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基于高光谱成像技术识别番茄干旱胁迫

光谱学与光谱分析 2023年第3期43卷 724-730页

作者：贺露万莉高会议安徽大学安徽合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031

番茄果实营养丰富备受人们喜爱。番茄生长周期长,需水量大,水分含量是影响番茄植株生长发育的主要因素;快速发现番茄植株水分亏缺状态,对于科学有效地进行番茄的灌溉管理,保障和提高番茄的产量和品质具有重要意义。利用高光谱成像技术,... 详细信息

番茄果实营养丰富备受人们喜爱。番茄生长周期长,需水量大,水分含量是影响番茄植株生长发育的主要因素;快速发现番茄植株水分亏缺状态,对于科学有效地进行番茄的灌溉管理,保障和提高番茄的产量和品质具有重要意义。利用高光谱成像技术,实时识别番茄叶片干旱胁迫程度,提出了一种基于高光谱成像技术的番茄叶片干旱胁迫的识别方法。首先,选取红樱桃番茄为实验品种,在室内培养12盆番茄幼苗。在保证其他管理措施相同的基础上,通过控制施水量来控制番茄的胁迫状态,干旱胁迫程度设计3个处理(适宜水分、中度和重度胁迫)。分批次采集不同干旱程度番茄幼苗嫩叶在400~1000 nm范围的高光谱图像,并提取了每个样本的光谱和纹理特征。使用标准化(Norm)、多元散射校正(MSC)、一阶导数(1st)和标准正态变量变换(SNV)四种预处理方法对光谱数据进行预处理去除光谱中的噪声。使用连续投影算法(SPA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)以及竞争性自适应重加权算法结合连续投影算法(CARS-SPA)选取光谱重要特征波段,用灰度梯度共生矩阵(GLGCM)提取番茄叶片的纹理特征,用SPA选择纹理特征的重要变量。融合重要光谱特征与重要纹理特征结合支持向量机(SVM)构建识别番茄干旱胁迫模型,同时选用自适应增强算法(AdaBoost)与K-近邻(KNN)与SVM模型对比。结果表明,融合重要光谱特征与重要纹理特征后,基于CARS-SPA波长选择的SNV-SVM模型具有最好的分类效果,训练集的分类准确度(ACC_(T))为94.5%,预测集的分类准确度(ACC_(P))为95%,AdaBoost模型分类效果次之ACC_(T)为86.5%,ACC_(P)为87%,KNN模型分类效果最差ACC_(T)为81.5%,ACC_(P)为79%。因此,该方法对番茄叶片干旱胁迫程度实时识别有较好的效果,可为构建智能化的干旱胁迫分析技术提供参考。

关键词：高光谱成像番茄干旱胁迫图谱特征

施氮水平对黄土旱塬区麦田土壤呼吸变化的影响

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环境科学 2010年第2期31卷 390-396页

作者：高会议郭胜利刘文兆车升国中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031 西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100

为评价土壤呼吸对施氮的响应，于2008年3月～2009年3月，监测了黄土旱塬区长期不同施氮水平条件下小麦连作系统中土壤呼吸日变化、季节变化以及不同生育期土壤可溶性碳（dissolved organic C，DOC）、微生物量碳（soil microbial biomas... 详细信息

为评价土壤呼吸对施氮的响应，于2008年3月～2009年3月，监测了黄土旱塬区长期不同施氮水平条件下小麦连作系统中土壤呼吸日变化、季节变化以及不同生育期土壤可溶性碳（dissolved organic C，DOC）、微生物量碳（soil microbial biomass C，MBC）、土壤有机碳（soil organic C，SOC）和土壤全氮（soil total N，STN）的含量变化．研究涉及5个施氮水平（以N计）0（N0）、45（N45）、90（N90）、135（N135）和180（N180）kg／hm^2．结果表明，施氮量为0～90kg／hm^2时，土壤呼吸速率随施氮量的增加而显著升高；90～135kg／hm^2时，土壤呼吸速率随施氮量的增加略有增加；135～180kg／hm^2时，随着施氮量的增加土壤呼吸呈降低趋势．在一年监测期间，N0、N45、N90、N135、N180波动范围（以CO2计）分别为0．27～2．01、0．36～2．26、0．58～2．56、0．65～2．94和0．58～2．6μmol／（m^2·s）．在季节变化尺度上，土壤呼吸具有显著的活跃期（3～10月）和微弱期（11月～次年2月）．施氮显著影响DOC、MBC含量变化．土壤呼吸速率与DOC、MBC呈显著正相关，而与土壤碳氮比（C／N）呈显著负相关关系．

