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基于卷积神经网络与可见近红外光谱的土壤含氮量检测

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黑龙江八一农垦大学学报 2021年第3期33卷 93-99页

作者：唐永生陈争光黑龙江八一农垦大学信息与电气工程学院大庆163319 黑龙江省现代农业物联网技术创新中心

为实现土壤氮含量的快速检测,提出一种基于卷积神经网络(CNN)与可见近红外光谱的土壤氮含量检测方法。采用批量正则化及dropout技术提升模型性能,降低过拟合。实验中,对模型的训练次数及dropout丢弃比例进行了对比选择,并将结果与传统的... 详细信息

为实现土壤氮含量的快速检测,提出一种基于卷积神经网络(CNN)与可见近红外光谱的土壤氮含量检测方法。采用批量正则化及dropout技术提升模型性能,降低过拟合。实验中,对模型的训练次数及dropout丢弃比例进行了对比选择,并将结果与传统的PLSR及BP神经网络进行对比。结果表明,CNN模型的预测精度与泛化能力明显优于传统模型,测试集的决定系数分别比PLSR和BP神经网络高0.2731和0.1686,这表明CNN模型能够实现对土壤可见近红外光谱数据的特征提取,进而实现对土壤氮含量的快速检测,为后续的土壤养分快速检测仪器开发提供了基础。

关键词：可见近红外光谱卷积神经网络土壤含氮量 CNN模型

不同间作模式和滴灌方式对玉米生长、土壤氮素和产量影响研究

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不同间作模式和滴灌方式对玉米生长、土壤氮素和产量影响研究

作者：蒋涵四川农业大学

学位级别：硕士

间作是一种可以提高耕地复种指数,提高土地利用效率的种植模式,我国西南地区现阶段主要推广玉米大豆带状复合种植,研究集中于不同间作种植比例方面,但对于滴灌方式和间作模式交互效应研究较少,本论文通过研究不同滴灌和间作模式的耦合... 详细信息

间作是一种可以提高耕地复种指数,提高土地利用效率的种植模式,我国西南地区现阶段主要推广玉米大豆带状复合种植,研究集中于不同间作种植比例方面,但对于滴灌方式和间作模式交互效应研究较少,本论文通过研究不同滴灌和间作模式的耦合对作物生长、生理指标、产量以及氮素相关指标的影响,可为西南地区的复合种植提供数据支撑。本研究通过大棚种植试验,设置3种滴灌方式:浅埋滴灌、膜下滴灌、地面滴灌,分别记作SDI、FDI、GDI。设管灌作为对照,记作I;设置2种间作模式:玉米:大豆2:2间作、玉米:大豆4:4间作,分别记作MS、MN。设玉米单作作为对照,记作MM;试验为两因素随机区组设计,共12组处理。通过研究滴灌和间作对玉米生长生理指标、土壤含水率、土壤含氮量和产量的影响,主要研究结论如下:(1)滴灌和间作对玉米株高、茎粗和叶面积均有促进作用。FDI处理有利于提高生育前期玉米株高;生育中后期,SDI处理下玉米株高长势更佳;全生育期内,MN处理株高高于MS;间作和滴灌对玉米茎粗有促进作用;各处理玉米穗位高差异不明显;滴灌显著提高玉米叶面积指数,SDI处理下最大,间作对叶面积指数影响不显著;间作和滴灌对灌浆期穗位叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度具有促进作用,玉米植株在MN-SDI处理下生长状况相对较好。(2)FDI处理提高0-10cm土层含水率更佳,SDI处理提高10-40cm土层含水率更佳;间作模式对土壤含水率影响差异不显著;各处理土壤氮素含量的变化趋势为:由浅到深表现为先增后减,全生育期内表现为先增加后降低的趋势,SDI处理氮素含量最高。两种间作模式土壤硝态氮含量和铵态氮含量均高于单作,且MN>MS。(3)滴灌显著提高玉米穗粒数、百粒质量和产量,SDI处理下增幅较高;间作产量高于单作,且MN>MS;拔节期和喇叭口期内,不同滴灌方式对干物质积累量的影响不显著,灌浆期和成熟期SDI处理下较高。间作模式对干物质积累量影响不显著;作物经济系数表现为SDI>FDI>GDI>I,MN>MS>MM。MN-SDI经济系数较高。(4)基于主成分分析法的评价结果表明:适宜的间作模式是玉米:大豆4:4间作MN,适宜的滴灌方式是浅埋滴灌SDI。综上所述,从对玉米植株生长生理促进,提高土壤水分环境,减少土壤氮素流失和提高产量方面综合考虑,最适宜的处理为MN-SDI处理。

