利用Kalman滤波和Hungarian算法的多目标奶牛嘴部跟踪及反刍监测

针对奶牛养殖场复杂环境下多目标奶牛嘴部自动跟踪及反刍监测的困难,该研究提出了一种基于嘴部区域跟踪的多目标奶牛反刍行为智能监测方法。在YOLOv4模型识别奶牛嘴部上下颚区域的基础上,以Kalman滤波和Hungarian算法跟踪上颚区域,并对同一奶牛目标的上颚和下颚区域进行关联匹配获取嘴部咀嚼曲线,以此获取反刍相关信息,从而实现多目标奶牛个体的嘴部跟踪和反刍行为监测;为解决奶牛快速摆头运动和棚舍栏杆遮挡引发奶牛标号变化的问题,提出未匹配跟踪框保持及扩大的方法。采集并选择实际养殖场环境下的反刍奶牛视频66段,对其中58段视频采取分帧操作得到图像,制作YOLOv4模型数据集,以其余8段视频验证跟踪方法和反刍行为判定方法的有效性。试验结果表明,YOLOv4模型对奶牛嘴部上颚、下颚区域的识别准确率分别为93.92%和92.46%;改进的跟踪算法可实现复杂环境下多目标奶牛嘴部区域的稳定跟踪,且有效解决了栏杆遮挡、快速摆头运动造成的奶牛标号变化现象,上下颚匹配率平均为99.89%,跟踪速度平均为31.85帧/s;由反刍行为判定方法获取的咀嚼次数正确率的平均值为96.93%,反刍时长误差的平均值为1.48 s。该研究可为实际养殖中多目标奶牛反刍行为的智能监测和分析提供参考,也可供其他群体动物运动部位的跟踪和行为监测借鉴。     

东部发达地区农业空间高质量优化的思考

当下实施的以耕地数量管控为主的农业空间管理模式,与不同地区差异化的现实诉求存在脱节,亟待建设面向高质量发展的农业空间优化政策体系。该研究针对东部沿海经济发达地区的农业发展,界定了农业空间的概念,并总结了社会基础性、需求人本性和功能多样性三方面内涵。指出农业空间优化中存在对农业空间统筹不足、对需求转变认识不深、对市场机制重视不够三方面问题。展望未来,农业空间优化应以安全为底线、以效益为中心、以品质为突破。基于此,提出了东部发达地区农业空间优化的策略：供给侧统筹农业空间资源,需求侧锁定农业需求转变,并通过市场机制关联供需两端,划分保障型、提升型、融合型三种农业空间类型,实行精细化管理,并制定相应的优化路径。     

中国水蚀区5种典型土壤的侵蚀性降雨阈值比较

[目的]准确拟定侵蚀性降雨阈值,区分侵蚀性与非侵蚀性降雨事件,为有效减少土壤侵蚀预报的工作量以及区域土壤侵蚀防治提供科学参考。[方法]在北京市房山区布设中国5个水蚀二级区典型土壤休闲小区,收集各小区2006—2019年的产流产沙监测资料,利用降雨侵蚀力偏差法分析各小区的侵蚀性降雨量(P)和最大30 min雨强(I₃₀)阈值。[结果](1)相比P阈值,I₃₀在识别侵蚀性降雨方面更为有效。(2)黑土和褐土小区侵蚀性降雨阈值较高,二者P阈值均为10.0 mm,I₃₀阈值均为10.2 mm/h;黄土小区次之,其P和I₃₀阈值分别为9.5 mm和8.9 mm/h。紫色土与红壤小区较低,二者的P阈值分别为5.4和6.1 mm,I₃₀阈值分别为3.2和5.2 mm/h。(3)各径流小区的监测资料年限达到12 a时,侵蚀性降雨阈值才可达到稳定。[结论]不同地区土壤的侵蚀性降雨阈值存在较大差异。侵蚀性降雨阈值不仅受土壤自身特性如粒径分布和有机质含量的影响,还与当地的气候状况如降雨雨型有关。     

基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型

旨在阐明双季稻分蘖数与冠层反射高光谱间的定量关系,构建基于高光谱的双季稻分蘖数监测模型。基于不同早、晚稻品种和施氮水平的田间试验,于关键生育期(分蘖期、拔节期和孕穗期)测定早、晚稻分蘖数,同步使用FieldSpec HandHeld 2型高光谱仪采集早、晚稻冠层反射高光谱数据,分别利用光谱指数法和连续小波变换构建新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数进行监测,建立双季稻分蘖数光谱监测模型,并用独立试验数据进行检验。结果表明,新型光谱指数和敏感小波特征对双季稻分蘖数的监测效果优于其他类型光谱参数(植被指数和“三边”参数),其中位于红边区域的小波特征db7(s9,w735)监测早稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.754,模型检验相对均方根误差RRMSE为0.128;位于红边区域的小波特征mexh(s6,w714)监测晚稻分蘖数时表现最优,监测模型R2为0.837,模型检验RRMSE为0.112。研究结果可为双季稻分蘖数快速无损监测和群体质量精确调控提供理论基础与技术支持。     