关键词：施氮水平土壤呼吸速率土壤可溶性碳微生物量碳土壤碳氮比

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基于数字图像技术的黄瓜缺氮营养诊断

中国农业大学学报 2016年第12期21卷 35-40页

作者：袁媛陈雷李淼高会议中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031

以节节瓜和日本小黄瓜2个品种为试验对象,设计田间不同氮肥处理试验研究数字图像技术对于黄瓜缺氮无损诊断的可行性。每隔3d利用数码相机和叶绿素仪获取固定叶位的叶片图像和叶绿素测量(SPAD)值,利用图像处理技术获取叶片的颜色特征参数... 详细信息

以节节瓜和日本小黄瓜2个品种为试验对象,设计田间不同氮肥处理试验研究数字图像技术对于黄瓜缺氮无损诊断的可行性。每隔3d利用数码相机和叶绿素仪获取固定叶位的叶片图像和叶绿素测量(SPAD)值,利用图像处理技术获取叶片的颜色特征参数,分析这些参数和SPAD值之间的相关性,并建立回归方程。结果表明,红光标准化值(NRI)、色调(H)、深绿色指数(DGCI)和SPAD值之间存在良好的线性关系,其决定系数分别为0.86、0.70和0.65。利用数码相机和数字图像技术进行黄瓜氮素营养状况诊断具有快速、无损、易于操作的特点,易于在生产实际应用中推广。

关键词：黄瓜营养诊断数字图像氮素 SPAD

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不同施肥土壤水分特征曲线空间变异

农业机械学报 2014年第6期45卷 161-165,176页

作者：高会议郭胜利刘文兆李淼张健中国科学院合肥物质科学研究院合肥230031 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 无锡中科智能农业发展有限责任公司无锡214105

为了探讨长期施肥土壤水分特征曲线空间变异性及其影响因素,依托中国科学院黄土高原长武农业生态实验站中的长期定位实验,采用高速离心机法测定长期施肥条件下不同吸力的土壤含水率,并利用Van Gennuchten数学模型对水分特征曲线进行拟合... 详细信息

为了探讨长期施肥土壤水分特征曲线空间变异性及其影响因素,依托中国科学院黄土高原长武农业生态实验站中的长期定位实验,采用高速离心机法测定长期施肥条件下不同吸力的土壤含水率,并利用Van Gennuchten数学模型对水分特征曲线进行拟合,对比研究了不同施肥土壤水分特征曲线、持水性、供水性及土壤水分的有效性。结果表明:由于长期不同施肥使其土壤结构发生差异,导致土壤水分特征曲线存在明显的差异。化肥处理(N、NP)破坏了土壤结构,降低了土壤持水性能;有机肥(M、NPM)的施入增加了土壤有机质的含量,改善了土壤结构,提高了土壤持水性能。有机肥处理(M、NPM)土壤水分的有效性明显高于其他处理,N、NP、CK处理之间无明显差异。土壤供水能力由强到弱为N、CK、NP、NPM、M。

关键词：施肥措施水分特征曲线空间变异比水容量

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黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子

生态学报 2011年第18期31卷 5217-5224页

作者：高会议郭胜利刘文兆中国科学院合肥物质科学研究院合肥智能机械研究所合肥230031 西北农林科技大学水土保持研究所杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室杨凌712100

