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基于少量标注样本的茶芽目标检测YSVD-Tea算法

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农业机械学报 2024年

作者：郑子秋宋彦陈霖张航宁井铭安徽农业大学工学院安徽省智能农机装备工程研究中心安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室

构建大规模茶芽目标检测数据集是一项耗时且繁琐的任务，为了降低数据集构建成本，探索少量标注样本的算法尤为必要。本文提出了YSVD-Tea (yolo singular value decomposition for tea bud detection)算法，通过将预训练模型中的基础卷... 详细信息

构建大规模茶芽目标检测数据集是一项耗时且繁琐的任务，为了降低数据集构建成本，探索少量标注样本的算法尤为必要。本文提出了YSVD-Tea (yolo singular value decomposition for tea bud detection)算法，通过将预训练模型中的基础卷积替换为3.连续的矩阵结构，实现了对Yolox算法结构的重构。通过维度变化和奇异值分解操作，将预训练权重转换为与重构算法结构相对应的权重，从而将需要进行迁移学习的权重和需要保留的权重分离开，实现保留预训练模型先验信息的目的。本文在3.不同数量的数据集上分别进行了训练和验证。在最小数量的1/3.据集上，YSVD-Tea算法相较于改进前的Yolox算法，mAP提高了20.3.。对比测试集与训练集的性能指标，YSVD-Tea算法在测试集与训练集的mAP指标差距仅为21.9%，明显小于Yolox的40.6%和Faster R-CNN的55.4%。在数量最大的数据集上，Yolox算法的准确率、召回率、F1分数以及mAP分别为86.4%、87.0%、86.4%和88.3.，相较于对比算法均最高。YSVD-Tea在保证良好性能的同时，能够更好地适应少量标注样本的茶芽目标检测任务。

关键词：茶芽目标检测奇异值分解少量样本遗传算法

减施氮肥和接种根瘤菌对大豆生理生长与氮素利用效率及产量的影响

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农业机械学报 2024年第3期55卷 340-351页

作者：向友珍张威唐子竣付骏宇李志军张富仓西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区节水农业研究院陕西杨凌712100

在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律。本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0 kg/hm^... 详细信息

在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律。本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0 kg/hm^(2);N1:60 kg/hm^(2);N2:120 kg/hm^(2);N3.180 kg/hm^(2))和2种接种水平,即接种根瘤菌(R)和清水拌种。在大豆各生育期测量根瘤数、根瘤干质量、叶面积指数、干物质积累及根系特性等大豆生长指标和叶绿素含量、光合参数、荧光参数等生理指标,同时还测定氮素吸收量等指标并计算氮素利用效率。结果表明,RN2处理下的大豆生长状况最佳,2年平均最大根瘤数为241.47、最大根瘤干质量为1.3. g、最大根长密度为15.00 cm/cm^(3.、最大叶面积指数为5.44 cm^(2)/cm^(2)、最大干物质积累量为17 53..51 kg/hm^(2)、最大叶绿素含量为53.55、最大净光合速率为3..75μmol/(m^(2)·s)、最大种子产量为4 659.4 kg/hm^(2)。由此可见减少氮肥施用量(N2)的同时接种根瘤菌(R)对于促进关中平原大豆的生理生长、提升对氮素的利用效率、提高大豆产量具有重要意义。本研究可为提高干旱半干旱地区大豆生产水平提供理论支持和实践经验。

关键词：大豆施氮接种根瘤菌氮肥利用效率产量

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基于高光谱和卷积自编码网络的茄子叶片氮含量估测

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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2208-2215页

作者：王浩宇魏子渊杨永霞侯军英孙章彤胡瑾西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点研究实验室陕西杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室陕西杨凌712100

叶片氮含量是评估植物生长状态与光合能力的重要依据之一,准确获取叶片氮含量有助于合理调控氮肥施用,对实现农业高效生产具有重要意义。化学分析方法虽能精准检测氮含量,但需破坏性采样,且步骤繁琐,难以实时大量测量。利用光谱技术可... 详细信息

