基于林分空间结构分析方法的土壤大孔隙空间结构研究

土壤大孔隙的形成和分布具有重要的生态学意义,但尚未有研究者利用生态学方法研究其空间结构。以三峡库区紫色砂岩区的3种典型土地利用类型下的土壤大孔隙为研究对象,将图像处理技术与林分空间结构分析方法相结合,从形态学和生态学角度量化分析土壤大孔隙的空间结构。结果表明:3种土地利用类型的土壤大孔隙形状、空间结构复杂程度高,空间分布格局随土壤深度的增加均呈聚集分布趋势,且深层土壤的大孔隙组成较表层单一,其中草地最明显,大孔隙发育程度均随土壤深度的增加而降低;3种土地利用类型的土壤优先流发育程度由大到小为:草地、果园、农地,同一土地利用类型不同孔径范围的大孔隙所形成的优先路径的连通性、导水性和发育程度由大到小依次为:草地孔径范围[5.0 mm,∞)、[2.5 mm,5.0 mm)、[1.0 mm,2.5 mm)、(0,1.0 mm),农地和果园孔径范围[1.0 mm,2.5 mm)、[2.5 mm,5.0 mm)、(0,1.0 mm)、[5.0 mm,∞);将林分空间结构分析方法与土壤大孔隙位置密度分布、大孔隙变异度和复杂度指标进行对比,并与以往研究土壤大孔隙空间结构的方法进行比较,所得结果相同,证明该方法可以用于土壤大孔隙空间结构的分析和研究。林分空间结构分析方法简单易行,从生态学的角度完善了大孔隙空间结构的分析,弥补了目前基于物理化学方法在大孔隙结构理论分析的不足,进一步揭示了土壤大孔隙空间结构形成和分布的原因。     

基于双次Otsu算法的野外荔枝多类色彩目标快速识别

针对目前野外环境下多类目标识别速度偏慢,导致机器人视觉定位精度低和工作效率不高的难题,以野外环境下成熟荔枝的多类色彩目标识别为例,提出了一种双次Otsu分割算法对多类色彩目标进行识别。首先为了提高算法的效率,改进了传统的Otsu算式;然后对目标色彩图像的背景、果梗、果实分别用改进的Otsu算法进行粗分割和细分割。最后通过与K-均值聚类(K-means)算法、模糊C均值聚类(FCM)算法、Otsu和K-means结合算法、Otsu和FCM结合算法这4种算法进行对比,双次Otsu算法从分割质量及其正确分割率、运行时间、稳定性3方面都优于其他4种算法。实验结果表明,双次Otsu算法对色彩目标的成熟荔枝识别的时间少于0.2 s。     

基于混合高斯模型的移动奶牛目标实时检测

针对奶牛养殖场背景复杂和环境多变导致现有的目标检测算法无法满足鲁棒性和实时性需求的问题,基于递归背景建模思想,在混合高斯模型中引入惩罚因子,提出了一种动态背景建模方法,采用局部更新策略,以降低模型复杂度和解决前景消融问题;提出基于色度偏差和亮度偏差的二分类算法,避免目标物阴影区域的影响。对不同天气及环境变化剧烈情况下获取的奶牛视频样本进行实验。结果表明,与混合高斯模型相比,平均模型复杂度降低了50.85%,前景误检率和背景误检率分别降低了19.50和13.37个百分点,单帧运行时间降低了29.25%,检测准确率更高、实时性更好,且解决了前景消融问题,能满足在复杂背景和环境条件下实时提取奶牛目标的要求。     

3WGZ-500型喷雾机对靶喷雾系统设计与试验

为了提高果园喷雾的农药利用率,减少因农药地面流失而造成的环境污染,针对果园传统连续喷雾作业时存在过量喷洒和树间无效喷雾的特点,基于3WGZ-500型风送自走式喷雾机设计了自动对靶喷雾系统。该系统采用超声波传感器测距方式探测果树(传感器量程为0.35~2 m,发射角为60°,喷药机两侧分别以15°均布5个)。根据传感器信号,控制与相应位置喷头对应的上、中、下3组管路电磁阀的开合,实现自动对靶喷雾。以5 a树龄的苹果园为试验对象,在喷雾压力0.5 MPa时,开展不同作业速度(1.3、1.7、4.5、7.2 km/h)下果树冠层的有、无对靶喷雾试验,并与传统喷雾机喷药对照,结果表明:作业速度对3WGZ-500型喷雾机有、无对靶喷雾时的农药利用率影响不大,自动对靶喷雾系统开启时的农药利用率为35.8%,比关闭时的27.6%提高了29.7%,较传统喷雾机18.7%的农药利用率提高了91.4%,可大幅减少农药用量;3WGZ-500型喷雾机在不同作业速度的农药地面流失率十分接近,有对靶时地面流失率平均13.3%,相对无对靶时的18.86%降低了42%,说明对靶喷雾系统有效降低了对生态环境的污染。     

基于改进人工势场的苹果采摘机器人机械手避障方法

针对非结构化环境下的采摘机器人机械手实时避障问题,提出一种改进人工势场法的避障路径规划方法。根据自行研制的5自由度苹果采摘机器人机械手具体结构和障碍物特征,进行机械手运动学分析和障碍物建模;在保留传统人工势场法易于实现、结构简单等优点的基础上,针对其存在的局部极小点、陷进区等问题,结合果树生长环境中障碍物的特点,通过引入虚拟目标点使搜索过程跳出局部最优的极小点,从而实现机械手避开障碍物到达目标的灵活避障;将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的采摘机器人机械手实时避障任务中,仿真和实验研究结果表明此方法简单,实时性好,能够有效地避开障碍物,成功到达目标位置,适合自然生长状态下苹果的自动采摘。     

