利用叶片光谱的作物铜铅污染判别

重金属污染种类的判别是作物生长环境监测的重要组成部分。该研究旨在提出一种由叶片光谱构建的铜铅污染判别特征(Copper and Lead Contamination Discriminating Features,CLCDF),以实现作物铜、铅污染判别。以典型作物玉米为试验对象,运用包络线去除与导数处理叶片光谱,基于该研究提出的归一化铜铅污染指数(NormalizedDifference Copper and Lead Contamination Index,NDCLCI)构建叶片CLCDF,在CLCDF分布域内建立判别平面(Discriminating Plane,DP)。依据CLCDF与DP的位置关系,得出直观的污染种类判别规则,并利用判别距离(Discriminating Distance,DD)对判别规则进行量化。基于训练集数据进行试验,提取到189种用于判别铜、铅污染的DP,同时获取了对应的污染种类判别规则,判别正确率为100%。使用验证集数据进行验证,189种DP中的88种判别效果较好,判别正确率为78.22%。该研究结果证明,基于CLCDF的铜铅污染判别方法效果良好且稳定。     

NDVI时序相似性对冬小麦种植面积总量控制的制图精度影响

遥感技术获取的区域作物面积与作物面积统计数据间常常存在不一致的问题,这在一定程度上影响了作物分布遥感制图信息的应用。为获得与作物面积统计数据一致的高精度作物分布遥感制图信息,该研究以河北省衡水市武邑县为研究区,以时序Sentinel-2遥感影像生成的归一化差值植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)为研究数据,将冬小麦面积目视解译数据作为遥感提取的区域冬小麦面积总量参考,提出基于复合型混合演化算法(Shuffled Complex Evolution-University of Arizona, SCE-UA)和区域作物种植面积总量控制的NDVI时序相似性阈值优化冬小麦分布制图方法,并进行精度验证。在此基础上,进一步开展不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取精度对比研究。结果表明,利用全生育期NDVI时序相似性获得的冬小麦分布制图结果总量精度达99.99%以上,总体精度达98.08%,Kappa系数为0.96,可以保证遥感提取的区域冬小麦面积与冬小麦种植面积总量控制参考间的高度一致性且能获得较高的作物遥感识别精度。从不同生育阶段NDVI时序相似性及其相似性组合的冬小麦分布提取结果可知,利用出苗期-分蘖期、返青期-拔节期的NDVI时序可获得高精度冬小麦分布提取结果,而利用抽穗期-成熟期的NDVI时序数据提取冬小麦结果则精度较低,且综合不同生育阶段NDVI时序数据有利于冬小麦制图精度的提高。该研究可为高精度冬小麦分布提取和制图技术及其方案优化提供一定参考依据,也可为遥感数据和作物面积统计数据融合的大范围农作物分布遥感制图及统计数据空间化提供一定技术方法参考和思路借鉴。     

基于轻量型残差网络的自然场景水稻害虫识别

准确识别水稻害虫对水稻及时采取防护和治理措施具有重要意义,该研究以自然场景中水稻害虫图像为研究对象,针对水稻害虫图像的颜色纹理与背景相近以及同类害虫形态差异较大等特点,设计了一个由特征提取、全局优化以及局部优化模块构成的轻量型残差网络（Light Weight Residual Network,LW-ResNet）用于水稻害虫识别。在特征提取模块通过增加卷积层数以及分支数对残差块进行改进,有效提取自然场景中水稻害虫图像的深层全局特征并使用全局优化模块进行优化;局部优化模块通过设计轻量型注意力子模块关注害虫的局部判别性特征。LW-ResNet网络在特征提取模块减少了残差块的数量,在注意力子模块中采用深度可分离卷积减少了浮点运算量,从而实现了模型的轻量化。试验结果表明,所设计的LW-ResNet网络在13类水稻害虫图像的测试数据集上达到了92.5%的识别准确率,高于VGG16、ResNet、AlexNet等经典卷积神经网络模型,并且LW-ResNet网络的参数量仅为1.62×106个,浮点运算量仅为0.34×109次,低于MobileNetV3轻量级卷积神经网络模型。该研究成果可用于移动端水稻害虫的自动识别。     

灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时空分布量化分析

作物生产水足迹度量作物生产过程对不同类型水资源的消耗,为实现农业水资源管理与评价提供了更全面的新视角。该研究通过耦合土壤水分动态平衡模块,考虑输配水损失,构建灌区蓝、绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度分布式量化模型;以宝鸡峡灌区为例,定量评价不同典型年灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度演变规律。结果表明:宝鸡峡灌区蓝绿水资源总量在2008-2017年呈上升趋势。各作物对绿水资源利用效率均持续上升,而小麦蓝水资源利用效率呈下降趋势;玉米、小麦生产总水足迹整体呈上升趋势,多年平均值分别为573和779 m3/t;作物生产绿水足迹在拔节-灌浆期占比较高,成熟期占比较低;作物生产水足迹在日尺度波动幅度最大;平水年、丰水年灌区用水存在不合理现象,枯水年作物生产单产水平最高,总水足迹最低,水资源利用效率最高。该研究所构建模型可移植适用于无排水渠系灌区水文模拟,准确量化灌区农业生产耗水,解析日-月尺度作物生产水足迹演变特征,有助于明确灌区作物耗水规律,进而高效利用绿水资源,合理配置蓝水资源,提高作物产量,实现高效生产。     

不同强度静电场长期处理对3种作物几种光合生理指标的影响

在0.1、0.3和0.5 kV·cm-1不同场强的静电场长期作用下,大豆、黄瓜和油青菜心叶片的叶绿素含量、PSⅡ的潜在活性和原初光能转换效率、叶绿体Mg2 -ATP酶和Ca2 -ATP酶活性以及光合代谢产物可溶性蛋白和可溶性糖含量均有不同程度的提高,表明用静电场长期处理作物能够有效地改善作物的光合性能,促进作物的光合作用与光合产物的积累.不同作物对不同场强静电场的响应有所差异,本试验条件下,对大豆、黄瓜和油青菜心处理效果最好的静电场强度分别为0.1、0.3 和0.5 kV·cm-1.     

