Automated identification of sugar beet diseases using smartphones

Cercospora leaf spot (CLS) poses a high economic risk to sugar beet production due to its potential to greatly reduce yield and quality. For successful integrated management of CLS, rapid and accurate identification of the disease is essential. Diagnosis on the basis of typical visual symptoms is often compromised by the inability to differentiate CLS symptoms from similar symptoms caused by other foliar pathogens of varying significance, or from abiotic stress. An automated detection and classification of CLS and other leaf diseases, enabling a reliable basis for decisions in disease control, would be an alternative to visual as well as molecular and serological methods. This paper presents an algorithm based on a RGB‐image database captured with smartphone cameras for the identification of sugar beet leaf diseases. This tool combines image acquisition and segmentation on the smartphone and advanced image data processing on a server, based on texture features using colour, intensity and gradient values. The diseases are classified using a support vector machine with radial basis function kernel. The algorithm is suitable for binary‐class and multi‐class classification approaches, i.e. the separation between diseased and non‐diseased, and the differentiation among leaf diseases and non‐infected tissue. The classification accuracy for the differentiation of CLS, ramularia leaf spot, phoma leaf spot, beet rust and bacterial blight was 82%, better than that of sugar beet experts classifying diseases from images. However, the technology has not been tested by practitioners. This tool can be adapted to other crops and their diseases and may contribute to improved decision‐making in integrated disease control.     

福建省长汀县生态环境建设与经济发展的协调关系研究

以福建省长汀县为研究区域,建立生态和经济发展评价指标体系,基于功效函数模型和协调度模型,运用熵权法和多因素综合评价法,对该区域1985—2015年的生态建设与经济发展的协调状况进行分析。结果表明:1)功效函数模型结果表明,1985—2000年长汀县生态系统协调性呈上升趋势,1995和2000年分别达到中度和高度协调的水平,但2000年以后,生态系统协调性逐渐下降。1985—2015年经济系统协调性持续上升,经济发展协调性较好。2)协调度和协调发展度模型结果表明,长汀县生态与经济协调度在1985—2000年保持持续上升的状态,2001—2015年生态与经济协调度在整体转好的同时,也出现下行波动。3)长汀县生态系统和经济系统还存在人口压力、经济结构不合理、水土流失问题局部反弹等问题,生态环境治理和保护力度还有待加强。     

天山北坡山区流域融雪径流模拟研究

天山北坡山区流域资料稀缺,融雪径流模拟比较困难。以天山北坡的乌鲁木齐河、玛纳斯河和奎屯河流域为例,利用水文气象资料和冰雪遥感数据,建立流域融雪径流SRM模型,以2007年3—8月为模拟校准期,2005年和2006年3—8月为模拟检验期,模拟3个资料稀缺山区流域融雪日径流,检验模拟结果和模型的有效性,评价SRM模型在资料稀缺流域的适用性。结果表明:3个流域SRM模型融雪径流模拟具有比较好的模拟效果。在模拟校准期间,3个流域R2平均值为0.85,D_V平均值为9.42%,模拟精度比较高;在模拟检校期,2006年3个流域R~2平均值为0.72,D_V平均值为13.3%,2005年R~2平均值为0.78,D_V平均值为4.85%,表明3个流域SRM模型的参数估算合理,建立的SRM模型是有效的,SRM模型在天山北坡的资料稀缺山区流域融雪径流模拟中具有其适用性。     

Pesticide exposure assessment for surface waters in the EU. Part 1: Some comments on the current procedure

In 2001, the European Commission introduced a risk assessment project known as FOCUS (FOrum for the Coordination of pesticide fate models and their USe) for the surface water risk assessment of active substances in the European Union. Even for the national authorisation of plant protection products (PPPs), the vast majority of EU member states still refer to the four runoff and six drainage scenarios selected by the FOCUS Surface Water Workgroup. However, our study, as well as the European Food Safety Authority (EFSA), has stated the need for various improvements. Current developments in pesticide exposure assessment mainly relate to two processes. Firstly, predicted environmental concentrations (PECs) of pesticides are calculated by introducing model input variables such as weather conditions, soil properties and substance fate parameters that have a probabilistic nature. Secondly, spatially distributed PECs for soil–climate scenarios are derived on the basis of an analysis of geodata. Such approaches facilitate the calculation of a spatiotemporal cumulative distribution function (CDF) of PECs for a given area of interest and are subsequently used to determine an exposure concentration endpoint as a given percentile of the CDF. For national PPP authorisation, we propose that, in the future, exposure endpoints should be determined from the overall known statistical PEC population for an area of interest, and derived for soil and climate conditions specific to the particular member state. © 2016 Society of Chemical Industry     