叶片氮含量是评估植物生长状态与光合能力的重要依据之一,准确获取叶片氮含量有助于合理调控氮肥施用,对实现农业高效生产具有重要意义。化学分析方法虽能精准检测氮含量,但需破坏性采样,且步骤繁琐,难以实时大量测量。利用光谱技术可以实现叶片氮含量的无损检测,但受光谱数据固有的高维度、高噪声等特点影响,使得氮含量估测精度难以满足精准农业需求。为实现对叶片氮含量的准确预测,研究提出一种基于高光谱成像(HSI)技术和一维卷积自编码网络(CAE)结合的光谱数据特征提取方法,采用像素级光谱数据训练CAE网络,充分利用叶片HSI数据,保留由于氮含量在叶面上差异性分布产生的局部光谱特征信息,实现对光谱数据的深度特征提取,降低数据维度并滤除噪声,提高建立氮含量预测模型的精度与稳定性。以茄子为研究对象,设置四个施氮梯度,培养获取不同氮含量叶片样本并测定其HSI数据。采用多元散射校正算法进行数据预处理,分别使用HSI-CAE方法、竞争性自适应重加权(CARS)算法和随机蛙跳(RF)算法提取光谱数据深度特征和特征波长,并建立偏最小二乘回归(PLSR)模型。对比深度特征和不同特征波长组合对预测模型精度的影响,从而确定最优特征提取方法。结果表明,利用不同深度CAE编码器提取深度特征建立的预测模型,测试集决定系数均大于0.85,且当输出特征为28维时,测试集决定系数为0.9102,均方根误差为3.1189 mg·g^(-1),对比基于CARS与RF特征波长提取算法建立的预测模型,发现CAE-PLSR模型预测性能最优,验证了HSI-CAE特征提取方法用于茄子叶片氮含量估测的可行性和优越性。综上,HSI-CAE特征提取方法能够高效分析HSI数据,提取其深度特征。这些特征中含有与氮含量高度相关的信息,使用深度特征建模极大降低了模型的复杂度,有效提高了氮含量预测模型的精度,为实现基于HSI技术的氮含量精准预测提供了新方法。

关键词：高光谱成像卷积自编码特征提取氮含量

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基于ISWO的植保无人机处方作业任务规划

计算机工程与应用 2024年

作者：漆海霞周子森刘英建冯发生江锦卓华南农业大学工程学院国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室

针对目前植保无人机处方作业任务规划优化方法的空缺，本文提出了基于ISWO(改进蛛蜂算法)的植保无人机任务规划方法。在预生成的全覆盖作业路径基础上，以电池里程与药箱容量为约束，考虑处方变量施药，以植保无人机任务总体时间最短与... 详细信息

针对目前植保无人机处方作业任务规划优化方法的空缺，本文提出了基于ISWO(改进蛛蜂算法)的植保无人机任务规划方法。在预生成的全覆盖作业路径基础上，以电池里程与药箱容量为约束，考虑处方变量施药，以植保无人机任务总体时间最短与非作业路程总距离最小为目标建立了任务规划模型，并且采用ISWO算法对模型进行求解，ISWO在蛛蜂算法的基础上融入了学习因子的正余弦自适应收缩策略与贪婪均值思想的种群初始化办法。经算法有效性分析与案例分析，相较于传统的最大作业距离模式，ISWO能够大幅度降低作业总体时间与非作业路程长度。相较与四个启发式算法(WOA、GWO、PSO、SWO），ISWO的寻优性能与稳定性上有着突出表现。可为植保无人机处方作业规划提供一定的参考与方法。

关键词：植保无人机处方施药蛛蜂算法任务规划

黑潮-亲潮交汇区涡旋演变调控作用下的叶绿素三维特征

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海洋通报 2024年第4期43卷 437-451页

作者：闯子维苏涵张春玲邵煜胡松上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海海洋大学海洋科学与技术实验教学示范中心上海201306 自然资源部海洋生态监测与修复技术重点实验室上海201306