黄土高塬沟壑区综合治理试验示范成果评述与高质量发展研究展望——以陕西省长武县王东沟小流域30 a多治理实践为例

[目的]研究黄土高塬沟壑区典型小流域综合治理的成效以及生态文明建设时期面临的问题,旨在为该区域高质量发展提供理论支持和实践经验。[方法]以陕西省长武县王东沟小流域综合治理试验示范研究实践为例,基于1986年以来的监测和研究资料,总结分析了该流域30 a多来不同时段在生态环境、土地生产力和农民经济收入等方面的变化。[结果]王东沟小流域综合治理过程存在明显的阶段性。①综合治理阶段(1986—1995)。以提高土地生产力为突破口,重点提高粮食产量和人均经济收入。同时从塬面到沟道综合整治水土流失,合理开发利用土地。②生态保护阶段(1996—2005)。更新与升级粮果管理措施,保护和改善生态环境,进一步稳定和提高了土地生产力。③高质量发展试验示范研究阶段(2006—2019)。以王东沟小流域为试点,从发展绿色高效技术的角度进行研究和示范,探索适合小流域内涵式高质量绿色发展的技术体系,为黄土高塬沟壑区的高质量发展奠定基础。[结论]为实现黄土高塬沟壑区的高质量发展,必须在生态文明理念指引下,重点研究流域生态管理和技术创新体制和机制建设,在总体控制水土流失基础上,保障人居环境的生态性,社会经济系统发展的可持续性以及流域生态系统结构和功能的和谐与完整性。     

东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀的对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一,但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此,本研究基于室内模拟试验,设计2个降雨强度（50和100 mm/h）以及2种垄作方式（斜坡垄作和顺坡垄作）,分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明：（1）在50和100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%;但在45 min的降雨过程中,由于斜坡垄作发生断垄现象,造成50和100 mm/h两种降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24和1.03倍。（2）斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50和100 mm/h降雨强度下,随着降雨历时的变化斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%、平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%,但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大,其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33和1.47倍、平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03和1.62倍。（3）在50和100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系（P<0.01）,而断垄后两者的相关关系则不显著（P>0.05）;而顺坡垄作在两种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系。（4）在两种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此,提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生,是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。     

基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。     

不同恢复方式下退化岩溶山区土壤微生物特性

为了探讨恢复方式对退化岩溶山区土壤生化特性的影响,对贵州南部岩溶山区退化地、不同恢复方式和对照原始林下土壤养分、微生物活性及群落结构进行了比较研究。结果表明:与退化地相比,不同恢复方式下土壤养分和微生物特性指标都有不同程度的提高;相对于对照原始林,不同恢复方式下大部分土壤养分和微生物功能活性指标的恢复程度分别为40%~75%和27%~60%,暗示着退化岩溶山区土壤微生物功能活性恢复滞后于土壤养分恢复;除土壤有效磷和蔗糖酶活性外,人工恢复方式(花椒和人还)的大部分土壤养分含量和土壤微生物活性恢复程度分别为对照的34%~47%和17%~47%,均低于自然恢复方式(还草和自还)的土壤养分和微生物活性恢复程度(对照的52%~78%和31%~61%),意味着自然恢复方式提高土壤质量效果优于人工恢复方式;不同恢复方式下植被状况影响着退化岩溶土壤细菌的分子群落结构,但不同恢复方式间土壤细菌种的丰富度和多样性差异均不明显。     

陕北枣林土壤动物功能类群及其害虫生态调控

在陕北枣林研究区域内,以土壤动物为研究对象,采取野外调查取样、定点动态观测与室内鉴定分类的研究方法,选取了延安万花山、延川县、清涧县、佳县枣林4个样点7个样地,于2007年3月、6月、9月、11月,对土壤动物功能类群进行了初步研究。陕北枣林土壤动物可划分为植食性、捕食性、腐食性、枯食性、菌食性土壤、杂食性土壤动物6个功能类群,基于土壤动物功能类群与枣林病虫害生态调控的内在关系,建构陕北枣林害虫生态调控体系,为深入探讨土壤动物与枣林害虫生态调控的关系提供基础资料和理论依据。     

近20年来陕西中部地区主要农作物生育期变化趋势分析

利用陕西省中部地区8个农业气象观测站1992-2010年冬小麦、夏玉米的生育期观测资料,分析了这两种作物主要生育期的变化趋势。结果表明：该地区冬小麦全生育期有不断缩短趋势,变化速率约为每10a缩短2.96d,各个站点变化趋势基本一致,但减少的速度不尽相同,其中凤翔站变化趋势较为显著（显著性达0.05水平）;冬小麦其它各生育阶段也都呈现出比较一致的变化趋势,其中播种-出苗、返青-拔节、拔节-抽穗、返青-成熟阶段呈缩短趋势,抽穗-乳熟、乳熟-成熟、播种-越冬阶段呈延长趋势,其余生育阶段变化趋势不明显。该地区夏玉米全生育期呈较一致的延长趋势（显著性超过0.05）,增加速率约为4.29d/10a,延长的时间主要在播种-三叶、七叶-拔节、乳熟-成熟阶段,其余生育阶段变化趋势不明显。