植被类型对黄土坡地产流产沙及氮磷流失的影响

植被类型影响黄土坡地径流、土壤侵蚀和和养分迁移过程。该研究通过野外水流冲刷试验,对比分析了6种植被条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。研究结果表明,大黄花拦蓄径流作用最为明显,而大豆最弱;产沙量随时间的变化会出现峰值特征,其中苜蓿控制土壤侵蚀作用要优于其他植被;径流中硝态氮和水溶性磷的浓度在放水初期随时间迅速衰减,而后趋于稳定,幂函数比指数函数能更好的描述径流中硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中的硝态氮含量随时间迅速衰减,而有效磷的含量则随着时间逐渐波动减小,二者的最高含量均发生在苜蓿地。养分的富集率与土壤侵蚀量成反比;径流硝态氮流失总量的大小关系为谷子苜蓿柠条玉米大豆大黄花,水溶性磷流失总量的大小关系为谷子玉米柠条大豆大黄花苜蓿,谷子、玉米、柠条、大豆、大黄花各自硝态氮和水溶性磷的流失总量基本相同(P0.05);土壤剖面硝态氮含量随着深度增大呈现出峰值特征,且峰值存在的深度不同,土壤有效磷主要积聚在表层5 cm以上,5 cm以下含量极低。综上可知,野外草本植被在拦截径流、减少土壤侵蚀和控制养分流失方面要优于农田作物,在植被恢复中应广泛采用农地撂荒的方式进行恢复。     

野外模拟降雨条件下矿区土质道路径流产沙及细沟发育研究

为研究矿区土质道路径流产沙及细沟形态发育特征,在野外调查的基础上,设计坡度(3°、6°、9°、12°)和雨强(0.5、1.0、2.5、2.0、2.5、3.0 mm/min)2个处理,在野外建立不同坡度的道路小区,采用人工模拟降雨的方法,测定了不同处理道路径流产沙参数和细沟形态指标。结果表明:1)各坡度道路径流率为1.12~8.24 L/min,与雨强线性关系极显著,随坡度变化不显著;除0.5 mm/min雨强3°~9°坡及1.0 mm/min雨强3°坡道路径流流态为层流外,其余为紊流,雨强-坡度交互作用(I×S)对流态影响显著;阻力系数只与坡度相关。2)各坡度道路剥蚀率为0.92~324.46 g/(m2·s),与雨强、坡度和径流率呈极显著幂函数关系(R2=0.968,P0.01),道路土壤发生剥蚀的临界剪切力和临界径流功率分别为2.15 N/m2和0.41 W/(m2·s)。3)3°道路以片状侵蚀为主,6°~12°道路细沟发育,细沟宽深比、复杂度、割裂度和细沟密度分别为1.80~3.75、1.07~1.55、0.20%~10.33%和0.067~2.01 m/m2,细沟发育程度是雨强和坡度交互作用(I×S)的结果。4)6°~12°道路细沟侵蚀量占总侵蚀量比例为18.0%~57.16%,总侵蚀量与细沟宽深比、细沟复杂度、细沟割裂度和细沟密度均呈显著的函数关系(R2=0.35~0.96,P≤0.01),割裂度是影响土质道路总侵蚀量的最佳细沟形态因子。结果可为矿区土质道路水土保持工程设计及生产安全提供参数支持。     