黑潮-亲潮交汇区普遍存在的涡旋运动,可通过物质输运和再分配调控叶绿素浓度的时空演变,进而影响该海域的海洋生态环境。基于卫星高度计资料和叶绿素再分析数据,利用流矢量、归一化复合分析等方法,构建不同类型涡旋的各个演变阶段、不... 详细信息

黑潮-亲潮交汇区普遍存在的涡旋运动,可通过物质输运和再分配调控叶绿素浓度的时空演变,进而影响该海域的海洋生态环境。基于卫星高度计资料和叶绿素再分析数据,利用流矢量、归一化复合分析等方法,构建不同类型涡旋的各个演变阶段、不同水平尺度范围内,对应的叶绿素浓度三维结构,分析探讨黑潮-亲潮交汇区涡旋运动对叶绿素浓度时空演变的调控作用。结果表明,冷涡区(3.0 m以浅,3.半径范围)的叶绿素浓度高值区,自下而上,逐渐扩展至涡心西北方向,且随着深度的增加,叶绿素浓度先增后减。随着气旋涡的演变,各水层叶绿素浓度高值由外向内,逐渐向涡心扩展,而平均半径内的叶绿素浓度输运总量在其稳定期达到最高。暖涡影响范围内的叶绿素浓度总体比冷涡区稍高,其垂向大致呈递减趋势,由上而下,叶绿素浓度低值大致由涡心东南向西北扩展,且随着反气旋涡的演变,叶绿素浓度高值逐渐向涡旋边缘聚集。

关键词：涡旋叶绿素三维结构演变特征黑潮-亲潮交汇区

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中国陆域干旱的大气环流机制及旱情传播规律

中国科学:地球科学 2024年第8期54卷 2674-2689页

作者：顾子也顾磊尹家波方威熊立华郭俊曾子悦夏军华中科技大学土木与水利工程学院水资源工程与调度全国重点实验室(武汉大学) 长江水利委员会长江科学院

GRACE重力卫星通过探测地球重力场变化反演陆地水储量异常信号,为监测、追踪和评估旱情提供了新工具.现有基于陆地水储量异常的干旱研究较少关注其大气环流机制,也未能量化陆地水储量亏缺与水文、农业干旱之间的风险传播规律.本文结合GR... 详细信息

GRACE重力卫星通过探测地球重力场变化反演陆地水储量异常信号,为监测、追踪和评估旱情提供了新工具.现有基于陆地水储量异常的干旱研究较少关注其大气环流机制,也未能量化陆地水储量亏缺与水文、农业干旱之间的风险传播规律.本文结合GRACE/GRACE-FO重力卫星和ERA5-Land再分析数据集,分别基于陆地水储量(TWS)、径流、土壤湿度等多个水分变量识别了中国TWS干旱、水文干旱和农业干旱事件,采用机器学习辨识了影响水分亏缺的关键大气环流及海洋振荡指数;通过Copula函数构建了干旱历时和烈度的联合分布函数,并度量了水文干旱、农业干旱与TWS干旱的风险传播路径.结果表明:(1) 2002～2021年期间中国陆地水储量整体呈现下降趋势;WPIO组(西太平洋和印度洋范围的相关海温指数)大气环流指数对陆地水储量影响最大,NINO3.4区海表温度距平指数、西太平洋暖池面积指数对我国南部区域陆地水储量呈显著正相关影响;(2)西北地区、长江流域和珠江下游地区是TWS干旱的热点区域,水文干旱的热点区域为西北地区,农业干旱的热点区域为华南及青藏高原东部;(3.水文干旱传播至TWS干旱的弹性系数比农业干旱高,表明TWS干旱对水文干旱的响应更为敏感.

