基于光谱特征空间的农田植被区土壤湿度遥感监测

土壤湿度遥感动态监测在农业生产中具有重要作用。近年来,多种基于光谱特征空间的土壤水分监测指数被陆续提出,并得到广泛关注和应用,但当前多数监测指数未考虑混合像元的影响。该文针对垂直干旱指数(perpendicular drought index,PDI)在农田植被覆盖区监测精度降低问题,分析了植被覆盖下的PDI误差分布规律,引入垂直植被指数(perpendicular vegetation index,PVI)作为植被覆盖表征量,在PVI-PDI二维空间对PDI模型进行调整,提出了适于植被覆盖的植被调整垂直干旱指数(vegetation adjusted perpendicular drought index,VAPDI),并利用内蒙古明安镇研究区实测土壤湿度数据,对PDI与VAPDI进行了比较和验证。结果表明,在裸土、麦茬、土豆、豇豆4种植被覆盖类型中,PDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.630、0.504、0.571、0.543,VAPDI与土壤实测含水率的决定系数分别为0.599、0.523、0.602、0.585。VAPDI在植被区的误差略小于PDI,一定程度上克服了植被覆盖对监测精度的影响。通过PDI和VAPDI空间分布图的比较也说明,VAPDI对土壤湿度的差别有更好的区分能力,在中尺度土壤表层水分遥感反演方面具有一定的优势。该研究可为农田土壤湿度遥感监测方法选择及监测误差分析提供参考依据。     

水肥耦合对香蕉园土壤线虫群落结构及多样性的影响

以海南香蕉种植区为例,研究了水肥一体化条件下,不同水肥用量（低肥：每株香蕉施尿素400 g、磷酸二氢钾256 g、氯化钾1024 g;高肥：每株香蕉施尿素500 g、磷酸二氢钾320 g、氯化钾1280 g;低水：3800 L/株,高水：4750 L/株）对土壤线虫群落结构及多样性的影响。4个取样时期低肥低水（A）、低肥高水（B）、高肥低水（C）和高肥高水（D）4个处理的线虫总数、食细菌线虫数量、食真菌线虫数量、植物寄生线虫数量和捕食/杂食线虫数量均存在显著差异（P＜0.01）。本试验田中共鉴定出土壤线虫22科34属,其中巴兹尔属（Basiria）和针属（Paratylenchus）为优势属。单增加施肥量显著增加了植物寄生线虫数量和捕食/杂食线虫数量,同时增加施肥量和灌水量显著增加了线虫总数、食细菌线虫数量和食真菌线虫数量。从整个生育期来看,线虫总数和4个线虫营养类群的数量在苗期均较低,抽蕾期和成熟期均较高。4个取样时期A、B、C和D4个处理的多样性指数（Shannon diversity,H′）、自由生活线虫成熟度指数（Maturity index,MI）、通道指数（Channel ratio,NCR）、Wasilewska指数（Wasilewska index,WI）和富集指数（Enrichment index,EI）均存在显著差异（P＜0.01）。单增加灌水量显著增加了结构指数（Structure index,SI）和EI指数,单增加施肥量显著增加了H′和NCR指数,同时增加施肥量和灌水量显著增加了植物寄生线虫成熟度指数（plant parasite index,PPI）。从整个生育期来看,苗期的H′、NCR、SI和EI指数较高,营养生长期的MI和WI指数较高,抽蕾期的优势度指数（dominance index,λ）较高,成熟期的PPI指数较高。该研究结果表明,土壤线虫群落结构的变化很好地反映土壤水肥的变化状况,土壤线虫可作为施肥和灌溉过程中土壤质量变化的生物学指标。     

蜡样芽孢杆菌菌株X5强化的生物有机肥能有效控制根结线虫(Meloidogyne sp.)

