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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1.30 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17 530.51 kg/hm^(2)、最大叶绿素含量为53.55、最大净光合速率为32.75μmol/(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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基于改进CNN的猕猴桃根区土壤含水率反演方法

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农业工程学报 2024年第11期40卷 85-91页

作者：潘时佳吴津乐程梅周敏姑牛子杰韩文霆西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院杨凌712100

为解决无人机遥感领域根据冠层光谱信息对猕猴桃果树根系土壤含水率(root soil water content, RSWC)进行反演时,现有算法对冠层图像信息分析不足的问题,该研究对传统卷积神经网络模型进行改进,提出一种复合视觉卷积回归神经网络(compou... 详细信息

为解决无人机遥感领域根据冠层光谱信息对猕猴桃果树根系土壤含水率(root soil water content, RSWC)进行反演时,现有算法对冠层图像信息分析不足的问题,该研究对传统卷积神经网络模型进行改进,提出一种复合视觉卷积回归神经网络(compound visual convolutional regression network, CVCRNet),该网络复合两种不同尺寸卷积层对图像数据进行卷积特征提取,并使用全连接层对卷积特征值进行降维,从而直接以多光谱图像为分析对象对RSWC进行反演,充分利用多光谱图像内所有数据,提升反演精度。研究采集徐香猕猴桃果树果实膨大期(5-9月)冠层多光谱信息和深度40 cm处的RSWC,把基于图像的CVCRNet网络反演方法与基于植被指数的传统反演方法进行对比,CVCRNet训练结果在验证集R^(2)为0.827,RMSE为0.787%,相较于传统方法在验证集R^(2)为0.759,RMSE为0.983%,反演结果相关性有了明显提升,准确率也有得到一定提高。结果表明,改进后的CNN网络能够作为冠层信息反演的重要工具,在冠层复杂的场景下达成良好的土壤数据反演效果。

关键词：土壤含水率多光谱成像无人机遥感卷积神经网络果园管理

基于多光谱遥感和CNN的玉米地上生物量估算模型

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农业机械学报 2024年第9期55卷 238-248页

作者：周敏姑闫云才高文何景源李鑫帅牛子杰西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院西北农林科技大学机械与电子工程学院

目前玉米地上生物量（Aboveground biomass, AGB）的预测方法集中在使用从无人机图像中提取光学植被指数，通过线性模型或机器学习算法与AGB建立关系，原始图像信息损失严重，玉米生长后期的饱和效应会严重降低模型精度。针对此问题，... 详细信息

目前玉米地上生物量（Aboveground biomass, AGB）的预测方法集中在使用从无人机图像中提取光学植被指数，通过线性模型或机器学习算法与AGB建立关系，原始图像信息损失严重，玉米生长后期的饱和效应会严重降低模型精度。针对此问题，本文收集了玉米拔节期、吐丝期和乳熟期的无人机图像和地面数据。分析了不同生育期玉米干地上生物量、鲜地上生物量与8个植被指数（Vegetation indexes, VIs）之间的相关性。分别以最优植被指数作为输入建立多层感知机（Multilayer perceptron, MLP）模型、以无人机多光谱图像作为输入建立卷积神经网络（Convolutional neural network, CNN）模型来估算玉米干地上生物量、鲜地上生物量。结果表明，基于MLP的玉米干地上生物量估算模型随着玉米生育期推进，模型的精度急剧下降，3个生长期MLP模型验证集R2分别为0.65、0.23、0.32,RMSE分别为0.27、2.15、5.03 t/hm2。CNN模型能够较好地克服光谱饱和问题，具有良好的精度和适用性，3个生育期验证集R2分别提高27.69%、191.30%、171.88%,RMSE分别降低22.22%、38.14%、45.53%。基于MLP的玉米鲜地上生物量估算模型在玉米生长后期模型的精度同样较低，吐丝期、乳熟期验证集的R2分别为0.27、0.37,RMSE分别为11.57、14.98 t/hm2。CNN模型2个生育期验证集的R2分别提高159.26%、129.73%,RMSE分别降低26.62%、54.01%。使用原始多光谱图像作为输入的CNN模型取得了最好的估计结果，可为玉米不同生育期的监测研究、精准管理提供指导。

