素含量受基因型的影响, 可以通过遗传改良的手段提高B族维生素在小麦籽粒中的含量。黑小麦76（母本）和VICTO（父本）杂交产生的F8代12个姊妹系的小麦籽粒中B族维生素含量存在着明显的超高亲杂种优势,因此,可通过有性杂交,培育高B族维生素含量的小麦品种。     

水分胁迫对夏玉米干物质积累与分配的影响

采用盆栽方法,通过设置不同的水分处理,研究水分胁迫对夏玉米生长发育的影响.从根、茎秆、叶、叶鞘、雌穗等器官水平上考察水分胁迫对夏玉米物质积累、分配等的影响,以及不同水分处理下各器官对夏玉米干物质积累的贡献率.分析发现,不同水分条件下,叶片、茎秆和叶鞘三者是干物质积累的重要来源,在灌浆期以前,叶片是最主要的干物质积累器官.在灌浆前后期,叶片所占的比重分别为22%,21%;茎秆也是夏玉米干物质积累的来源之一,在抽雄初期,T_3茎秆占总重的26%,在抽雄后期T_4茎秆比重为30%.茎秆在吐丝期和灌浆后期的比重分别为24%和23%,而水分胁迫(T_8)的叶鞘比重分别为21%和18%;在生殖生长阶段,植株对水分胁迫非常敏感;水分胁迫下有利于干物质的快速积累,即缩短灌浆期.