The efficacy of Bacillus cereus X5 as a potential biological control agent against root-knot nematodes was evaluated in vitro by examining second-stage juvenile mortality and egg hatching rate under addition of culture filtrate and in planta by application of bio-organic fertilizers enhanced with B. cereus X5, B. thuringiensis BTG, or Trichoderma harzianum SQR-T037 alone or together in greenhouse and field experiments. The biofumigation of the root-knot nematode-infested soil with organic materials (chicken manure, pig manure and rice straw) alone or in combination with B. cereus X5 was also conducted in greenhouse experiments. In laboratory, the filtrate of B. cereus X5 more effectively reduced egg hatching rates during the incubation period for 14 d and more effectively killed the second-stage juvenile during the incubation period of 24 h than that of B. thuringiensis BTG. The highest dry shoot weights for greenhouse tomatoes and field muskmelons were found in both the treatment consisting of the bio-organic fertilizer enhanced with the three biocontrol agents and the treatment consisting of the bio-organic fertilizer enhanced only with B. cereus X5. The two bio-organic fertilizers achieved better nematicidal effects than those enhanced only with B. thuringiensis BTG or T. harzianum SQR-T037. B. cereus X5 also enhanced effect of biofumigation, which resulted in increased plant biomass and reduced nematode counts in the roots and rhizosphere soil. Therefore, these results suggested that biological control of root-knot nematodes both in greenhouses and fields could be effectively achieved by using B. cereus X5 and agricultural wastes.     

基于模糊层次分析法的生物燃气产业竞争力评价模型及应用

随着中国能源需求的不断增长和环境保护的日益加强,生物燃气产业越来越受重视,对产业竞争力进行评价以了解地区生物燃气产业发展水平成为急需解决的问题。该文从规模、经济、技术、管理、可持续发展5个方面选择了22个指标,构建了生物燃气产业竞争力评价指标体系。基于层次分析法和模糊综合评判法,提出了生物燃气产业竞争力评价模型,并应用于北京市生物燃气产业竞争力评价。评价结果表明:规模竞争力在差的隶属度综合得分是0.49,制约因素主要是从业人员人数及气体总消费量。经济竞争力指标在中的隶属度综合评分是0.65,制约因素主要是农民增收情况。技术竞争力指标在良的隶属度综合评分是0.54,制约因素主要是人才吸引力情况。管理竞争力指标在中的隶属度综合得分是0.54,制约因素主要有运营管理模式及技术安全管理水平。可持续发展竞争力指标在优的隶属度综合得分是0.51。北京市生物燃气产业竞争力属于中等水平,在废弃物资源化利用能力以及污染物减排方面具有明显优势,在科研投入、技术装备方面具有较高水平,在管理水平、经济效益、产业规模方面等方面处于中等或较差水平,需要进行完善和提升。模型很好的表征了北京市生物燃气产业的现状,研究结果可为北京市生物燃气产业发展提供依据。     

基于光谱吸收特征的土壤含水量预测模型研究

为了定量分析土壤含水量与反射光谱特征之间关系,并为土壤含水量速测提供理论依据。以黑土作为研究对象,测定实验室光谱反射率,利用去包络线方法提取反射光谱特征指标,建立土壤水分含量高光谱预测模型。结果表明:黑土含水量与1 420 nm、1 920 nm附近吸收谷的主要光谱特征(吸收谷深度、宽度、面积)呈显著正相关;1 920 nm附近吸收谷可作为黑土土壤水分的特征吸收谷,由其光谱特征参数预测黑土含水量;以1 920 nm附近吸收谷面积为自变量建立的一元线性回归模型预测精度高,输入量少,可以作为土壤含水量速测仪器研制的理论依据。     

一种基于NIR-RED光谱特征空间的干旱监测新方法

土壤水分作为干旱监测的重要指标,一直是干旱遥感监测研究的重要内容。本研究利用MODIS数据的EVI、红波段反射率、近红外波段反射率数据构建了基于Nir-Red反特率光谱特征空间的EPDI模型进行土壤水分的反演。利用野外同步测量数据对PDI、MPDI、EPDI三种干旱指数模型获取的拉萨河流域土壤水分进行了验证和对比分析,研究结果表明EPDI能够更准确地反演土壤水分,其样本点的相对误差仅为0.1040,线性相关系数为0.9181,反演精度相比PDI、MPDI(0.1646、0.1472)分别提高了36.83%和29.35%,为利用遥感影像数据进行大尺度的干旱动态监测提供了新途径。并且相比MPDI,EPDI模型参数更容易获取,模型构建受人为因素影响小,从而为模型的大范围推广提供了可能,具有很好的应用意义。     