北方土石山区植株密度对坡面流粒径分选的影响

为研究和阐明植株密度对坡面流粒径分选的影响,通过野外10°草地坡面恒流放水冲刷试验,定量研究3种植株密度(0株/m~2,20株/m~2,60株/m~2)在不同流量下(1m~3/h,2m~3/h,3m~3/h)的坡面流粒径分选性规律,从水动力学和侵蚀方式演变角度分析了植株密度对坡面流粒径分选性的影响。试验结果表明:(1)苜蓿草地侵蚀泥沙中细粉粒组分含量最多,其次是粗粉和细砂组分含量,而粗砂和粘粒组分含量最少。固定流量下,随着植株密度的增加,各粒径组分百分比及平均重量粒径(MWD)随时间的波动性增加,在侵蚀泥沙中细颗粒组分(粘粒、细粉粒、粗粉粒,粒径50μm)富集比ER相应增加,而粗颗粒组分(细砂、粗砂,粒径50μm)富集比ER有所减少。固定植株密度条件下,随着流量增加,各粒径组分百分比及MWD随时间的波动性减小,侵蚀泥沙中细颗粒组分富集比ER相应增加,而粗颗粒组分富集比ER增加,细颗粒组分富集比基本大于1,而粗颗粒组分富集比基本小于1。MWD与细颗粒含量呈负相关关系,与粗颗粒含量呈正相关。(2)细沟阶段侵蚀泥沙MWD明显大于片蚀阶段,而粒径分选过程的波动性较小。(3)水流剪切力τ及水流功率ω的增加导致片蚀阶段的缩短和细沟阶段的延长(除植株密度为60株/m~2),水流剪切力τ及水流功率ω的增加导致水流侵蚀力的增加,进而水流分离、输移粗颗粒增加。     

短坡坡长变化对坡地风沙土产流产沙及氮磷流失的影响

通过野外水流冲刷试验,对比分析了不同坡长条件下坡面产流产沙及氮磷流失特征。结果表明,上方来水流量一定时,坡长越长,其坡面入渗量越大,径流量越小,且存在一个临界坡长,使得径流量和入渗量相当,累计径流量与坡长是负线性关系。随着坡长增加,产沙量增大,单位坡长的泥沙流失量在各坡长条件下差异并不显著(P0.05)。累计泥沙量随着坡长增大而增大;幂函数比指数函数能更好的描述硝态氮和水溶性磷浓度变化过程;泥沙中硝态氮和有效磷的含量整体上随时间呈减小趋势。坡长越长,其养分富集率越大;随着坡长增大,存在一个临界坡长使得养分流失总量最大;土壤剖面硝态氮含量分布随着深度增大呈现出峰值特征,但是峰值存在的深度不同。土壤剖面有效磷主要积聚表层5cm以上,5cm以下有效磷含量极低。研究结果对进一步分析坡长对水土养分流失的影响具有参考价值。     

玉米季横垄坡面片蚀阶段产流及水动力学参数变化特征

为弄清玉米各生育期片蚀阶段的径流特征,采用人工模拟降雨与微小区试验相结合的方法,研究不同坡度下紫色土横垄坡面片蚀阶段产流及水动力学参数变化特征。结果表明:(1)15°坡面,拔节期和抽雄期片蚀出现时间在8min后,且与苗期和成熟期间达显著差异;20°坡面,拔节期和抽雄期片蚀出现时间在6min后,且与苗期、成熟期片蚀出现时间达显著差异。(2)15°坡面,径流总量和产流率均表现为成熟期苗期抽雄期拔节期,且成熟期径流总量和产流率分别为31.25L和1.04L/min;20°坡面,径流总量和产流率却表现为苗期成熟期抽雄期拔节期,且成熟期径流总量和产流率分别为34.62L和1.44L/min;径流总量和产流率总体表现为20°坡面显著高于15°坡面。(3)15°坡面,水流剪切应力在各生育期无显著差异,其它水动力学参数均表现为抽雄期最小,成熟期和苗期较大。20°坡面,单位水流功率在各生育期无显著差异,其它水动力学参数表现为拔节期或抽雄期最小,成熟期或苗期最大。断面单位能量和水流功率是试验条件下与横垄坡面片蚀产流率关系最密切的水动力学参数,可较好地表征横垄坡面产流特征。研究结果可为紫色土丘陵区坡耕地片蚀的有效防控提供理论依据。     

集中水流冲刷条件下土石崩积混合物坡面产沙特征

通过室内人工放水冲刷试验,探究不同流量(2L/min,4L/min,8L/min,16L/min)和砾石含量(0%,20%,40%,60%)条件下,土石混合崩积物坡面产沙特征。结果表明:各条件下产沙过程均呈先增大后减小再趋于稳定的趋势。产沙量随着流量的增大而增大,而含沙量随流量的增大总体呈减小的趋势;在2L/min和4L/min条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大呈先减小后增大的趋势,存在临界砾石含量(20%~40%);在8L/min和16L/min条件下,产沙量及含沙量随着砾石含量的增大而增大。产沙率与含沙量的关系表明,含石量对产沙的影响存在临界含石量(20%~40%)。砾石含量和流量可以用来很好地预测土石混合崩积物的产沙率,但对含沙量的预测效果较差。流量对产沙率及含沙量的影响均大于砾石含量。