利用动态阈值决策树分类的华北平原冬小麦动态监测

华北平原是中国最大的粮食生产基地,准确监测其冬小麦种植面积及其变化对粮食产量预测和国家粮食安全具有重要意义。然而,不同土地利用产品所估算的小麦面积、空间分布及其动态均存在较大分歧,不能有效反映出冬小麦的长期变化特征。该研究结合作物物候特征和已有小麦专题数据产品,首先构建动态阈值决策分类算法,以降低传统方法在阈值设定和样本筛选方面的不确定性;进而分析了2003—2022年华北平原区冬小麦播种面积的长期变化规律。结果表明：1）该研究提出的动态阈值决策分类算法能准确地提取冬小麦面积,平均总体精度为93.44%,且与统计数据具有较高的一致性;2）2003—2022年华北平原冬小麦种植面积整体呈上升趋势,不同地区变化类型差异较大;3）研究时段内,持续种植冬小麦的耕地面积仅占各年份种植范围总面积的5%,种植次数低于10 a的面积占比达55%;4）河北中南部、山东省西部和河南省中北部冬小麦种植面积相对稳定,京津冀地区以及山区冬小麦播种面积变化相对频繁。该研究可为大尺度冬小麦动态监测提供了新的方法视角,并对科学制定耕地调控策略具有重要意义。     

福建省主要农作物比较优势分析

利用综合比较优势指数法,分析福建省2007～2009年间9类主要农作物生产比较优势,结果表明:茶叶、烟叶在福建省具有显著的比较优势;蔬菜、水果、花卉具有较强的比较优势;粮食、油料、麻类、甘蔗则不具备比较优势。     

老挝农业生产概况

文章概述了老挝的地理位置、气候条件以及农业在该国的地位,指出老挝农业生产按地理位置可分为北部、中部和南部3个农业生态区,并介绍了老挝水稻、玉米、花生、木薯、甘蔗、大豆、咖啡、香蕉、西瓜等9种主要农作物的生产概况.     

Risk Assessment and Biosafety Studies of Transgenic Bt Rice （Oryza sativa L.）

Transgenic crops having alien genes from different sources are getting popularity. A Rice （Oryza sativa L.） containing gene from Bacillus thuringiensis, a soil bacterium, was assessed to study the potential risks of transgenic plants on environment. The crop was found resistant to target insect pests. Rice variety Basmati-370 transformed with two insecticidal genes, crylAc and cry2A, was grown under field conditions for several years. Data were collected at different stages of the plant growth. Fate of Cry protein in soil, effect of Bt protein on non-target insects, risks of vertical and horizontal gene flow were evaluated. No potential hazard was found at all levels. Bt protein was unstable and degraded significantly in soil within 30 days after harvesting the crop. No harmful effects were found on non-target insects （insects other than order lepidoptera）. Maximum gene flow of 0.02% was observed at close spacing and no evidence of horizontal gene transfer to Rhizobium spp. was found. In conclusion, the transgenic rice plants transformed with Bt genes have no harmful effects on the environment.     

全球气候变暖对中国种植制度可能影响:VI.未来气候变化对中国种植制度北界的可能影响

[目的]气候变化已是一个全球性的问题,中国未来气候将继续变暖,这一变化将对中国的农业生产造成一定的影响.本文旨在研究未来气候变化对中国种植制度北界、冬小麦种植北界、雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界以及热带作物种植北界的影响.[方法]依据全国种植制度气候区划指标、冬小麦种植北界指标、雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界指标以及热带作物种植北界指标,采用经典的农业气候指标计算方法,分析与1950s-1980年相比,未来30年(2011-2040年)及本世纪中叶(2041-2050年)全国种植制度界限北界、冬小麦种植北界、雨养冬小麦-夏玉米稳产的种植北界、以及热带作物的种植北界的变化.[结果](1)与1950s一1980年相比,20112040年和2041-2050年的一年两熟带和一年三熟带种植北界都不同程度向北移动,其中一年一熟区和一年二熟区分界线,空间位移最大的省(市)为陕西省和辽宁省,且2041-2050年种植北界北移情况更为明显;一年两熟区和一年三熟区分界线,空间位移最大的区域在云南省、贵州省、湖北省、安徽省、江苏省和浙江省境内,且2041-2050年种植北移情况更为明显.在不考虑品种变化、社会经济等方面因素的前提下,这些区域由于气温升高种植制度由一年一熟变为一年两熟、由一年两熟变为一年三熟,区域内单位面积周年粮食产量可不同程度提高.(2)与1950s-1980年相比,2011-2040年和2041-2050年的冬小麦的种植北界在辽宁省、甘肃省和宁夏回族自治区都不同程度向北移动,在青海省冬小麦种植界限为西扩明显.在不考虑其它因素影响的前提下,该区域由于冬小麦替代春小麦可带来单位面积产量的提高.热带作物安全种植北界在广西省和广东省境内北移情况比较明显.而未来降水量的增加将使得大部分地区雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界向西北方向移动.[结论]到2011-2040年和2041-2050年,气候变化将会造成全国种植制度界限不同程度北移、冬小麦种植北界北移西扩、热带作物种植北界北移.而未来降水量的增加将使得大部分地区雨养冬小麦-夏玉米稳产种植北界向西北方向移动.