关键词：玉米地上生物量多光谱无人机遥感卷积神经网络多生育期

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小麦高代系的抗旱性状筛选与抗旱性评价

干旱地区农业研究 2024年第1期42卷 14-22页

作者：宋璐杏张闪闪李玹乔朋放毕起陈亮胡银岗西北农林科技大学农学院/旱区逆境生物学国家重点实验室/中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100

于2020—2021年度和2021—2022年度两个生长季,在杨凌抗旱棚(DS)、杨凌农作一站(YAS)和乾县试验站(QX)3个环境下分别测定了43份和20份小麦高代系的8个农艺性状及8个产量性状,通过计算抗旱指数评价各性状对小麦抗旱指标的贡献率,同时利... 详细信息

于2020—2021年度和2021—2022年度两个生长季,在杨凌抗旱棚(DS)、杨凌农作一站(YAS)和乾县试验站(QX)3个环境下分别测定了43份和20份小麦高代系的8个农艺性状及8个产量性状,通过计算抗旱指数评价各性状对小麦抗旱指标的贡献率,同时利用隶属函数法、聚类分析等方法进行综合分析,筛选抗旱性强的小麦高代系。结果表明,在干旱胁迫环境(DS)下,小麦的农艺性状和产量性状均受到不同程度的抑制。基于各性状对小麦抗旱指数的贡献度,筛选出生物量、产量、小穗数和千粒重等作为评价小麦抗旱性的重要指标。通过抗旱性综合评价值D和聚类分析将供试小麦品种(系)分为高抗旱、抗旱、中等抗旱、干旱敏感和干旱高敏感5个等级,两年度鉴定出21-1、21-34、21-39、21-18、21-2和22-17共6份高抗旱小麦品系。

关键词：小麦抗旱指数农艺性状产量性状聚类分析

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黄土高原典型小流域土壤侵蚀时空演变

地理学报 2024年第7期79卷 1787-1803页

作者：石学瑾张彪郭家龙冯浩吴淑芳西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水研究院杨凌712100

土壤侵蚀受土地利用、气候变化等多种因素的综合影响。王茂沟流域作为黄土高原丘陵沟壑区的典型治理小区,从20世纪开始实行了退耕还林等一系列水土保持措施。本文基于CSLE模型评估流域内2010年、2015年和2020年土壤侵蚀强度及时空演变特... 详细信息

土壤侵蚀受土地利用、气候变化等多种因素的综合影响。王茂沟流域作为黄土高原丘陵沟壑区的典型治理小区,从20世纪开始实行了退耕还林等一系列水土保持措施。本文基于CSLE模型评估流域内2010年、2015年和2020年土壤侵蚀强度及时空演变特征,并结合土地利用/覆被变化(LUCC)探究不同时段其土地利用空间分布格局与土壤侵蚀的响应规律,以此验证水土保持成效。结果表明:2010—2020年王茂沟流域年均土壤侵蚀模数下降0.11 t hm^(-2)a^(-1),整体土壤侵蚀状况略有改善,但微度侵蚀占比减少5.56%,极强烈侵蚀增加4.02%,侵蚀严重区域主要分布在流域北部、中部及西北部;由于降雨减少以及植被恢复,2015年流域土壤侵蚀状况较2010年得到极大缓解,而极端降雨的发生和植被覆盖质量下降又使得2020年土壤侵蚀模数出现回弹;2010—2020年间流域北部及东北部草地与耕地间转化极为明显,草地质量下降致使其土壤侵蚀模数均值较耕地更大,分别为13.69 t hm^(-2)a^(-1)与12.99 t hm^(-2)a^(-1)。研究成果有助于厘清黄土高原典型小流域土壤侵蚀与极端气候和土地利用变化间的响应关系,为未来提高水土保持效益与降低水土流失风险提供科学的数据支持。

关键词：土壤侵蚀 CSLE模型 LUCC 黄土高原

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考虑作物冠层高度的屋脊形大棚形状优化

农业工程学报 2024年第15期40卷 194-203页

作者：高飞张锐朱德兰辛科涂泓滨赵航西北农林科技大学水利与建筑工程学院杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院杨凌712100 龙岩市农业农村局龙岩364000

为提高屋脊形大棚太阳辐射利用率,增强保温蓄热能力。该研究依据大棚内部作物对采光和蓄热保温的需求,提出了基于冠层高度和恒定体积约束的屋脊形大棚形状优化模型,设置大棚采光面捕获太阳辐射量大及有效种植面积尽可能大的约束条件,在... 详细信息