关键词：滴灌方式间作模式玉米生长生理土壤含氮量

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南疆盐碱土水、氮、盐光谱特征及其反演模型

灌溉排水学报 2023年第7期42卷 93-100页

作者：赵泽艺李朝阳王洪博张楠李国辉唐茂淞王兴鹏高阳塔里木大学水利与建筑工程学院新疆阿拉尔843300 中国农业科学院农田灌溉研究所河南新乡453002

【目的】探讨南疆盐碱土在不同水、氮、盐条件下的光谱特征,构建适合南疆盐碱土的水、氮、盐反演模型。【方法】以南疆代表性盐碱土为研究对象,设置不同的土壤水、盐和氮量,分析不同处理的土壤光谱特征,采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持... 详细信息

【目的】探讨南疆盐碱土在不同水、氮、盐条件下的光谱特征,构建适合南疆盐碱土的水、氮、盐反演模型。【方法】以南疆代表性盐碱土为研究对象,设置不同的土壤水、盐和氮量,分析不同处理的土壤光谱特征,采用偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机回归(SVR)和BP神经网络(BPNN)建立土壤水、氮、盐反演模型。【结果】土壤水的特征波段在1900 nm附近,土壤氮的特征波段在1490~1506、1540~2006、2011~2500 nm之间,土壤盐的特征波段在1880~1883、1890~1942 nm之间;PLSR模型对水、氮、盐量的反演效果最好,BPNN模型次之,SVR模型最差。【结论】1900 nm波段是水、氮、盐共同的特征波段,南疆盐碱土水、氮、盐量的最优反演方法为:采用Savitzky-Golay方法进行平滑处理,运用主成分分析降维后通过偏最小二乘回归建立反演模型。

关键词：土壤光谱特征盐碱土反演模型土壤含盐量土壤含氮量土壤含水率

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再生水滴灌土壤中氮素的动态变化规律

河海大学学报（自然科学版） 2013年第1期41卷 70-74页

作者：裴亮张体彬梁晶刘慧明中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室水利部综合事业局新华公司环境保护部卫星环境应用中心

采用大田试验方法,以地下水滴灌为对照,分析研究再生水滴灌后土壤中氮素的动态变化规律。结果表明:相对于地下水滴灌,再生水滴灌后初期土壤表层的NH4+-N质量比大幅度增加,但从灌后第5天开始显著降低,于灌后第9天降到灌前水平,且在各土... 详细信息

采用大田试验方法,以地下水滴灌为对照,分析研究再生水滴灌后土壤中氮素的动态变化规律。结果表明:相对于地下水滴灌,再生水滴灌后初期土壤表层的NH4+-N质量比大幅度增加,但从灌后第5天开始显著降低,于灌后第9天降到灌前水平,且在各土层分布均一,无明显的向下淋洗趋势。再生水滴灌处理下各土层土壤中NO3--N的质量比普遍高于对照。各处理土壤中NO3--N的质量比沿剖面变化趋势一致,即从表层到底层NO3--N质量比逐渐增加,说明NO3--N有明显向下淋洗的趋势。但在100～150 cm深度处,NO3--N质量比开始降低。采用再生水滴灌种植黄瓜,生长季末停止灌水后不同深度处(0～50 cm,50～100 cm,100～150 cm,150～200 cm)土壤中NO3--N的质量比较生长季初分别增加38.20%,44.67%,34.94%和30.88%。

关键词：再生水滴灌土壤含氮量硝态氮铵态氮

鄱阳湖滨带优势灌木种群分布格局及其与土壤氮的关系

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中国农学通报 2011年第19期27卷 60-67页

作者：王潜李海涛梁涛朱璐平顾晨洁中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 浙江农林大学国际生态研究中心杭州311300

为了研究鄱阳湖滨带主要优势灌木种在不同尺度下的空间分布格局及其与土壤含氮量的关系,笔者根据鄱阳湖滨带退化生态系统的样地调查结果,采用点格局分析方法。结果表明:(1)蔓荆子在小尺度上呈现随机分布,随着尺度的增大,迅速向集群分布... 详细信息