关键词： GRACE卫星干旱旱情传播大气环流 Copula函数

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品种和养分管理影响冬小麦籽粒锌营养

植物营养与肥料学报 2024年第6期30卷 1118-1129页

作者：常乐乐范子晗梁昊枫李哲张岁岐西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100

【目的】小麦籽粒中的锌含量对人类锌营养具有重要影响,研究品种特性、磷肥和丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungal,AMF)对小麦籽粒锌含量的影响,为通过选择基因型育种和绿色养分管理最大化小麦锌营养提供理论依据。【方法】开... 详细信息

【目的】小麦籽粒中的锌含量对人类锌营养具有重要影响,研究品种特性、磷肥和丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungal,AMF)对小麦籽粒锌含量的影响,为通过选择基因型育种和绿色养分管理最大化小麦锌营养提供理论依据。【方法】开展盆栽试验,供试小麦品种包括育成年代为1940s的蚂蚱麦(MZ)、1950s的碧蚂1号(BM)、1960s的丰产3.(FC)和2010s的长旱58号(CH),每个品种设置两个磷肥处理:施磷200 mg/kg(HP)和不施磷(LP);两个接菌处理:接种60 g Rhizophagus intraradices菌剂(A)和未接种(CK),每个品种均包括4个处理。在小麦开花期和成熟期,测定各部位锌含量和植株生物量、产量,分析菌根侵染率,计算菌根生长以及与菌根生长相关联的磷、锌吸收响应值(MGR、MPR、MZnR),以偏最小二乘路径模型分析锌吸收相关指标对籽粒锌含量的效应。【结果】冬小麦不同品种间籽粒产量存在显著差异,随品种的更替籽粒产量显著增加,而籽粒锌浓度随品种的更替呈降低趋势。HP-CK处理冬小麦籽粒产量较LP-CK处理显著增加3..73.~42.16%,籽粒锌浓度显著降低11.57%~27.07%,FC、CH的籽粒锌累积量分别显著增加25.75%、14.44%。LP�A处理下4个冬小麦品种的根系菌根侵染率存在显著差异;施磷显著降低了冬小麦菌根侵染率(13.04%~23.63.)且导致品种间菌根侵染率无显著差异。与LP-CK处理相比,LP-A处理冬小麦籽粒锌浓度增加6.78%~9.3.%,累积量显著提高23.75%~29.79%;HP-A处理仅CH的籽粒锌累积量较HP-CK处理显著提高。磷肥施用显著降低了4个冬小麦品种的MPR值(99.29%~140.76%),BM、FC和CH的MGR值(68.22%~71.77%)和MZnR值(56.47%~67.18%)。偏最小二乘路径分析结果显示,品种对籽粒锌浓度变化影响最大(−0.656),其次是磷肥(−0.557)、产量(−0.456)和AMF(0.191)。现代品种CH始终表现出较低的籽粒锌浓度和更高的产量及籽粒锌累积量。【结论】品种的产量潜力和养分管理是影响籽粒锌浓度最重要的因素。相比于育成年代较早的品种,当代品种小麦产量潜力高,对施肥(磷肥)和接种AMF的反应也高于育成年代较早的品种,因而进一步加剧了锌含量的稀释效应。因此,当代小麦品种需特别注意补充锌肥,以缓解稀释效应带来的籽粒低锌营养。

关键词：冬小麦产量潜力锌营养稀释效应养分管理丛枝菌根真菌菌根响应

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高浓度CO对土壤有机碳矿化的影响

土壤学报 2024年

作者：汪若瑶李媛媛夏彬高子惠赵允格许明祥西北农林科技大学水土保持科学与工程学院中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心/黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

土壤气体CO2浓度常高于大气，目前土壤有机碳矿化相关研究多在大气或模拟大气CO2浓度增加条件下展开，可能导致研究结果与土壤剖面实际有机碳矿化过程有所偏差，土壤中高浓度CO2如何影响有机碳矿化尚不清楚。采用室内培养试验，设置CK(... 详细信息