于中国科学院长武生态试验站(始于1984年),采用动态密闭气室法(Li-8100,USA)于2008年3月至2009年3月监测了裸地土壤呼吸日变化、季节变化以及0—60cm土层的温度和含水量,研究了裸地土壤呼吸的日变化、季节变化特征及其与土壤温度和含水... 详细信息

于中国科学院长武生态试验站(始于1984年),采用动态密闭气室法(Li-8100,USA)于2008年3月至2009年3月监测了裸地土壤呼吸日变化、季节变化以及0—60cm土层的温度和含水量,研究了裸地土壤呼吸的日变化、季节变化特征及其与土壤温度和含水量之间的关系。结果表明:裸地土壤呼吸四季的日变化和季节变化均呈单峰型曲线,与气温变化趋势一致;日变化峰值出现在14:00左右或16:00左右,最低值出现在0:00左右或者6:00左右;季节变化表现为夏季最高,冬季最低,春秋季无明显差异,年平均呼吸速率为0.94"molCO.2m-.2s-1。土壤呼吸与温度具有极显著(P<0.01)的正相关关系,且可以用Rs=aebx形式的指数函数很好地拟合,其中与5cm深度的土壤温度相关性最好。水分对土壤呼吸的影响复杂。裸地土壤呼吸的双变量模型关系显著(P<0.01),比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。

关键词：裸地土壤呼吸温度土壤含水量

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泥炭配合基质水分特征曲线的特性研究

干旱地区农业研究 2009年第4期27卷 60-64页

作者：高会议王益权西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

泥炭和粘土不同比例配合土按同一容重装填到环刀中,采用高速离心机法和大气平衡法测定配合土的不同吸力下土壤的含水量,并利用Van Gennuchten数学模型对水分特征曲线进行拟合,进而来分析泥炭与粘土配合土的持水能力。研究结果表明：①... 详细信息

泥炭和粘土不同比例配合土按同一容重装填到环刀中,采用高速离心机法和大气平衡法测定配合土的不同吸力下土壤的含水量,并利用Van Gennuchten数学模型对水分特征曲线进行拟合,进而来分析泥炭与粘土配合土的持水能力。研究结果表明：①泥炭和粘土（＆lt;1 mm）比例为3∶1时的持水能力较强,优于其它配比。②泥炭和粘土（3~5 mm）比例为3∶1和4∶1时的持水性较好。

关键词：泥炭水分特征曲线高速离心机拟合

施氮水平对黄土旱塬区小麦产量和土壤有机碳、氮的影响

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植物营养与肥料学报 2009年第4期15卷 808-814页

作者：郭胜利高会议党廷辉西北农林科技大学水土保持研究所中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨陵712100

施用氮肥是提高作物产量和土壤有机碳（SOC）、氮（TSN）含量的重要养分管理措施。利用长期田间试验（1984～2007）,定量评价了常规耕作条件下5个施氮水平N 0（N0）、45（N45）、90（N90）、135（N135）和180（N180）kg/hm2处理下,小麦... 详细信息

施用氮肥是提高作物产量和土壤有机碳（SOC）、氮（TSN）含量的重要养分管理措施。利用长期田间试验（1984～2007）,定量评价了常规耕作条件下5个施氮水平N 0（N0）、45（N45）、90（N90）、135（N135）和180（N180）kg/hm2处理下,小麦子粒产量、SOC、TSN和氮肥利用效率的变化。研究了施氮水平对黄土旱塬区小麦产量、SOC和TSN积累的影响。结果表明,1984～2007年期间,N0、N45、N90、N135和N180处理小麦产量的平均值依次为1.2、2.4、2.9、3.2和3.4t/hm2;N0处理的小麦产量随试验年限而降低,年降低幅度达67 kg/hm2（P〈0.001）;但增施氮肥处理小麦产量降低趋势得到显著控制,当施氮水平提高到N 90 kg/hm2时,产量随年限呈现出缓慢升高的趋势。随着施氮水平的提高,地上部氮肥利用率由40%（N45）降低到28%（N180）。不同施氮水平条件下,SOC含量随年限呈缓慢升高趋势。23年后（2007年）,N0、N45、N90、N135和N180处理下,0—20 cm土层SOC储量依次为16.9、18.2、18.7、19.0和19.1 t/hm2;TSN储量依次为2.032、.16、2.24、2.34和2.37 t/hm2。施氮水平与产量呈显著的抛物线关系（R2=0.993）。产量与SOC存在着极显著的线性相关关系（R2=0.997）。增施N 1 kg/hm2,小麦产量可提高29 kg/hm2,SOC提高1.2 kg/hm2,TSN提高0.13 kg/hm2。根茬还田量的增加是导致黄土旱塬区SOC和TSN提高的主要因素。