为了研究鄱阳湖滨带主要优势灌木种在不同尺度下的空间分布格局及其与土壤含氮量的关系,笔者根据鄱阳湖滨带退化生态系统的样地调查结果,采用点格局分析方法。结果表明:(1)蔓荆子在小尺度上呈现随机分布,随着尺度的增大,迅速向集群分布过渡;牡荆在大多数尺度下均表现为集群分布。(2)不同类型的样地,蔓荆子和牡荆的聚集强度达到最大时的尺度也各不相同。(3)样地中土壤含氮量随着优势灌木种聚集强度的增大而显著升高。群落中种群个体在水平空间上的分布格局,受生境条件和种群的生物生态学特性相互作用的影响,也是种群对生境长期适应的表现。

关键词：优势灌木种种群分布格局点格局分析土壤含氮量

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基于棉花冠层光谱的土壤氮素监测研究

棉花学报 2010年第1期22卷 70-76页

作者：潘文超李少昆王克如肖华陈兵王方永苏毅陈江鲁赖军臣黄芳德新疆兵团绿洲生态农业重点开放实验室/新疆作物高产研究中心新疆石河子832003 中国农业科学院作物科学研究所/国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程北京100081

通过连续2年小区氮肥试验,在棉花不同生育期采集冠层高光谱数据并同步测定土壤氮含量,分析棉花冠层高光谱参数与土壤氮含量间的关系,建立基于植株冠层光谱的土壤氮含量估算模型。结果表明:土壤全氮含量随着施氮水平的增加而增加,且差异... 详细信息

通过连续2年小区氮肥试验,在棉花不同生育期采集冠层高光谱数据并同步测定土壤氮含量,分析棉花冠层高光谱参数与土壤氮含量间的关系,建立基于植株冠层光谱的土壤氮含量估算模型。结果表明:土壤全氮含量随着施氮水平的增加而增加,且差异显著;基于棉花不同时期冠层光谱构建的14种光谱参量与土壤氮含量间的相关性有显著差异。其中,利用冠层光谱参数P_Area1100、Depth980、Area672、PPR(550,540)建立的土壤氮含量监测模型分别在蕾期、花期、铃期、吐絮期4个关键生育期对土壤氮含量的预测均达到了较高的精度,能够很好地反映棉花土壤氮素营养状况。利用植株冠层光谱参数可以很好地监测土壤氮素营养,说明利用植株冠层光谱方法监测土壤氮含量是可行的。

关键词：棉花冠层光谱土壤含氮量高光谱参数

污水灌溉对草坪土壤与植株氮含量影响的试验研究

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农业工程学报 2002年第3期18卷 22-25页

作者：黄冠华杨建国黄权中中国农业大学

污水灌溉是污水资源化利用的一个重要途径。该研究以草坪草的污水灌溉为例 ,选用了高羊茅、黑麦、早熟禾等 3种典型的冷季型草坪草为主要试验草种 ,以地下滴灌和渗灌为 2种灌水方式 ,以城市居民小区的生活污水经过沙过滤和沉淀处理的出... 详细信息

污水灌溉是污水资源化利用的一个重要途径。该研究以草坪草的污水灌溉为例 ,选用了高羊茅、黑麦、早熟禾等 3种典型的冷季型草坪草为主要试验草种 ,以地下滴灌和渗灌为 2种灌水方式 ,以城市居民小区的生活污水经过沙过滤和沉淀处理的出水和自来水为 2种灌溉水源 ,共设 12个试验处理 ,进行了污水灌溉和清水 (自来水 )灌溉的田间对比试验研究 ,探讨了污水灌溉对土壤与植株氮含量的影响。实验结果表明 ,污水灌溉使草坪草根系层 (0～ 30 cm土层 )土壤中的全氮、速效氮和铵态氮的含量低于清水灌溉 ;与此相反 ,污水灌溉可使草坪草根系层及其以下土层硝态氮明显高于清水灌溉。污水灌溉也导致草坪草的植株中全氮的含量比清水灌溉平均高 4 8%。两种污水灌溉方式下 ,土壤全氮、速效氮和铵态氮的含量差异不明显。但与滴灌相比 ,污水渗灌的土壤硝态氮的含量高于污水滴灌的情况 ,尤其是 15～ 30 cm和 30～ 4 5 cm土层。

关键词：污水灌溉草坪草土壤含氮量植株含氮量