土壤气体CO2浓度常高于大气，目前土壤有机碳矿化相关研究多在大气或模拟大气CO2浓度增加条件下展开，可能导致研究结果与土壤剖面实际有机碳矿化过程有所偏差，土壤中高浓度CO2如何影响有机碳矿化尚不清楚。采用室内培养试验，设置CK(400μmol·mol-1，大气水平)、800、2 000、4 000、6 000和8 000μmol·mol-16个CO2浓度梯度，研究不同浓度CO2对土壤有机碳矿化的影响。结果表明：1)土壤中高浓度CO2(2 000～8 000μmol·mol-1)显著抑制土壤有机碳矿化，矿化速率降低6.27%～45.61%，累积矿化量降低1.72%～40.82%;2)土壤中较低浓度的CO2(800μmol·mol-1)显著促进土壤有机碳矿化，矿化速率增加4.26%～16.75%，累积矿化量增加了17.3.%～48.43.;3.土壤中CO2浓度影响了活性有机碳组分的含量，在一定CO2浓度范围内，土壤微生物生物量碳（MBC）含量较CK显著增加，可溶性有机碳（DOC）含量较CK显著降低，易氧化有机碳（EOC）含量变化不显著；4)CO2浓度与有机碳矿化特征、EOC显著负相关，与DOC显著正相关，与MBC无显著相关性；5)在温湿度适宜条件下，CO2浓度对土壤有机碳累积矿化量贡献率达22.93.。综上，高浓度CO2通过影响土壤有机碳易利用性碳源，显著抑制了土壤有机碳矿化，可能是维持土壤有机碳稳定的重要因素之一。

关键词：高浓度CO 土壤有机碳有机碳矿化活性有机碳组分有机碳稳定性

不同生态区覆盖方式对玉米氮转运、产量与水氮利用效率的影响

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水土保持研究 2024年

作者：梁昊枫党科范子晗李哲常乐乐李红兵张岁岐西北农林科技大学资源环境学院西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

[目的]明确覆盖方式对西北不同生态区玉米氮转运、产量与水氮利用效率的影响效果,为缓解旱作区作物生产同水资源短缺之间尖锐矛盾提供科学依据。[方法]于2022年在甘肃省兰州市榆中县、甘肃省定西市安定区和陕西省咸阳市长武县进行田间试... 详细信息

[目的]明确覆盖方式对西北不同生态区玉米氮转运、产量与水氮利用效率的影响效果,为缓解旱作区作物生产同水资源短缺之间尖锐矛盾提供科学依据。[方法]于2022年在甘肃省兰州市榆中县、甘肃省定西市安定区和陕西省咸阳市长武县进行田间试验,设置干旱偏旱区(YZ)、半干旱区(DX)和半干旱偏湿润区(CW)3.不同降水条件生态区,分析地膜覆盖(FM)和秸秆覆盖(SM)对于玉米不同器官干物质和氮素积累、分配、转运、水氮利用效率及产量形成的影响。[结果](1)覆盖措施显著影响土壤环境,提高各生态区0—100 cm土壤含水率和表层土壤无机氮含量,FM提高了全生育期土壤表层温度,SM在生育后期具有保温作用。(2)各生态区吐丝期和成熟期农艺性状和干物质累积量总体表现为CW>YZ>DX,与CK相比覆盖处理提高了玉米吐丝期株高、茎粗和成熟期株高、茎粗、节数、穗位高及干物质累积量,尤其是FM处理。(3. CW的覆盖处理玉米籽粒和植株氮素积累总量在3.生态区中最高,覆盖促进茎叶氮素向籽粒运转,进而提高氮收获指数和水分利用效率,但DX的FM氮收获指数和YZ的FM水分利用效率较CK增加幅度最高,分别达6.91%和70.58%。(4)玉米籽粒产量在各生态区表现为CW>YZ>DX,覆盖处理对各生态区均有明显增产作用,增产效果FM>SM。其中DX和YZ的FM增产幅度高于CW,达52.3.%和52.55%,但CW的SM增加幅度最高,达16.76%。[结论]地膜覆盖和秸秆覆盖通过改善土壤温度、水分和表层无机氮含量进而提高玉米水氮利用效率和产量,其中地膜覆盖效果最佳。而半干旱偏旱区地膜覆盖对产量的响应最显著,半干旱偏湿润区秸秆覆盖的响应最佳。

关键词：西北旱区玉米覆盖措施产量水氮利用效率