水土流失定量遥感方法及其应用的研究

本文介绍了水土流失定量遥感方法，应用实验和结果，并讨论了它的实质和应用前景等。该法的监测模型虽有与ＵＳＬＥ和ＲＵＳＬＥ相同的表达形式，但其因子琥式算法系由我国实测资料所建，故有更人合我国实际的应用效果，尤其它适用于遥感和ＧＩＳ数据的微机处理。     

果园自动对靶静电喷雾机设计与试验研究

为适应果园病虫害防治的需要，研制了一种轻便、高效、省药、能减少对环境的污染、与国产小中型拖拉机配套的果园自动对靶静电喷雾机。通过多次结构改进和各种试验，采用基于红外传感探测技术，探测靶标的有无，将传统的连续喷雾改变为自动对靶控制喷雾，与风送式果园喷雾机连续喷雾相比，可以节省药液50%～75%以上，同时还解决了风送式低量与静电喷雾等关键技术问题。     

黄河生态系统特征及生态保护目标识别

根据黄河流域生态和环境状况,对黄河流域进行了生态分区,并阐述了各生态区的特征。在黄河河道湿地研究和黄河水体内顶级物种(鱼类)的调查分析基础上,确定了黄河不同类型生态保护区的生态保护目标:从流域角度而言,黄河上游的主要生态保护目标是植被和水源涵养林;中游应以水土保持为主,主要是恢复和保护植被;下游以保护湿地类型和维持湿地面积为重点,保护生物多样性和重要鸟类资源。黄河水生态系统中的主要保护物种应是珍贵经济鱼类北方铜鱼、河口洄游鱼类刀鱼、鲤鱼等,主要保护的生态区包括库区湿地、河口湿地、河道湿地以及景观娱乐水域等。     

Survival of bacterial DNA and culturable bacteria in archived soils from the Rothamsted Broadbalk experiment

Dried soil samples from many sources have been stored in archives world-wide over the years, but there has been little research on their value for studying microbial populations. Samples collected since 1843 from the Broadbalk field experiment on crop nutrition at Rothamsted have been used to document changes in the structure and composition of soils as agricultural practices evolve, also offering an invaluable record of environmental changes from the pre- to post-industrial era in the UK. To date, the microbial communities of these soils have not been studied, in part due to the well-documented drop in bacterial culturability in dried soils. However, modern molecular methods based on PCR amplification of DNA extracted directly from soil do not require bacterial cells to be viable or intact and may allow investigations into the legacy of bacteria that were present at the time of sample collection.

In a preliminary study, to establish if dried soils can provide a historical record of bacterial communities, samples from the Broadbalk soil archive dating back to 1868 were investigated and plots treated with either farmyard manure (FYM) or inorganic fertilizer (NPK) were compared. As anticipated, the processes of air-drying and milling greatly reduced bacterial viability whilst DNA yields declined less and may be preserved by desiccation. A higher proportion of culturable bacteria survived the archiving process in the FYM soil, possibly protected by the increased soil organic matter. The majority of surviving bacteria were firmicutes, whether collected in 2003 or in 1914, but a wide range of genera was detected in DNA extracted from the samples using PCR and DGGE of 16S rRNA genes. Analysis of DGGE band profiles indicated that the two plots maintained divergent populations. Sequence analysis of bands excised from DGGE gels, from a sample collected in 1914, revealed DNA from - and β-proteobacteria as well as firmicutes. PCR using primers specific for ammonia oxidizing bacteria showed similar band profiles across the two treatments in recently collected samples, however older samples from the NPK plot showed greater divergence. Primers specific for the genus Pseudomonas were designed and used in real-time quantitative PCR to indicate that archived soil collected in 1868 contained 10-fold less pseudomonad DNA than fresh soil, representing around 10⁵ genomes g⁻¹ soil. Prior to milling, dramatically less pseudomonad DNA was extracted from recently collected air-dried soil from the NPK compared to the FYM plot; otherwise, the two plots followed similar trends. Overall bacterial abundance, diversity and survival during the archiving process differed in the two soils, possibly due to differences in clay and soil organic matter content. Nevertheless, the results demonstrate that air-dried soils can protect microbial DNA for more than 150 years and offer an invaluable resource for future research.     

利用相同来源F2:3和BC2S1群体定位玉米生育期QTL

以普通玉米自交系丹232和爆裂玉米自交系N04为亲本构建259个F2:3和220个BC2S1家系群体,利用SSR标记构建分子标记遗传图谱,利用复合区间作图方法对4个生育期性状进行QTL定位和效应分析。利用F2:3群体共检测到4个抽雄期QTL、6个吐丝期QTL和3个散粉期QTL。单个QTL可解释的表型变异为6.7%~18.4%,可解释的表型总变异为28.9%~50.3%,11个QTL的增效基因来自生育期较长的亲本丹232,其余2个QTL的增效基因来自生育期较短的亲本N04;BC2S1群体检测到8个与4个生育期性状相关的QTL,单个QTL可解释的表型变异为4.5%~11.6%,可解释的表型总变异为13.2%~18.5%,增效基因来自两个亲本的QTL为3个和5个。两类群体检测出QTL的数目、位置、效应和贡献率均存在较大差异,主要原因在于BC2S1群体抽样选择所引起的群体结构差异,F2:3群体显示出较高的QTL检测能力,但回交育种过程中应慎重依据F2:3群体QTL定位结果进行标记辅助选择(MAS)。