基于声信号特征加权的设施养殖羊行为分类识别

中国西部地区正在发展集约化和规模化的设施养羊业,通过监测羊舍内的声信号可以判别羊只的行为状态,从而为设施养羊的福利化水平评估提取基础依据。梅尔频率倒谱系数（mel frequency cepstrum coefficient,MFCC）模拟了人耳对语音的处理特点且抗噪音性强,被广泛用于畜禽发声信号的特征提取,但其没有考虑各个特征分量表征声信号的能力。该研究构建羊舍无线声音数据采集系统,采集20只羊在设施羊舍内的打斗、饥饿、咳嗽、啃咬和寻伴共5种行为下的声信号,并通过Audacity音频处理软件选出720个清晰且不重叠的声音样本数据。根据MFCC各分量对羊舍声信号表征能力,特征参数提取采用一种熵值加权的MFCC参数,再求其一、二阶差分并进行主成分分析降维,得到优化的19维特征参数。通过对羊舍声信号的声谱图分析,设计了支持向量机二叉树识别模型,并对模型内的4个分类器参数进行网格化寻优测试,该识别模型对羊只5种行为下的声信号进行分类识别,用改进的特征参数与传统MFCC和线性预测倒谱系数（linear predictive cepstrum coefficient,LPCC）进行对比分析。结果表明,该特征参数对5种行为的识别率平均可达83.6%,分别高于MFCC和LPCC参数14.1%和26.8%,羊只打斗和咳嗽行为的声信号属于相似的短时爆发类声音,其识别率分别仅为80.6%和79.5%,啃咬声特征显著不易混淆,其查全率可达到为92.5%,改进特征参数更好的表征了羊舍声信号的特征,提高了羊只不同行为的识别率,为羊只健康和福利状况的监测提供理论依据。     

多对象特征提取和优化神经网络的玉米种子品种识别

为了实现机器视觉代替人的视觉,对玉米种子品种进行实时、客观、准确和无损伤识别,研制了玉米品种识别硬件系统和软件系统。针对玉米种子及种子图像的特点,对玉米种子品种识别技术与算法进行了深入地研究和探索,提出了一种基于多对象有效特征提取和主成分分析优化神经网络的玉米种子品种识别方法,提取了玉米种子的几何特征和颜色特征参数,优化了基于机器视觉的玉米种子图像处理策略和品种识别算法,提高了玉米品种识别的速度和准确率。对农大108、鲁单981、郑单958、五岳18共4个品种玉米种子进行了品种识别试验,每粒种子识别的平均耗时为 0.127 s,综合识别率达到97%以上。研究表明,基于机器视觉的玉米种子品种识别与检测方法是可行的,该方法可提高玉米种子品种识别效率和正确率。     

生物结皮土壤-水文-侵蚀效应研究进展

生物土壤结皮(简称生物结皮)是由隐花植物、微小生物和土壤表层颗粒胶结形成的一种特殊复合体,广泛分布于各类气候和生境条件。作为生态系统的重要组分,生物结皮在不同生物气候区土壤的生态过程、水文过程、生物过程、地球化学循环过程以及生态修复过程中发挥着重要作用。从生物结皮影响土壤物理、化学、生物学性质以及土壤水文与侵蚀过程等方面对其生态功能进行总结和概述,在此基础上,从研究区域和时空尺度、多过程耦合机制、生物结皮影响氮循环的过程及其对氮沉降的响应机制、生物结皮与维管植物空间分布及互动关系等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向,以期促进我国生物结皮相关研究工作,加深对生物结皮生态功能及地表过程的认识。     

秋施有机肥对土壤生物学、理化性状及玉米产量的影响

以黑龙江省海林农场白浆土为研究对象,在等氮量条件下（秋季有机肥配施来年春季无机肥）,设置100%有机肥（T₁）,30%有机肥+70%无机肥（T₂）,20%有机肥+80%无机肥（T₃）,100%无机肥（T₄）和不施肥（CK）5个处理,研究长期施肥对土壤生物学、理化性状以及玉米产量的影响。结果表明:玉米生育期内,土壤微生物数量呈先升高后降低的变化趋势,且施用高量有机肥有助于细菌和放线菌群落结构的形成,无机肥和不施肥适于真菌生长;有机无机肥配施处理在提高土壤酶活性方面占据绝对优势,脲酶和蔗糖酶活性始终显著高于其他处理,且有机肥较无机肥处理更能提高玉米生育期内土壤微生物生物量;有机无机肥配施可明显提高土壤全量和速效养分,培肥地力,单施效果稍差,且差异不大,而高量有机肥在降低土壤容重、增加总孔隙度百分比方面作用显著;两年玉米累计产量30%有机肥（T₂）最高,分别比100%有机肥（T₁）和100%无机肥（T₄）提高57.34%和4.59%,稳产并高产。总体来讲,30%有机肥+70%无机肥为最佳施肥模式。