关键词：施氮水平产量 SOC TSN

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黄土高原沟壑区果园还耕对土壤水分的影响

干旱地区农业研究 2009年第4期27卷 71-75,89页

作者：车升国郭胜利高会议西北农林科技大学资源与环境学院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

在黄土高原沟壑区王东沟小流域,在塬面、梁地和坡地三种地貌类型上,分别选取了盛果期果园、老果园和退耕还田等3种土地利用与管理方式,测定土壤0-400 cm（塬面0-600 cm）水分含量分布,研究果园的利用管理方式变化对土壤剖面中水分含量... 详细信息

在黄土高原沟壑区王东沟小流域,在塬面、梁地和坡地三种地貌类型上,分别选取了盛果期果园、老果园和退耕还田等3种土地利用与管理方式,测定土壤0-400 cm（塬面0-600 cm）水分含量分布,研究果园的利用管理方式变化对土壤剖面中水分含量变化的影响。结果表明,梁地和坡地上,盛果期果园、老果园土壤水分含量均接近作物凋萎湿度（10%）;塬面上,盛果期果园、老果园土壤水分含量为15%。退果4年的耕地、坡地0-400 cm土层土壤储水量显著增加,梁地和塬面虽有增加但与老果园相比,剖面储水量并没有达到显著水平;退果4年耕地、坡地和梁地剖面中的60-140 cm和220-400 cm含水量提高最显著,塬面上220-600 cm土层中水分提高显著。

关键词：黄土高原土壤水分退果还耕

黄土旱塬区冬小麦不同施肥处理的土壤呼吸及土壤碳动态

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生态学报 2009年第5期29卷 2551-2559页

作者：高会议郭胜利刘文兆车升国西北农林科技大学资源环境学院中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨陵712100

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验(始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C,DOC)和微... 详细信息

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验(始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C,DOC)和微生物量碳(Soil microbial biomass C,MBC),研究了施肥措施对土壤呼吸、DOC和MBC的影响以及土壤呼吸与碳组分之间的关系。研究涉及6个处理:休闲地(F)、不施肥(CK)、有机肥(M)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)和氮磷有机肥(NPM)。结果表明,冬小麦连作系统中土壤呼吸的日变化格局呈单峰曲线,最高值出现在12:00左右(拔节期)和14:30左右(成熟期),最小值出现在0:00～3:00之间或6:00左右;冬小麦土壤呼吸速率拔节期最高,其次是灌浆后期,抽穗期最低;不同施肥条件下,各生育期土壤呼吸速率大小顺序:NPM>M>NP>N>CK>F。土壤水分亏缺是导致抽穗期和灌浆期土壤呼吸速率降低的重要原因。各施肥处理DOC含量高低顺序为灌浆期>抽穗期>成熟期>返青期>拔节期;除M,NPM处理MBC含量拔节期>灌浆期外,各施肥处理MBC含量高低顺序为成熟期>抽穗期>灌浆期>拔节期>返青期。同一处理不同生育期土壤呼吸速率与DOC,MBC的相关性较低,但同生育期不同施肥处理土壤呼吸与土壤有机碳组分间存在显著的相关性。以F处理土壤呼吸为基础,估算CK、N和NP处理生育期根系对土壤呼吸的平均贡献率依次为36%、45%和54%。

关键词：土壤呼吸土壤可溶性碳土壤微生物量碳