为提高屋脊形大棚太阳辐射利用率,增强保温蓄热能力。该研究依据大棚内部作物对采光和蓄热保温的需求,提出了基于冠层高度和恒定体积约束的屋脊形大棚形状优化模型,设置大棚采光面捕获太阳辐射量大及有效种植面积尽可能大的约束条件,在内部能量需求恒定的条件下分析大棚高度比及方位角对太阳辐射捕获量的影响规律,并优选出不同脊位比大棚在不同地区下的最优参数组合。结果表明:1)大棚所捕获的太阳辐射量大多随高度比减小而逐渐减小,在高度比k=5时为最大值;相同高度比下,脊位比越大,大棚所捕获的太阳辐射量越大;当高度比k=5时,沈阳地区脊位比为0.65、0.75和0.85的大棚相对于脊位比为0.50时的增长率分别为2.67%、4.42%和6.17%。2)大棚太阳辐射捕获量大多随方位角增加呈先减小后增加趋势,在方位角0°~90°的范围内,脊位比越大,大棚所捕获的太阳辐射量越多,在90°~180°的范围内相反;当大棚脊位比为0.65、0.75和0.85时,随着地区纬度的增加,大棚太阳辐射捕获量最低值点所对应的方位角值逐渐减小,不同脊位比之间的差异逐渐减小。3)大棚在不同地区优选得到的高度比值仅与作物冠层高度有关;地区纬度越高,脊位比及高度比越大,大棚优选得到的方位角相对于南北走向偏转的角度越大。该研究可依据作物冠层高度大小在大棚捕获太阳辐射量尽可能多的前提下减少大棚供热成本,为推进塑料大棚的整体规划发展提供理论依据。

关键词：太阳辐射光照屋脊形大棚冠层高度恒定体积大棚高度比大棚方位角

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温室气体排放与番茄产量对水肥气耦合的响应机制研究

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农业机械学报 2024年第5期55卷 312-322页

作者：孙亚楠段琳博钟华昱蔡焕杰王晓云赵政鑫西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100 河海大学水利水电学院南京210098

为探求温室番茄节水减排优产的灌溉模式,以番茄(金鹏8号)为研究对象,设置I1和I2(对应作物-皿系数kcp为0.8和1.0)2个灌水水平,F1和F2(对应施氮量180 kg/hm^(2)和240 kg/hm^(2))2个施氮水平,A1、A2和CK(1倍和2倍文丘里加气量,不加气CK作... 详细信息

为探求温室番茄节水减排优产的灌溉模式,以番茄(金鹏8号)为研究对象,设置I1和I2(对应作物-皿系数kcp为0.8和1.0)2个灌水水平,F1和F2(对应施氮量180 kg/hm^(2)和240 kg/hm^(2))2个施氮水平,A1、A2和CK(1倍和2倍文丘里加气量,不加气CK作为对照处理)3个加气水平,采用3因素完全随机设计,共10个处理,每个处理重复3次,采用静态暗箱-气相色谱法对番茄全生育期温室气体排放进行监测分析,探究土壤CO_(2)、N_(2)O、CH_(4)排放与番茄产量的变化规律;分析灌水水平、施氮水平和加气水平对温室番茄产量和温室气体排放的影响,综合全球净增温潜势(Net global warming potential,NGWP)和温室气体排放强度(Greenhouse gas intensity,GHGI),提出以节水减排高产为目标的温室番茄水肥气一体化滴灌管理模式。结果表明:灌溉水平和施氮水平增大均会增加土壤CO_(2)、N_(2)O排放通量,I2处理较I1处理平均增加24.8%(P0.05),F2处理比F1处理平均增加8.6%(P>0.05)与34.9%(P0.05)和20.9%、62.9%(P节水优产减排要求,为西北地区温室番茄较优灌溉模式。

关键词：温室气体番茄产量加气灌溉水肥气耦合全球净增温潜势

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基于多光谱遥感和CNN的玉米地上生物量估算

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农业机械学报 2024年

作者：周敏姑闫云才高文何景源李鑫帅牛子杰西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院西北农林科技大学机械与电子工程学院

目前玉米地上生物量（Aboveground biomass，AGB）的预测方法集中在使用从无人机图像中提取光学植被指数，通过线性模型或机器学习算法与AGB建立关系，原始图像信息损失严重，玉米生长后期的饱和效应会严重降低模型精度。针对此问题，... 详细信息

目前玉米地上生物量（Aboveground biomass，AGB）的预测方法集中在使用从无人机图像中提取光学植被指数，通过线性模型或机器学习算法与AGB建立关系，原始图像信息损失严重，玉米生长后期的饱和效应会严重降低模型精度。针对此问题，本文收集了玉米拔节期、吐丝期和乳熟期的无人机图像和地面数据。分析了不同生育期玉米干、鲜AGB与8个植被指数（Vegetation indexes， VIs）之间的相关性。分别以最优植被指数作为输入建立多层感知机（Multilayer perceptron， MLP）模型、以无人机多光谱图像作为输入建立卷积神经网络（Convolutional neural network， CNN）模型来估算玉米干、鲜AGB。结果表明，基于MLP的玉米干AGB估算模型随着玉米生育期的推进，模型的精度急剧下降，3个生长期MLP模型验证集的R2分别为0.65、0.23、0.32，RMSE分别为0.27、2.15、5.03 t/hm2。CNN模型能够较好地克服光谱饱和问题，具有良好的精度和适用性，3个生育期验证集的R2分别提高27.69%、191.30%、171.88%，RMSE分别降低22.22%、38.14%、45.53%。基于MLP的玉米鲜AGB估算模型在玉米生长后期模型的精度同样较低，吐丝期、乳熟期验证集的R2分别为0.25、0.37，RMSE分别为6.98、14.98 t/hm2。CNN模型2个生育期验证集的R2分别提高159.26%、129.73%，RMSE分别降低26.62%、54.01%。使用原始多光谱图像作为输入的CNN模型取得了最好的估计结果，可为玉米不同生育期的监测研究、精准管理提供指导作用。

关键词：玉米地上生物量多光谱无人机遥感卷积神经网络多生育期

新疆典型绿洲灌区土壤理化性状与盐分离子分布特征

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农业机械学报 2024年第7期55卷 357-364,414页

作者：李云霞王国栋刘瑜吕宁梁飞范军亮尹飞虎新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所石河子832000 农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室石河子832000 中国农垦节水农业产业技术联盟石河子832000

土壤盐渍化和耕地质量下降严重制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展,研究土壤理化性状与盐分离子分布特征是盐碱地改良与综合利用和绿洲灌溉农业高质量发展的前提和基础。以北疆玛纳斯河灌区、南疆阿克苏河灌区和喀什噶尔河灌区(阿克苏-喀... 详细信息

土壤盐渍化和耕地质量下降严重制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展,研究土壤理化性状与盐分离子分布特征是盐碱地改良与综合利用和绿洲灌溉农业高质量发展的前提和基础。以北疆玛纳斯河灌区、南疆阿克苏河灌区和喀什噶尔河灌区(阿克苏-喀什噶尔河灌区)为研究对象,定量分析了土壤(0~500 cm)养分含量、含盐量及其离子组成分布特征。结果表明:玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮含量均呈现随土层深度增加而逐渐降低的趋势。玛纳斯河灌区表层土壤(0~30 cm)和0~100 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量和pH值平均值高于阿克苏-喀什噶尔河灌区,100~500 cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量平均值低于阿克苏-喀什噶尔河灌区。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤(0~30 cm)全盐量和电导率平均值比玛纳斯河灌区分别高21.14%和8.53%,60~100 cm土层比玛纳斯河灌区分别低17.55%和16.50%。玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤阳离子均以Na^(+)和Ca^(2+)为主,阴离子均以SO_(4)^(2-)、Cl^(-)为主,Na^(+)和SO_(4)^(2-)分别为玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区含量最高的盐基离子。玛纳斯河灌区表层土壤(0~30 cm)53.85%属于盐渍土,30~60 cm土层50.00%属于中度和重度盐渍土,60~100 cm土层25.00%属于重度盐渍土,硫酸盐型盐渍土占主导地位,其次是氯化物-硫酸盐型盐渍土。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤(0~30 cm)78.26%属于盐渍土,其中重度盐渍土占比最高,30~60 cm土层60.86%属于轻度和重度盐渍土,60~100 cm土层39.13%属于非盐渍土,氯化物-硫酸盐型盐渍土占比最高,其次是硫酸盐型盐渍土。研究结果可为新疆绿洲灌区盐碱地综合利用和作物精准施肥提供科学依据。

关键词：绿洲灌区土壤盐渍化土壤盐分盐分离子

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